Накопители на оптических дисках

Все многообразие используемых в настоящее время в компьютере и бытовой аппаратуре оптических дисков можно разделить на две основные группы: компакт-диски CD (Compact Disk) и цифровые универсальные диски DVD (Digital Versatile Disk/Digital Video Disk). Диски CD и DVD имеют одинаковые физические размеры (диаметр 120/80 мм), но отличаются плотностью записи данных и характеристиками используемых оптических головок для считывания данных. По функциональному признаку CD и DVD делятся на три категории:

— без возможности записи (только для чтения);

—с однократной записью и многократным чтением;

—с возможностью перезаписи.

Принцип работы всех существующих ныне оптических дисководов основан на использовании луча лазера для записи и чтения информации в цифровом виде. В процессе записи лазерный луч оставляет на активном слое оптического носителя след, который затем можно прочитать с помощью того же лазерного луча, но меньшей мощности, чем при записи.

Для считывания данных в приводах формата CD используются инфракрасный лазер с длиной волны 780 нм и оптическая система с числовой апертурой 0,45. (Числовая апертура – от лат. apertura – отверстие – равна 0,5·n·sinα, где n – коэффициент преломления среды, в которой находится предмет, α – угол между крайними лучами конического светового потока, входящего в оптическую систему.) Емкость стандартных компакт-дисков, используемых для хранения данных, составляет 650 или 700 Мбайт. Компакт-диски, записанные в формате AudioCD (который был разработан для бытовых звуковоспроизводящих устройств), вмещают до 80 минут стереофонической записи.

Для считывания данных в DVD -приводах используются красный лазер с длиной волны 650 нм и оптическая система с числовой апертурой 0,6. Емкость стандартных DVD-дисков составляет от 4,7 Гбайт и выше.

CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) – неперезаписываемые лазерно-оптические диски, или компакт-диски ПЗУ. Компакт-диск изготавливается с использованием очень мощного инфракрасного лазера, который выжигает отверстия диаметром 0,8 микрона на специальном стеклянном контрольном диске. При этом на поверхности образуются углубления – впадины (англ. pit) – и ровные пространства – площадки (англ. land). Запись начинается на некотором расстоянии от отверстия в центре и продвигается к краю по спирали. По этому контрольному диску делается шаблон с выступами в тех местах, где лазер прожег отверстия. В шаблон вводится жидкая смола (поликарбонат), и таким образом получается компакт-диск с тем же набором отверстий, что и в стеклянном диске. На смолу наносится очень тонкий слой алюминия, который покрывается защитным лаком. CD-ROM записываются на фирме-изготовителе и используются для распространения больших объемов информации, предназначенной только для чтения. Пользователь при этом не имеет возможности ни стереть, ни записать информацию на такой диск.

CD-R производятся на основе поликарбонатных заготовок, которые используются и при производстве компакт-дисков. Однако структура имеет некоторые отличия. На диск предварительно наносится спиральная дорожка, между слоем поликарбоната и отражателем находится слой красителя. На начальной стадии слой красителя прозрачен, что дает возможность свету лазера проходить сквозь него и отражаться от слоя отражателя. При записи информации мощность лазера увеличивается и, когда луч достигает красителя, краситель нагревается, в результате разрушается химическая связь. Такое изменение молекулярной структуры создает темное пятно. При чтении фотодетектор улавливает разницу между темными пятнами и прозрачными областями. Это различие воспринимается как различие между впадинами и площадками. В качестве красителя используются металлоазот, цианин, фталоцианин или наиболее перспективный формазан – смесь цианина и фталоцианина. Отражающий слой представляет тончайшую пленку из золота или серебра.

CD-RW позволяют многократно записывать информацию на диски с отражающей поверхностью, под которую нанесен слой типа Ag-In-Sb-Te (серебро-индий-сурьма-теллур) с изменяемой фазой состояния. Этот сплав имеет два состояния: кристаллическое и аморфное, которые обладают разной отражающей способностью. Устройство для записи компакт-диска снабжено лазером с тремя вариантами мощности. При самой высокой мощности лазер расплавляет сплав, переводя его из кристаллического состояния (с высокой отражательной способностью) в аморфное состояние (с низкой отражательной способностью), так получается впадина. При средней мощности сплав расплавляется и возвращается обратно в естественное кристаллическое состояние, при этом впадина снова превращается в площадку. При низкой мощности лазер считывает информацию, определяя состояние материала (никакого перехода состояний при этом не происходит).

