Устройства ввода

Тема 2.4 Устройства ввода - вывода оконечного оборудования

         Назначение, классификация устройств ввода - вывода. Устройства ввода - вывода ПЭВМ: СD RОМ, НГМД, сканер, принтер, цифровые камеры.

Устройства ввода - вывода ПЭВМ  - СD RОМ

Приводы СD-RОМ  работают не так, как все электромагнитные носители информации. При записи компакт-диск обрабатывается лазерным лучом (без механического контакта), выжигающим тот участок, который хранит логическую единицу, и оставляет нетронутым тот участок, который хранит логический нуль. В результате чего на поверхности СD образуются маленькие углубления, — так называемые питы.

Приводы СD-RОМ обычно управляются через IDE-сопряжение, SCSI-интерфейс или звуковую карту. Толщина компакт-диска составляет 1,2 мм, а диаметр — 120 мм. Диск изготавливается из поликарбоната, который покрыт с одной стороны тонким металлическим отражающим слоем (алюминия, реже золота) и за­щитной пленкой специального прозрачного лака. Информация на диске записана в виде чередований углублений в поверхности металлического слоя. Двоичный нуль представляется на диске в виде углубления, так и в виде основной поверхности, а двоичная единица — в виде границы между ними.

Рисунок. Конструкция оптико-механического блока привода CD-ROM

При кодировании 1 байт (8 бит) информации на диске записывается 14 бит плюс 3 бита слияния . Базовая информационная единица - это кадр, который содержит 24 кодированных байта или 588 бит (24х (14 + 3) + 180 бит для коррекции ошибок). Кадры образуют секторы и блоки. Сектор содержит 3234 кодированных байта (2352 информационных байта и 882 байта для коррекции ошибок и управления). Такая организация хранения данных на компакт-диске и использование алгоритмов коррекции ошибок позволяют обеспечить  качественное  чтение информации с вероят­ностью ошибки на бит, равной 10^-10.

В соответствии с принятыми стандартами поверхность диска разделена на три области:

Рекомендуемые материалы

§ Входная директория  — область в форме кольца, ближайшего к центру диска (ширина кольца 4 мм). Считывание информации с диска начинается именно со входной директории, где содержатся оглавление, адреса записей, число заголовков, сум­марное время записи (объем), название диска .

§ Область данных.

§ Выходная директория   имеет метку конца диска.

Основным отличием структуры каталога компакт-диска от структуры ка­талога дискеты (или структуры каталога DOS) является то, что на СD в си­стемной области записаны адреса файлов, что позволяет осуществлять пря­мое позиционирование. Следовательно, для доступа к данным, хранимым на СD, необходимо преобразование форматов. Для этих целей фирмой Microsoft был выпущен специальный драйвер (МSСDЕХ.ЕХЕ).

Для того чтобы привод СD-RОМ можно было использовать для прослуши­вания еще и аудиокомпакт-диски, необходима звуковая карта. В зависимо­сти от модели привода для подключения звуковой карты требуется двух или четырехжильный кабель.

К основным характеристикам приводов СD-RОМ относятся следующие:

• Скорость передачи данных
•  Среднее время доступа
• Объем буферной памяти
• Коэффициент ошибок
• Средняя наработка на отказ
• Тип интерфейса
• Перечень поддерживаемых форматов CD
• Параметры трактов воспроизведения
• Конструкция привода
• Комплект поставки программного обеспечения

Скорость передачи данных

Скорость передачи данных  — это максимальная скорость, с которой данные пересылаются от носителя информации в оперативную память ком­пьютера. Это наиболее важная характеристика привода СD-RОМ, которая практически всегда упоминается вместе с названием модели. Непосредст­венно со скоростью передачи данных связан такой параметр, как скорость вращения диска (кратность). Первые приводы СD-RОМ передавали данные со скоростью 150 Кбайт/с, как и проигрыватели аудиокомпакт-дисков. Скорость передачи данных следующих поколений устройств, как правило, кратна этому числу (150 Кбайт/с). Такие приводы получили название "накопителей с двух-, трех-, четырехкратной и т. д. скоростью". Причем, скорость передачи данных приводов с n-кратной скоростью зависит от типа читаемой информации. Например, если считывается информация со звуко­вого диска, то скорость передачи составляет 150 Кбайт/с , а если считываются файлы данных, то скорость передачи данных может быть равна 300, 450, 600 Кбайт/с и т. д. Иногда для характеристики накопителей на СD-RОМ используют такой показатель, как скорость постоянной пере­дачи данных. Высокая скорость передачи данных привода СD-RОМ необходима, прежде всего, для синхронизации изображения и звука. При недостаточной скорости передачи возможны пропуск кадров видеоизображения (дрожание изображения) и искажение звука.