DVD — это тот же компакт-диск, изготовленный на основе поликарбоната с впадинами и площадками. Однако существует несколько различий. У DVD впадины меньшего размера (0,4 микрона вместо 0,8, как у обычного), более плотная спираль (0,74 микрона вместо 1,6), используется красный лазерный луч более короткой длины (650 нм вместо 780 нм). В совокупности эти усовершенствования дали семикратное увеличение емкости диска (4,7 Гбайт).

На данный момент существует 4 формата DVD:

1. Односторонние однослойные (4,7Гбайт).

2. Односторонние двуслойные (8,5Гбайт).

3. Двусторонние однослойные (9,4 Гбайт).

4. Двусторонние двуслойные (17 Гбайт).

При двуслойной технологии на нижний отражающий слой помещается полупрозрачный отражающий слой. В зависимости от того, где фокусируется лазер, он отражается либо от одного слоя, либо от другого. Чтобы обеспечить надежное считывание информации, впадины и площадки нижнего слоя должны быть немного больше по размеру, поэтому емкость нижнего слоя немного меньше, чем у верхнего слоя.

DVD обладают следующими достоинствами:

—значительно большая по сравнению с CD емкость;

—совместимость с CD;

—высокая скорость обмена данными с дисководом DVD;

—высокая надежность хранения данных.

Стоит отметить, что появление новых технологий Blu-ray и HD-DVD позволяет разместить на диске информации в несколько раз больше, чем на обычном DVD. В основе этих технологий лежит использование голубого лазера с длиной волны 405 нм. Формат HD-DVD записывает на один слой 15 Гбайт информации и 30 Гбайт на два слоя. Blu-ray, соответственно, хранит 25 и 50 Гбайт.

Магнитооптические диски

Принцип работы магнитооптического накопителя (Magneto Optical) основан на использовании двух технологий – лазерной и магнитной.

Принципиальное устройство всех видов магнитооптических дисков одинаково, различие может состоять только в том, что одни диски имеют одну рабочую поверхность, а другие две. Принципиальное строение одностороннего диска показано на рисунке 2.17.

Поверхность магнитооптического накопителя (МОД) покрыта сплавом, свойства которого меняются как под воздействием тепла, так и под воздействием магнитного поля. Если нагреть диск сверх некоторой температуры, то становится возможным изменение магнитной поляризации посредством небольшого магнитного поля. На этом основаны технологии чтения и записи МОД.

Так, при записи лазерный луч нагревает участок диска, куда должна быть произведена запись, до так называемой «точки Кюри» (у большинства применяемых сплавов это состояние наступает при температуре около 200 °С).

В точке Кюри падает магнитная проницаемость, и изменение магнитного состояния частиц может быть произведено относительно небольшим по величине магнитным полем. Поле переводит все битовые ячейки в одинаковое состояние. При этом стирается вся информация на диске.

Затем направление магнитного поля меняется на противоположное, а лазер включается только в те моменты, когда нужно изменить ориентацию частиц в битовой ячейке (значение бита). Потом сплав охлаждается, и частицы его застывают в новом положении.

При чтении применяется лазерный луч низкой мощности. Отраженный свет попадает на светочувствительный элемент, который определяет направление поляризации. В зависимости от этого направления светочувствительный элемент посылает двоичную единицу или двоичный нуль контроллеру магнитооптического дисковода.

Магнитооптические накопители бывают встроенные и внешние. Кроме обычных дисководов большое распространение получают так называемые оптические библиотеки с автоматической сменой дисков, емкость которых может составлять сотни гигабайт и даже несколько терабайт. Время смены диска составляет несколько секунд, а время доступа и скорость обмена данными такие же, как у обычных дисководов.

Флэш-накопители

Носители информации на основе микросхем флэш-памяти сейчас нашли широкое применение в цифровых фотоаппаратах, мобильных телефонах, компьютерах.

Флэш-память – особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти. Ячейка флэш-памяти состоит из одного транзистора особой архитектуры, в которой можно хранить несколько бит. Основная масса носителей на основе флэш-технологии – это так называемые флэш-карты, которые являются основными носителями информации для современной портативной техники. Второе направление, которое сейчас стремительно развивается, – это флэш-память с интерфейсом USB для непосредственного подключения к компьютеру. Преимуществом флэш-памяти перед жесткими дисками, CD-ROM и DVD является отсутствие движущихся частей, поэтому флэш-память более компактна и обеспечивает более быстрый доступ. Информация, записанная на флэш-память, может храниться очень длительное время (от 20 до 100 лет) и способна выдерживать значительные механические нагрузки (в 5–10 раз превышающие предельно допустимые для обычных жестких дисков). Недостатком, по сравнению с жесткими дисками, является относительно малый объем, а также ограничение по количеству циклов перезаписи (от 10000 до 1000000 для разных типов).

Компьютерные флэш-диски в виде брелока с USB-портом используются как сменные носители информации и имеют объем 16, 32, 64, 128, 256, 512 Мбайт, 1Гбайт, 2Гбайт, 4Гбайт, 8 Гбайт, что не является, конечно, пределом, так как технологии постоянно совершенствуются.

Устройства ввода информации

Устройства ввода информации преобразовывают информацию, поступающую с периферийных устройств, в цифровой вид. Для ввода информации используются следующие устройства: клавиатура, манипуляторы, сканеры, дигитайзеры (цифровые планшеты), сенсорные экраны, средства речевого ввода, цифровые камеры и др.

Клавиатура

Клавиатура является основным средством ввода информации в ПК. Она представляет собой матрицу клавиш, объединенных в единое целое, и электронный блок для преобразования нажатий клавиши в двоичный код. Каждой клавише на клавиатуре соответствует семиразрядный код сканирования (скан-код). При нажатии клавиши аппаратура клавиатуры генерирует однобайтовый код нажатия, а при отпускании соответственно однобайтовый код отпускания. Код нажатия совпадает с кодом сканирования. Код отпускания отличается от кода сканирования наличием единицы в старшем разряде байта. Если клавиша остается нажатой более 0,5с, то автоматически начинают генерироваться коды нажатия с частотой 10 раз в секунду. Автоматическая генерация кода прекращается, если клавишу отпустить или нажать другую клавишу. Так, при «залипании» клавиши, чтобы исключить последствия, достаточно нажать любую другую клавишу. Принцип действия клавиатуры показан на рисунке 2.19. При нажатии на клавишу сигнал регистрируется контроллером клавиатуры и инициализирует аппаратное прерывание, процессор прекращает работу и выполняет процедуру анализа скан-кода. Прерывание обрабатывается специальной программой, входящей в состав постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). Любая клавиатура имеет 4 группы клавиш:

— клавиши пишущей машинки для ввода прописных и строчных букв, цифр и специальных знаков;

—служебные клавиши, меняющие смысл нажатия остальных и осуществляющие другие действия по управлению вводом с клавиатуры (Alt, Ctrl, Shift, Tab, Backspace, Enter, Caps Lock, Num Lock, Print Screen и др.);

—функциональные клавиши (F1—F12), смысл нажатия которых зависит от программного продукта;

—клавиши двухрежимной малой цифровой клавиатуры, обеспечивающие быстрый и удобный ввод цифровой информации, а также управление курсором и переключение режимов работы клавиатуры.

Манипуляторы

Манипуляторы – это устройства, предназначенные для управления курсором (указателем) на экране монитора.

Манипуляторы делают работу пользователя более удобной, особенно в программах с графическим интерфейсом. К манипуляторам относятся: мышь, джойстик, световое перо, трекбол и т. д.

Мышь представляет собой устройство для указания нужных точек на экране дисплея путем перемещения его по плоской поверхности. Координаты местоположения мыши передаются в компьютер и вызывают соответствующее перемещение курсора (указателя) мыши. В соответствии с принципом действия различают опто-механические и оптические мыши.

Принцип работы опто-механической мыши (рис. 2.20) состоит в преобразовании перемещения мыши в электрические импульсы, формируемые с помощью оптопары – светодиодов (источников света) и фотодиодов (приемников света). При перемещении мыши вращение шарика через валики передается на диски с «прорезями». Вращение диска приводит к перекрытию светового потока между светодиодом и фотодиодом, что приводит к появлению электрических импульсов. Частота импульсов соответствует скорости перемещения мыши.

В настоящее время достаточно широко используются оптические мыши. Все современные оптические мыши конструктивно содержат миниатюрную видеокамеру, у которой в качестве светочувствительного элемента используется CMOS-сенсор. (Датчик изображения, содержащий светочувствительный слой кремния, в котором фотоны преобразовываются в электроны. CMOS – Complementary Metal Oxide Semiconductor – КМОП – комплементарная структура «металл-оксид-полупроводник») Напротив сенсора для освещения поверхности под мышью располагается источник света, как правило, красный светодиод. При перемещении мыши сенсор обрабатывает изображения поверхности и в виде сигналов посылает их в специализированный процессор DSP (Digital Signal Processing – цифровой сигнальный процессор), который анализирует изменения в принятых изображениях и соответственно определяет направление перемещения мыши. Однако оптические мыши нельзя использовать на стеклянных и зеркальных поверхностях.