Качество считывания

Качество считывания характеризуется коэффициентом ошибок и представляет собой оценку вероятности искажения информационного бита при его считывании. Данный параметр отражает способность устройства СD-RОМ корректировать ошибки чтения/записи. Паспортные значения этого коэффициента составляют 10^-10— 10^-12. Когда считываются данные с загрязненного или поцарапанного участка диска, регистрируются группы ошибочных битов. Если ошибку не удается устранить за счет избыточности помехоустойчивого кода (применяемого при чтении/записи), то скорость считывания данных понижается и происходит многократный повтор чтения. Если механизм коррекции ошибок не в состоянии устранить сбой, то на мониторе компьютера появляется сообщение Sector not found (сектор не найден). В случае устранения сбоя привод переключается на максимальную скорость считывания данных.

Среднее время доступа

Среднее время доступа - это время (в миллисекундах), которое требуется приводу для того, чтобы найти на носителе нужные данные. Очевидно, что при работе на внутренних участках диска время доступа будет л при считывании информации с внешних участков. Поэтому в е накопителя приводится среднее время доступа, определяемое как значение при выполнении нескольких считываний данных с раз-выбранных случайным образом) участков диска. По мере совершенствования приводов СD-RОМ среднее время доступа уменьшается, но все же этот параметр значительно отличается от аналогичного для накопителей на жестких дисках (100- 200мс для CD-ROM и 8-12мс для жестких дисков). Столь существенная разница объясняется принципиальными различиями конструкций: в накопителях на жестких дисках используется несколько магнитных головок и диапазон их механического перемещения меньше, чем диапазон перемещения оптической головки привода CD-ROM.

Объем буферной памяти

Объем буферной памяти  - это емкость оперативного запоминающего устройства привода СD-RОМ, используемого для повыше­ния скорости доступа к данным, записанным на носителе. Буферная память (или кэш-память) представляет собой устанавливаемые на плате накопителя микросхемы дли хранения считанных данных. Благодаря буферной памяти данные в компьютер могут передаваться с постоянной скоростью. Напри­мер, данные обычно размещены в различных областях диска, а поскольку накопители на СD-RОМ имеют относительно большое время доступа, это может привести к задержке поступления данных в компьютер. Такие за­держки практически незаметны при работе с текстовыми файлами, но при выводе видеоизображений или звукового сопровождения возникающие пау­зы недопустимы. Если для управления приводом СD-RОМ используются специальные программы-драйверы, то в буферную память может быть зара­нее записано оглавление диска. В этом случае обращение к фрагменту за­прашиваемых данных происходит значительно быстрее.

Оптимальный объем буферной памяти определяется многими факторами. Принято считать, что для приводов СD-RОМ с двукратной скоростью объем буферной памяти должен составлять не менее 64 Кбайт, а для накопителей с кратностью 4х и выше — не менее 256 Кбайт. Современные устройства имеют буферную память объемом 256—512 Кбайт.

Частично компенсировать недостаточный объем буферной памяти позволя­ют специальные программы буферизации или кэширования дисков, исполь­зующие для этого RАМ компьютера. Кроме объема буферной памяти на производительность накопителя СD-RОМ оказывает влияние тип буфера накопителя. Различают три типа буферов на­копителей СD-RОМ: статический, динамический и с опережающим чтением.

Статический буфер принимает и накапливает все блоки данных, поступающих от устройства, пока их не потребует процессор компьютера.

 Динамический буфер накапливает только те блоки данных, которые предположительно могут быть затребованы повторно. Динамический буфер используется при работе с небольшими по размеру файлами, произвольно расположенными на диске, что характерно для баз данных.

Буфер с опережающим чтением учитывает характер передаваемых данных, что позволяет подготовить нужные данные заблаговременно. Его использование наиболее эффективно при работе с большими по размеру файлами, например, аудио- и видеоданными.

Средняя наработка на отказ

Средняя наработка на отказ - это сред­нее время (в часах) безотказной работы привода СD-RОМ, определя­ет надежность накопителя как технического устройства.

Для первых моделей приводов СD-RОМ средняя наработка на отказ состав­ляла около 30 тыс. часов, или 3,5 года круглосуточной работы. Этот показа­тель современных моделей составляет 50—125 тыс. часов, что почти на по­рядок превышает срок морального старения накопителя.

Параметры аудиотракта

Поскольку приводы СD-RОМ используются и для проигрывания аудиодисков формата СD-DА, то они характеризуются и параметрами, описывающими качественные показатели тракта воспроизве­дения звука:

• Полосой воспроизводимых частот
• Динамическим диапазоном
•  Отношением сигнал/шум
•  Коэффициентом нелинейных искажений
•  Сопротивлением на выходе
•  Э.д.с. сигналов на выходе
•  Переходным затуханием между канатами и др.

Системные ресурсы приводов СD-RОМ

Как и другим периферийным устройствам, СD-RОМ необходимо присвоить соответствующие базовые адреса и прерывания IRQ, чтобы процессор и операционная система могли к ним обращаться. Для системы прерываний важно, чтобы для привода использовались свободные IRQ с номером выше7 (звуковая карта чаще всего связана с IRQ 7 ).