Существуют и беспроводные мыши, в которых с помощью встроенного передатчика информация передается инфракрасными лучами или радиосигналами. Эти сигналы фиксируются специальным приемником и поступают в компьютер. При использовании инфракрасного диапазона мышь должна находиться в зоне прямой видимости приемника. Если же используется радиодиапазон, то это условие не является обязательным.

Последним достижением в области создания манипуляторов типа мышь является использование лазерной технологии. При перемещении мыши лазерный луч, отражаясь от поверхности, попадает на сенсор, который обнаруженные изменения поверхности переводит в движение курсора на экране монитора. Использование лазерного луча позволяет мышь сделать более чувствительной по сравнению с обычной оптической мышью, а также использовать ее на любых поверхностях. В то же время лазер невидим и безопасен для человека.

Качество той или иной модели мыши определяется разрешением мыши, которое измеряется в dpi (dot per inch – число точек на дюйм), хотя существует и другая единица cpi (count per inch – число отсчетов на дюйм). Обычно разрешение мыши в зависимости от модели находится в пределах от 300 до 900 dpi. Чем больше разрешение, тем более точно позиционируется курсор мыши. Конструктивно мыши выполнены в форме пластмассовой коробки с кнопками, как правило, с двумя – основной и дополнительной.

Другим манипулятором, в котором перемещение курсора осуществляется ручным вращением шара, выступающего над плоской поверхностью, является трекбол (рис. 2.22, а). Принцип действия такой же, как и у опто-механической мыши. Трекбол, по сути, та же мышь, только перевернутая «брюшком» вверх.

Джойстик – это устройство, которое, как правило, применяется в игровых приставках и игровых компьютерах (рис. 2.22, б). Он представляет собой рычаг, перемещение которого приводит к перемещению курсора на экране. На рычаге располагается одна или несколько кнопок. При этом курсор принимает форму какого-либо движущегося объекта.

Световое перо может применяться для указания точки на экране дисплея или для формирования изображений. В наконечнике светового пера установлен фотоэлемент, который реагирует на световой сигнал, передаваемый экраном в точке прикосновения пера. Так как экран монитора состоит из множества точек (пикселей), то при нажатии кнопки на пере передается сигнал в ПК, по которому вычисляются координаты электронного луча в момент его регистрации. Другая область применения светового пера – его совместное использование с дигитайзером. Дигитайзер (цифрователь) – это устройство, предназначенное для ввода графической информации. При перемещении пера по планшету в памяти компьютера фиксируются его координаты, т. е. в этом случае световое перо выполняет «пишущую» функцию.

Сенсорные экраны

Сенсорный экран – это экран, совмещенный с сенсорными устройствами и позволяющий вводить в компьютер информацию прикосновением пальца руки.

В общем случае при работе с сенсорным устройством пользователь касается пальцем курсора (поверхности этого устройства), буквы, числа или другой высвечиваемой фигуры на экране. Независимо от физической природы принципов, положенных в основу функционирования сенсорного устройства, с его поверхностью связывается прямоугольная система координат, которая позволяет фиксировать прикосновение пальца и передавать сигнал в компьютер. По принципу действия различают следующие сенсорные технологии: резистивную, емкостную, инфракрасную и технологию, основанную на поверхностно-акустических волнах (ПВА).

Резистивная технология. Резистивная технология основана на методе замера электрического сопротивления части системы в момент прикосновения. Резистивный экран обладает высокой разрешающей способностью (300 точек/ дюйм), большим ресурсом (10 млн. касаний), небольшим временем отклика (около 10 мс) и низкой стоимостью. Но помимо плюсов есть и минусы, например такие, как 20%-я потеря светового потока.

Емкостная технология. Чувствительный элемент емкостного сенсорного экрана представляет собой стекло, на поверхность которого нанесено тонкое прозрачное проводящее покрытие. При прикосновении к экрану обра зуется емкостна; связь между пальцем и экраном, что вызывает импульс ток в точку контакта (рис. 2.24). Другая емкостная технологи NFI (Dynapro) (рис. 2.25) основана на использовании электромагнитной волны. NFI использует специальную сенсорную электронную схему, которая может определить проводящий объект – палец или проводящее перо ввода – через слой стекла, а также через перчатки или другие потенциальные препятствия (влага, гель, краска и т. д.).

Технология ПАВ (поверхностные акустические волны). В углах такого экрана размещается специальный набор элементов из пьезоэлектрического материала, на которые подается электрический сигнал частотой 5 МГц. (Пьезоэлектрические материалы – это вещества, которым присущ пьезоэлектрический эффект, т.е. возникновение электрического поля под воздействием упругих деформаций – прямой пьезоэлектрический эффект.) Этот сигнал преобразуется в ультразвуковую акустическую волну, направляемую вдоль поверхности экрана. Даже легкое касание экрана в любой его точке вызывает активное поглощение волн, благодаря чему картина распространения ультразвука по его поверхности несколько меняется.

Инфракрасная технология. Вдоль границ сенсорного экрана устанавливаются специальные излучающие элементы, генерирующие световые волны инфракрасного диапазона, световые волны инфракрасного диапазона распространяются вдоль поверхности экрана, образуя на его рабочей поверхности подобие координатной сетки.

Если один из инфракрасных лучей перекрывается попавшим в зону действия лучей посторонним предметом, луч перестает поступать на приемный элемент, что тут же фиксируется микропроцессором. Стоит отметить, что инфракрасному сенсорному экрану все равно, какой именно предмет помещен в его рабочее пространство: нажатие может осуществляться пальцем, авторучкой, указкой и даже рукой в перчатке. Сенсорные экраны могут быть навесными и встроенными (рис. 2.28).

За последние несколько лет сенсорные экраны зарекомендовали себя как наиболее удобный способ взаимодействия человека с машиной. Применение сенсорных экранов имеет ряд преимуществ, недоступных при использовании любых других устройств. Так, информационные системы, сделанные на базе сенсорных киосков, помогают в получении необходимой или интересующей информации в выставочных залах, на вокзалах, в государственных, банковских, финансовых и медицинских учреждениях и др.

Сканеры

Сканер – это устройство, позволяющее передавать в компьютер графическую информацию, размещенную на бу маге или пленке.

Это могут быть тексты, рисунки, схемы, графики, фотографии и др. Сканер, подобно копировальному аппарату, создает копию изображения бумажного документа, но не на бумаге, а в электронном виде.

Принцип действия сканера следующий. Копируемое изображение освещается источником света (как правило, флуоресцентная лампа). При этом луч света осматривает (сканирует) каждый участок оригинала. Отраженный от бумажного листа луч света через уменьшающую линзу попадает на прибор с зарядовой связью (ПЗС). (Устройство, накапливающее электронный заряд при попадании на него светового потока. Уровень заряда зависит от продолжительности и интенсивности освещения. В англоязычной литературе используется определение CCD – Couple-Charget Device) На поверхности ПЗС за счет сканирования формируется уменьшенное изображение копируемого объекта. ПЗС осуществляет преобразование оптической картинки в электрические сигналы. ПЗС представляет собой матрицу, которая содержит большое число полупроводниковых элементов, чувствительных к световому излучению.

В черно-белых сканерах на выходе каждого элемента ПЗС с помощью аналогово-цифрового преобразователя формируется несколько оттенков серого цвета.

В цветных сканерах используется цветовая модель RGB. Сканируемое изображение освещается через вращающийся RGB-светофильтр или последовательно зажигаемыми тремя цветными лампами – красной, зеленой, синей. Сигнал, соответствующий каждому основному цвету, обрабатывается отдельно. Для этого имеются параллельные линейки датчиков, каждая из которых воспринимает свой цвет. Число передаваемых цветов составляет от 256 до 65 536 и даже 16,7 млн. Разрешающая способность сканеров измеряется в количестве различимых точек на дюйм изображения. При этом указывается два значения, например 600×1200 dpi. Первое – это количество точек по горизонтали, оно определяется матрицей ПЗС. Второе – количество шагов двигателя по вертикали на дюйм. Во внимание следует принимать первое – минимальное значение.

По своему конструктивному исполнению сканеры бывают ручные, планшетные, барабанные, проекционные и др. рис. 2.30).

Устройства вывода информации

Устройства вывода информации – это устройства, которые выводят информацию, обработанную компьютером, для восприятия ее пользователем или для использования другими автоматическими устройствами.

Выводимая информация может отображаться на экране монитора, печататься на бумаге, воспроизводиться в виде звуков, передаваться в виде каких-либо сигналов.

Мониторы и видеоадаптеры

Монитор (дисплей) – это устройство, предназначенное для отображения текстовой и графической информации в целях визуального восприятия ее пользователем.

Монитор является основным периферийным устройством и служит для отображения информации, вводимой с помощью клавиатуры или других устройств ввода (сканер, дигитайзер и др.). Монитор подключается к компьютеру через видеоадаптер. В настоящее время используются следующие типы мониторов:

—на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ);

— жидкокристаллические;

—плазменные (газоразрядные).

Разница между этими мониторами заключается в разных физических принципах формирования изображения.