Базовые адреса обычно расположены в области от 300h до 340h. Если при­вод должен работать с каналом DМА, то следует обратить внимание на то, чтобы он не конфликтовал с другими устройствами. Как правило, для СD используют канал DМА 1.

Принцип записи на СD

Для однократной записи используются "чистые" диски, представляющие собой обычный компакт-диск, отражающий слой которого выполнен, как правило, из золотой или серебряной пленки, а между ним и поликарбонатной основой расположен регистри­рующий слой из органического материала, темнеющего при нагре­вании. Длина волны ла­зерного луча (как и при чтении) составляет 780 нм, а его интенсив­ность более чем в 10 раз выше, чем обычного привода СD-RОМ.

В процессе записи лазерный луч нагревает отдельные участки реги­стрирующего слоя, которые тем­неют и рассеивают свет, образуя участки, подобные питам. Однако отражающая способность зеркаль­ного слоя и четкость питов у дисков СD-R ниже, чем у СD-RОМ, изготовленных промышленным способом (методом штамповки). Поэтому некоторые модели приводов СD-RОМ могут не читать эти диски.

В перезаписываемых дисках регистрирующий слой выполнен из материала, изменяющего под воздействием луча свое фазовое состояние с аморфного на кристаллическое и обратно, в результате чего меняется прозрачность слоя. При нагреве лазерным лучом свыше критической температуры мате­риал регистрирующего слоя переходит в аморфное состояние и остается в нем после остывания, а при нагреве до температуры значительно ниже кри­тической восстанавливает свое первоначальное (кристаллическое) состоя­ние. Существующие диски выдерживают от нескольких тысяч до десятков тысяч циклов перезаписи. Однако их отражающая способность значительно ниже штампованных и СD-R. Поэтому для чтения СD-RW необходим спе­циальный привод с автоматической регулировкой усиления фотоприемника, хотя некоторые модели приводов СD-RОМ читают их не хуже обычных дисков. Приводы, способные читать СD-RW, маркируются как Multiread.

Рисунок. Устройство дисков CD-ROM и CD-R

Знакосинтезирующее устройство - фотосчитыватель

Блок фоторезисторов содержит 10 фоторезисторов расположенных вдоль строки с записанной кодовой шифрацией поперёк направления продвижения перфоленты. С первого один пи третий и с пятого по девятый резисторы располагаются под информационными дорожками восьмой дорожечной перфоленты. При считывании информации с перфоленты часть резисторов будет выключена, если необходимо осуществить считывание с пятой, шестой или седьмой дорожечной перфоленты. Четвёртый фоторезистор  располагается под ведущей дорожкой; сопротивление этого резистора периодически меняется с каждой комбинацией не зависимо от её характера. В дальнейшем сигналы с четвёртого фоторезистора выводятся с АПД для дальнейшей синхронизации. Десятый фоторезистор размещён около края перфоленты, где отверстия отсутствует. При закладке ленты в фотосчитыватель световой поток падающий на фоторезистор прерывается, после чего в АПД посылается сигнал готовности фотосчитывателя к работе.

    Блок формирователей преобразует форму поступающих сигналов, а так же обеспечивает синхронизацию и готовность. Изменение сопротивления резисторов происходит достаточно плавно, поэтому сигнал с фоторезистора имеет сглаженную форму. Формирователи, выполненные на триггерах, этот импульс превращают в прямоугольный. Сформированные служебные сигналы, направленные в АПД, информационные сигналы передвигаются на выход через блок адаптеров, содержащий 8 адаптеров по числу информационных сигналов и обеспечивает преобразование входных сигналов. Двигатель (устройство продвижения ленты) вращает лентопротяжный ролик с постоянной скоростью. Лента прижимается к ролику пусковым электромагнитом, срабатывающим по сигналу пуска поступающего из АПД и начинает двигаться с максимальной скоростью. При необходимости остановки импульсы тока на электромагнит не подаются и лента останавливается. При этом одновременно выключает тормозной электромагнит (ТР). Функции блока управления продвижения перфоленты сводятся в переключатель пускового и тормозного электромагнита по сигналам «пуск» и «стоп».

Вопросы для самоконтроля

1.Дать характеристику конструкции оптико-механического блока привода

CD-ROM.

"16 Правовой режим банковской тайны" - тут тоже много полезного для Вас.

2.Перечислите основные характеристики приводов СD-RОМ.

3.Что характеризует скорость передачи данных, среднее время доступа.

4.Объем буферной памяти, коэффициент ошибок, средняя наработка на отказ.

    5.Объясните функции блока фоторезисторов.

    6.Объясните функции устройства продвижения ленты и блока управления к нему.

7.Поясните процесс фотосчитывания в знакосинтезирующем устройстве.