Мониторы на базе ЭЛТ по принципу действия ничем не отличаются от обычных телевизоров. При формировании изображения видеоданные преобразуются в непрерывный поток электронов, которые «выстреливаются» катодными тушками кинескопа. Получившиеся электронные лучи проводят сквозь специальную направляющую решетку, чем обеспечивается точное попадание электронов в нужную точку, и затем достигают люминесцентного слоя. При бомбардировке электронами люминофор излучает свет.

Существует несколько типов электронно-лучевых трубок, которые различаются между собой устройством направляющей решетки и слоем люминофора.

Наибольшее распространение получили мониторы с так называемой теневой маской. В кинескопе этого типа для позиционирования электронного пучка применяется тонкая металлическая пластина, в которой путем перфорации изготовлено множество отверстий (рис. 2.32, а). Люминофор в таком кинескопе выполнен в виде цветных триад, где каждое троеточие – светящийся элемент красного, зеленого и синего вещества – представляет собой один видимый пиксель.

Другой тип кинескопов, построенных с применением апертурной решетки (рис. 2.32, б), отличается от кинескопов с теневой маской тем, что для точного позиционирования электронного луча служит не громоздкая пластина, а ряд стальных нитей. Люминофор в кинескопе с апертурной решеткой нанесен на внутреннюю поверхность экрана в виде чередующихся вертикальных полосок.

В ЭЛТ с щелевой маской направляющая решетка представляет собой пластину с вертикальными длинными прорезями-щелями (рис. 2.32, в). Люминофор в таких кинескопах наносится либо в виде непрерывных чередующихся полосок, либо в виде эллиптических полосок, по своей форме близких к прорезям в щелевой маске.

Рассмотренные типы кинескопов имеют свои достоинства и недостатки. Так, ЭЛТ с теневой маской благодаря некоторым своим конструктивным особенностям обладает рядом преимуществ по сравнению с другими типами кинескопов: плотное расположение цветных триплетов, позволяющее добиться высокой четкости изображения, и хорошо отлаженная технология производства. Недостатком является снижение срока службы монитора – из-за большой площади перфорированная маска поглощает около 70-85% всех электронов, испускаемых катодами электронной пушки кинескопа, в результате чего уменьшается диапазон яркости и контрастности. Для достижения высокой красочности изображения приходится увеличивать интенсивность электронного потока, что не лучшим образом влияет на срок службы монитора (как правило, жизненный цикл устройства на основе ЭЛТ с теневой маской не превышает 7-8 лет). Область применения таких мониторов – обработка больших массивов текстового материала, верстка, фоторетушь, цветокоррекция и САПР (системы автоматического проектирования).

К основным преимуществам ЭЛТ с апертурной решеткой можно отнести большую яркость и контрастность за счет большей пропускной способности электронов к люминофору и увеличенной площади покрытия экрана люминофором.

Среди недостатков следует отметить возникновение искажений изображения при отображении большого количества коротких штрихов, другими словами, при выводе текста мелким кеглем.

Мониторы, в которых применяются трубки со щелевой маской, сочетают в себе преимущества двух предыдущих типов устройств и свободны от недостатков. Яркие, живые краски, хороший контраст, четкая графика и текст – все это делает их пригодными для удовлетворения запросов любых категорий пользователей. Электронно-лучевые трубки разрабатываются и изготавливаются весьма ограниченным количеством компаний. Все остальные, производящие мониторы, пользуются покупными решениями. Среди наиболее известных компаний-разработчиков можно выделить: Hitachi и Samsung – трубки на основе теневой маски; Sony, Mitsubishi и ViewSonic – ЭЛТ с апертурной решеткой; NEC, Panasonic, LG – устройства, в которых применяется щелевая маска.

Жидкокристаллические мониторы (ЖКМ), или LCD-мониторы (LCD — Liquid Crystal Display) – это цифровые плоские мониторы. Эти мониторы используют прозрачное жидкокристаллическое вещество, которое в виде тонкой пленки расположено между двумя стеклянными пластинами. Пленка представляет собой матрицу, в ячейках которой расположены кристаллы. Рядом с каждой пластиной расположен поляризационный фильтр, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны.

Из курса физики вы знаете, что если пропускать свет через две пластины, плоскости поляризации которых совпадает, то обеспечивается полное прохождение света. Однако если одну из пластин поворачивать относительно другой, т.е. менять плоскость поляризации, то количество пропускаемого света будет уменьшаться. Когда плоскости поляризации будут взаимно перпендикулярны, прохождение света шокируется.

В ЖК-мониторах свет от лампы, попадая на первый поляризационный фильтр, поляризуется в одной из плоскостей, например вертикальной, и затем проходит слой жидких кристаллов. Если жидкие кристаллы разворачивают плоскость поляризации светового луча на 90°, то он беспрепятственно проходит через второй поляризационный фильтр, так как плоскости поляризации совпали. Если же поворота не произошло, то световой луч не проходит. Таким образом, подавая напряжение на кристаллы, можно изменять их ориентацию, т. е. тем самым регулировать количество света, проходящего через фильтры. В современных ЖК-мониторах каждый кристалл управляется отдельным транзистором, т. е. используется технология TFT (Thin Film Transistor) – технология «тонкопленочных транзисторов». Пиксель в ЖК-мониторе также формируется из красного, зеленого и синего цветов, а различные цвета получаются за счет изменения подаваемого напряжения, что приводит к повороту кристалла и соответственно к изменению яркости светового потока.

В плазменных мониторах (PDP — Plasma Display Panel) изображение формируется за счет излучения света газовыми разрядами в пикселях панели. Элемент изображения (пиксель) в плазменном дисплее во многом напоминает обычную люминесцентную лампу. Электрически заряженный газ испускает ультрафиолетовый свет, попадающий на люминофор и возбуждающий его, что вызывает свечение видимым светом соответствующей ячейки. В современных плазменных мониторах используется так называемая технология plasmavision – это множество ячеек, иначе говоря, пикселей, которые состоят из трех субпикселей, передающих цвета – красный, зеленый и синий.

Конструктивно панель состоит из двух плоских стеклянных пластин, расположенных на расстоянии порядка 100 микрон друг от друга. Между ними находится слой инертного газа (как правило, смесь ксенона и неона), на который воздействует сильное электрическое поле. На переднюю прозрачную пластину нанесены тончайшие прозрачные проводники – электроды, а на заднюю – ответные проводники. Задняя стенка имеет микроскопические ячейки, заполненные люминофорами трех основных цветов (красного, синего и зеленого), по три ячейки на каждый пиксель. Принцип действия плазменной панели основан на свечении специальных люминофоров при воздействии на них ультрафиолетового излучения, возникающего при электрическом разряде в среде сильно разреженного газа. При таком разряде между электродами с управляющим напряжением образуется проводящий «шнур», состоящий из ионизированных молекул газа (плазмы). Поэтому панели, работающие на этом принципе, и получили название плазменных панелей. Ионизированный газ воздействует на специальное флюоресцирующее покрытие, которое, в свою очередь, излучает свет, видимый человеческим глазом.

Качество того или иного монитора можно оценить по следующим основным параметрам:

—разрешающая способность;

—размер экрана;

—количество воспроизводимых цветов;

—частота обновления экрана.

Разрешение монитора. Обычно мониторы могут работать в двух режимах: текстовом и графическом. В текстовом режиме на экране монитора отображаются символе кодовойтаблицы ASCII. Максимальное число символов, которое может быть отражено на экране, называется информационнойемкостью экрана. В обычном режиме на экране размещается 25 строк по 80 символов в каждой из них, следовательно информационная емкость составляет 2000 символов. В графическом режиме на экран выводятся изображения, формируемые из отдельных элементов – пикселей. В графическом режиме разрешающая способность измеряется максимальным количеством пикселей по горизонтали и по вертикали на экране монитора. Разрешающая способность зависит как от характеристик монитора, так и от видеоадаптера. Чем выше эти значения, тем больше объектов можно разместить на экране, тем лучше детализация изображения. Например, разрешение 800×600 означает, что на экранеможно условно провести 800 вертикальных и 600 горизонтальных линий (рис. 2.35). При формировании изображения участвует каждый пиксель экрана, поэтому при разрешении 800×600 число адресуемых ячеек составляет 480000 пикселей. Для ЖК-мониторов разрешение определяется количеством ячеек, расположенных по ширине и высоте экрана. Современные ЖК-мониторы имеют в основном разрешение 1024×768 или 1280×1024.

Наиболее важной характеристикой, определяющей разрешающую способность и четкость изображения на экране, является размер зерна (dot pitch – шаг расположения точки) люминофора экрана монитора. Величина зерна современных мониторов имеет значение от 0,25 до 0,28 мм. Под зерном понимается расстояние между двумя точками люминофора одного цвета. Для трубок с теневой маской зерно измеряется по диагонали, для двух других по горизонтали. Стандартные значения разрешений: 640×480, 800×600, 1024×768, 1600×1200, 1800×1440 и др.

Размер экрана. В качестве меры обычно используется длина диагонали видимой области изображения. Для жидкокристаллических (ЖК) дисплеев размер видимой области совпадает с размерами панели. Для мониторов с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) видимая область несколько меньше. Это объясняется конструктивными особенностями самой ЭЛТ. Мониторы с ЭЛТ имеют размеры экрана 14, 15, 17, 19 и 22 дюйма. Для ЖК используются панели 15, 17, 18, 19, 20 и более дюймов.

Частота обновления экрана. Частота обновления экрана (смены кадров) зависит от типа монитора, видеоадаптера и выбранного разрешения изображения. Чем выше частота обновления экрана, тем выше качество изображения и меньше утомляемость во время работы. Типовые значения разрешения для мониторов с ЭЛТ лежат в диапазоне 85-150 Гц, для ЖК – 60-75 Гц.

Видеоадаптер. Видеоадаптер (видеокарта) является внутрисистемным устройством, которое предназначено для вывода информации на монитор. В зависимости от модели компьютера видеоадаптер может быть интегрированным (установленным на системной плате) или выполненным в виде платы, устанавливаемой в разъем (слот) PCI, AGP, AGP-exp. Основные параметры видеоадаптера: используемый чипсет, тип и объем видеопамяти, интерфейс. (Чипсет – это набор микросхем, являющийся интерфейсом между составными частями компьютера: центральный процессор, оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство, порты ввода/вывода.)

Печатающие устройства

Принтеры (печатающие устройства) – это устройства вывода данных из компьютера на бумагу или подобный ей носитель.

По принципу действия различают матричные, струйные, лазерные, термические и другие. По цветности – черно-белые и цветные.

В матричных принтерах изображение формируется из точек ударным способом. Основным узлом матричного принтера является печатающая головка, которая содержит несколько игл и перемещается вдоль листа бумаги. Каждая игла управляется собственным магнитом. При печати игла ударяет по красящей ленте, и на бумаге остается точка. Чем большее количество игл содержит головка, тем выше качество печати.

У струйных принтеров в печатающей головке вместо иголок находятся тонкие трубочки – сопла, через которые выбрасываются на бумагу мельчайшие капельки красителя (чернил). Число сопел может быть от 16 до 64, но в некоторых моделях и больше. В современных струйных принтерах для формирования капли используют пьезоэлектрический или термический методы. Для реализации пьезоэлектрического метода (рис. 2.37,а) в каждое сопло установлен плоский пьезокристалл, связанный с диафрагмой. Под воздействием электрического поля происходит деформация пьезоэлемента. При печати находящийся в трубке пьезоэлемент сжимает и разжимает трубку, наполняя капиллярную систему чернилами. Чернила, которые отжимаются назад, перетекают обратно в резервуар, а чернила, которые «выдавились» наружу, оставляют на бумаге точку.

При использовании термического метода, или метода газовых пузырьков (рис. 2.37,б), каждое сопло оборудовано нагревательным элементом, который при пропускании через него тока за несколько миллисекунд нагревается до температуры около 500 °С. Возникающие при резком нагревании газовые пузырьки выталкивают через выходное отверстие сопла необходимую каплю жидких чернил, которая переносится на бумагу. При отключении тока нагревательный элемент остывает, паровой пузырь уменьшается и через выходное отверстие поступает новая порция чернил.

У этих методов есть свои достоинства и недостатки. Преимуществом термической технологии является низкая стоимость изготовления печатающей головки. Однако под воздействием большого цикла нагрева и остывания материал печатающей головки со временем разрушается. Поэтому все печатающие головки в принтерах с термической технологией объединены с резервуаром для чернил и являются сменными. В пьезоэлектрической технологии печатающая головка обладает достаточным ресурсом и способна работать без замены на протяжении всего срока службы принтера. Однако существенным недостатком является то, что попадание воздуха в капиллярные каналы или засыхание в них чернил может полностью вывести головку из строя.

Лазерные принтеры используют электрографический принцип создания изображения.

Лазерный принтер содержит вращающийся барабан, покрытый фоточувствительным материалом. При вращении барабана его поверхность проходит мимо электрода с высоким напряжением и заряжается статическим электричеством. Луч лазера через систему зеркал освещает заряженную поверхность и разряжает нужные участки поверхности барабана в соответствии с формируемым изображением.

Когда поверхность, обработанная лазером, проходит мимо контейнера с красящим порошком (тонером), то незаряженные участки притянут краску, а заряженные останутся чистыми. Затем барабан прокатывается по листу бумаги, и на нее переносится порошок. Бумага с нанесенным порошком нагревается до температуры 100 °С, порошок расплавляется и впитывается в бумагу.