Документ описывает аппаратное и программное обеспечение персональных компьютеров, включая основные внутренние и внешние устройства, такие как процессор, оперативная и внешняя память, устройства ввода-вывода. Он охватывает принципы работы компьютера, включая програмное управление и передачу данных, а также классификацию устройств по их функциям. Дополнительно рассматриваются характеристики и применения различных компонентов компьютерной системы.

1. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Введение
Аппаратное обеспечение -узлы, составляющие аппаратные средства компьютера.
Программное обеспечение - совокупность программ, хранящихся на компьютере.
Устройство компьютера делятся на:
- устройства ввода информации
- устройства обработки информации
- устройства хранения
- устройства вывода информации.
Чаще всего персональный компьютер состоит из следующих устройств:
- Системный блок — основной блок компьютерной системы. В нем располагаются
устройства, считающиеся внутренними. Внутренние устройства - это те устройства,
которые подключаются к процессору непосредственно, а внешние подключаются к нему
через контроллеры (например, видеокарта).
- Монитор — устройство для визуального воспроизведения символьной и графической
информации. Служит в качестве устройства вывода;
- Клавиатура — клавишное устройство, предназначенное для управления работой
компьютера и ввода в него информации;
- Мышь — устройство «графического» управления:
- Дополнительно могут подключатся другие устройства ввода и вывода информации,
например звуковые колонки, принтер, сканер...
Внутренние устройства компьютера:
- Процессор — основная микросхема персонального компьютера. Все вычисления
выполняются в ней. Единственное устройство, о существовании которого процессор «знает
от рождения», — оперативная память — с нею он работает совместно. Оттуда поступают
данные и команды. Данные копируются в ячейки процессора, а потом преобразуются в
соответствии с содержанием команд.
- Оперативная память. Её можно представить как обширный массив ячеек, в которых
хранятся числовые данные и команды в то время, когда компьютер включен. Процессор
может обратиться к любой ячейке оперативной памяти, поскольку она имеет неповторимый
числовой адрес.
- Материнская плата. На ней располагаются магистрали, связывающие процессор с
оперативной памятью, — так называемые шины. Различают шину данных, по которой
процессор копирует данные из ячеек памяти, адресную шину, по которой он подключается
к конкретным ячейкам памяти, и шину команд, по которой в процессор поступают команды
из программ. К шинам материнской платы подключаются также все прочие внутренние
устройства компьютера.
- Видеоадаптер. Имеют собственный вычислительный процессор, который снизил
нагрузку на основной процессор при построении сложных изображений. Особенно
большую роль видеопроцессор играет при построении на плоском экране трехмерных
изображений. В ходе таких операций ему приходится выполнять особенно много
математических расчетов.
- Звуковой адаптер. Разъемы звуковой карты выведены на заднюю стенку компьютера.
Для воспроизведения звука к ним подключают звуковые колонки или наушники.
Отдельный разъем предназначен для подключения микрофона. При наличии специальной
программы это позволяет записывать звук.
- Жесткий диск. Принцип действия жесткого диска основан на регистрации изменений
магнитного поля вблизи записывающей головки.
- Дисковод гибких дисков. Для транспортировки данных между удаленными
компьютерами используют гибкие диски (дискеты). Для записи и чтения данных,
размещенных на гибких дисках, служит специальное устройство — дисковод. Приемное
отверстие дисковода выведено на лицевую панель системного блока.

2. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
- Дисковод CD-ROM. Для транспортировки больших объемов данных удобно
использовать компакт-диски CD-ROM. Эти диски позволяют только читать ранее
записанные данные — производить запись на них нельзя. Для чтения компакт-дисков
служат дисководы CD-ROM.
- Коммуникационные порты. Для связи с другими устройствами, например принтером,
сканером, клавиатурой, мышью и т. п., компьютер оснащается так называемыми портами.
- Сетевые адаптеры необходимы компьютерам, чтобы они могли обмениваться данными
между собой. Этот прибор следит за тем, чтобы процессор не подал новую порцию данных
на внешний порт, пока сетевой адаптер соседнего компьютера не скопировал к себе
предыдущую порцию. После этого процессору дается сигнал о том, что данные забраны и
можно подавать новые. Так осуществляется передача. Сетевые адаптеры могут быть
встроены в материнскую плату, но чаще устанавливаются отдельно, в виде дополнительных
плат, называемых сетевыми картами.
Любой компьютер представляет собой автоматическое устройство, работающее по
заложенным в него программам. Компьютерная программа представляет собой
последовательность команд, записанных в двоичной форме на машинном языке, понятном
процессору компьютера. Компьютерная программа является формой записи алгоритмов
решения поставленных задач.
Одним из принципов, входящих в основу построения подавляющего большинства
компьютеров, является Принцип программного управления:
Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются
процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
1.1 Схема устройства ПК с подключенными к нему внешними устройствами
Структурная схема ПК на рис. 1. Рис.1
Микропроцессор (МП) - это центральный блок ПК, предназначенный для управления
работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций
над информацией.
В состав микропроцессора входят: устройство управления (УУ) - формирует и подает во
все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления

3. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
(управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и
результатами предыдущих операций ; формирует адреса ячеек памяти, используемых
выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки ЭВМ; опорную
последовательность импульсов устройство управления получает от генератора тактовых
импульсов;
Арифметико - логическое устройство (АЛУ) - предназначено для выполнения всех
арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией (в
некоторых моделях ПК для ускорения выполнения операций к АЛУ подключается
дополнительный математический сопроцессор); микропроцессорная память (МПП) -
служит для кратковременного характера, записи и выдачи информации, непосредственно
используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины, ибо основная память
(ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации,
необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессор.
Регистры - быстродействующие ячейки памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП,
имеющих стандартную длину 1 байт и более низкое быстродействие);
Интерфейсная система микропроцессора - реализует сопряжение и связь с другими
устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие
регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной. Интерфейс
(interface)- совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера,
обеспечивающая их эффективное взаимодействие. Порт ввода-вывода (I/O - Input/Output
port) - аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору другое
устройство ПК. Генератор тактовых импульсов. Он генерирует последовательность
электрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту
машины.
Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы
машины или просто такт работы машины. Частота генератора тактовых импульсов является
одной из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет
скорость его работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное
количество тактов.
Системная шина. Это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая
сопряжение и связь всех его устройств между собой. Системная шина включает в себя:
- Кодовую шину данных (КШД), содержащую провода и схемы сопряжения для
параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда;
- Кодовую шину адреса (КША), включающую провода и схемы сопряжения для
параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-
вывода внешнего устройства;
- Кодовую шину инструкций (КШИ), содержащую провода и схемы сопряжения для
передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машины; шину
питания, имеющую провода и схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе
энергопитания.

4. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:
- между микропроцессором и основной памятью;
- между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;
- между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого
доступа к памяти).
Не блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие унифицированные
разъемы (стыки) подключаются к шине единообразно: Непосредственно или через
контроллеры (адаптеры). Управление системной шины осуществляется микропроцессором
либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему- контроллер
шины, формирующий основные сигналы управления. Основная память (ОП). Она
предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками
машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее
устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).
ПЗУ служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной
информации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию
(изменить информацию в ПЗУ нельзя).
ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации
(программ и данных), непосредственно участвующей в информационно - вычислительном
-процессе , выполняемом ПК в текущий период времени . Главными достоинствами
оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к
каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке) . В качестве недостатка
ОЗУ следует отменить невозможность сохранения информации в ней после выключения
питания машины ( энергозависимость).
Внешняя память. Она относится к внешним устройствам ПК и используется для
долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться
для решения задач. В частности, во внешней памяти хранится все программное обеспечение
компьютера. Внешняя память содержит разнообразные виды запоминающих устройств, но
наиболее распространенными, имеющимися практически на любом компьютере, являются
накопители на жестких (HDD) и гибких (HD) магнитных дисках. Назначение этих
накопителей - хранение больших объемов информации, запись и выдача хранимой
информации по запросу в оперативное запоминающее устройство. В качестве устройств
внешней памяти используются также запоминающие устройства на магнитной дискете,
накопители на оптических дисках (CD-ROM-Compact Disk Read Only, DVD, Memory-
компакт-диск с памятью, только читаемой) и др.
Источник питания. Это блок, содержащий системы автономного и сетевого энергопитания
ПК. Таймер. Это внутри машинные электронные часы, обеспечивающие при
необходимости автоматический съем текущего момента времени (год, месяц, часы, минуты,
секунды и доли секунд). Таймер подключается к автономному источнику питания -
аккумулятору и при отключение машины от сети продолжает работать.

5. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Внешние устройства (ВУ). Это важнейшая составная часть любого вычислительного
комплекса. Достаточно сказать, что по стоимости ВУ иногда составляют 50-80% всего ПК.
ОТ состава и характеристик ВУ во многом зависят возможность и эффективность
применения ПК в системах управления и в народном хозяйстве в целом. ВУ ПК
обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой пользователями, объектами
управления и другими ЭВМ. ВУ весьма разнообразны и могут быть классифицированы по
ряду признаков. Так, по назначению можно выделить следующие виды ВУ:
- внешние запоминающие устройства (ВЗУ) или внешняя память ПК;
- диалоговые средства пользователя;
- устройства ввода информации;
- устройства вывода информации;
- средства связи и телекоммуникации. Диалоговые средства пользователя включают в свой
состав видеомониторы (дисплеи), реже пультовые пишущие машинки (принтеры с
клавиатурой) и устройства речевого ввода-вывода информации.
Видеомонитор (дисплей) - устройство для отображения вводимой и выводимой из ПК
информации. Устройства речевого ввода-вывода относятся к средствам мультимедиа.
Устройства речевого ввода - это различные микрофонные акустические системы, "звуковые
мыши", например, со сложным программным обеспечением, позволяющим распознавать
произносимые человеком буквы и слова, идентифицировать их и закодировать.
К устройствам ввода информации относятся:
Клавиатура - устройство для ручного ввода числовой, текстовой и управляющей
информации в ПК; графические планшеты (диджитайзеры) -для ручного ввода графической
информации, изображений путем перемещения по планшету специального указателя (пера
); при перемещении пера автоматически выполняются считывание координат его
местоположения и ввод этих координат в ПК;
Сканеры - для автоматического считывания с бумажных носителей и ввода в ПК
машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей; в устройстве кодирования сканера
в текстовом режиме считанные символы после сравнения с эталонными контурами
специальными программами преобразуются в коды ASCII, а в графическом режиме
считанные графики и чертежи преобразуются в последовательности двухмерных
координат; манипуляторы (устройства указания): джойстик- рычаг, мышь, трекбол-шар в
оправе, световое перо и др. - для ввода графической информации на экран дисплея путем
управления движением курсора по экрану с последующим кодированием координат
курсора и вводом их в ПК;
Сенсорные экраны - для ввода отдельных элементов изображения, программ или команд с
полиэкрана дисплея в ПК. К устройствам вывода информации относятся:
Принтеры - печатающие устройства для регистрации информации на бумажный носитель;
графопостроители (плоттеры) - для вывода графической информации (графиков, чертежей,

6. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
рисунков) из ПК на бумажный носитель; плоттеры бывают векторные с вычерчиванием
изображения с помощью пера и растровые: термографические, электростатические,
струйные и лазерные. По конструкции плоттеры подразделяются на планшетные и
барабанные. Основные характеристики всех плоттеров примерно одинаковые: скорость
вычерчивания-100-1000 мм/с, у лучших моделей возможны цветное изображение и
передача полутонов; наибольшая разрешающая способность и четкость изображения у
лазерных плоттеров, но они самые дорогие.
Устройства связи и телекоммуникации для связи с приборами и другими средствами
автоматизации (согласователи интерфейсов, адаптеры, цифроаналоговые и аналого-
цифровые преобразователи и т.п.) и для подключения ПК к каналам связи, к другим ЭВМ
и вычислительным сетям (сетевые интерфейсные платы, "стыки", мультиплексоры
передачи данных, модемы).
1.2 Основные компоненты ПК и их назначение.
Программа – это указание на последовательность действий (команд), которую должен
выполнить компьютер, чтобы решить поставленную задачу обработки информации.
Таким образом, программный принцип работы компьютера, состоит в том, что компьютер
выполняет действия по заранее заданной программе. Этот принцип обеспечивает
универсальность использования компьютера: в определенный момент времени решается
задача соответственно выбранной программе.
Информация, обрабатываемая на компьютере, называется данными. Во время выполнения
программы она находится во внутренней памяти.
Компьютер представляет собой совокупность устройств и программ, управляющих работой
этих устройств.
Аппаратное обеспечение - система взаимосвязанных технических устройств,
выполняющих ввод, хранение, обработку и вывод информации.
Программное обеспечение – совокупность программ, хранящихся на компьютере.
Персональный компьютер – это компьютер, предназначенный для личного использования.
Как правило, один экземпляр персонального компьютера используется только одним, или,
в крайнем случае, несколькими пользователями (например, в семье). По своим
характеристикам он может отличаться от больших ЭВМ, но функционально способен
выполнять аналогичные операции. По способу эксплуатации различают настольные,
портативные и карманные модели ПК. В дальнейшем мы будем рассматривать настольные
модели и приемы работы с ними.
На современном рынке вычислительной техники разнообразие модификаций и вариантов
компьютеров огромно, но любой, даже самый необычный комплект неизменно включает
одни и те же виды устройств.
Базовая конфигурация ПК - минимальный комплект аппаратный средств, достаточный для
начала работы с компьютером. В настоящее время для настольных ПК базовой считается
конфигурация, в которую входит четыре устройства:

7. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Системный блок;
Монитор;
Клавиатура;
Мышь.
Системный блок – основной блок компьютерной системы. В нем
располагаются устройства, считающиеся внутренними. Устройства, подключающиеся к
системному блоку снаружи, считаются внешними. В системный блок входит процессор,
оперативная память, накопители на жестких и гибких магнитных дисках, на оптический
дисках и некоторые другие устройства.
Монитор – устройство для визуального воспроизведения
символьной и графической информации. Служит в качестве устройства вывода. Они
отдаленно напоминают бытовые телевизоры.
Клавиатура – клавишное устройство, предназначенное для управления работой компьютера
и ввода в него информации. Информация вводиться в виде алфавитно-цифровых
символьных данных. Стандартная клавиатура имеет 104 клавиши и 3 информирующих о
режимах работы световых индикатора в правом верхнем углу.
Мышь – устройство «графического» управления. В настоящее время широкое
распространение получили оптические мыши, в которых нет механических частей.
Источник света размещенный внутри мыши, освещает поверхность, а отражены свет
фиксируется фотоприемником и преобразуется в перемещение курсора на экране.
Современные модели мышей могут быть беспроводными, т.е. подключающимися к
компьютеру без помощи кабеля.

8. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Периферийными называют устройства, подключаемые к компьютеру извне. Обычно эти
устройства предназначены для ввода и вывода информации.
Вот некоторые из них:
Принтер;
Сканер;
Модем;
Web-камера.
Внутренними считаются устройства, располагающиеся в системном блоке. Доступ к
некоторым из них имеется на лицевой панели, что удобно для быстрой смены
информационных носителей. Разъемы некоторых устройств выведены на заднюю стенку –
они служат для подключения периферийного оборудования. К некоторым устройствам
системного блока доступ не предусмотрен – для обычной работы он не требуется.
Материнская плата – самая большая
плата ПК. На ней располагаются магистрали, связывающие процессор с оперативной
памятью, - так называемые шины. К шинам материнской платы подключаются также все
прочие внутренние устройства компьютера. Управляет работой материнской платы
микропроцессорный набор микросхем – так называемый чипсет.

9. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Процессор. Микропроцессор – основная
микросхема ПК. Все вычисления выполняются в ней. Процессор аппаратно реализуется на
большой интегральной схеме (БИС). Большая интегральная схема на самом деле не
является большой по размеру и представляет собой, наоборот, маленькую плоскую
полупроводниковую пластину размером примерно 20х20 мм, заключенную в плоский
корпус с рядами металлических штырьков (контактов). БИС является большой по
количеству элементов. Использование современных высоких технологий позволяет
разместить на БИС процессора огромное количество функциональных элементов, размеры
которых составляют всего около 0.13 микрон (1 микрон = 10-6 м). Например, в процессоре
Intel Core 2 Duo с 4 МБ кэш-памяти их около 291 миллиона.
Основная характеристика процессора – тактовая частота (измеряется в мегагерцах (МГц) и
гигагерцах (ГГц)). Чем выше тактовая частота, тем выше производительность компьютера.
Есть еще несколько важных характеристик процессора – тип ядра и технология
производства, частота системной шины.
Единственное устройство, о существовании которого процессор «знает от рождения» –
оперативная память – с нею он работает совместно. Данные копируются в ячейки
процессора (регистры), а затем преобразуются в соответствии с командами (программой).
Оперативная память (ОЗУ), предназначена для
хранения информации, изготавливается в виде модулей памяти. Оперативную память
можно представить как обширный массив ячеек, в которых хранятся данные и команды в
то время, когда компьютер включен. Процессор может обратится к любой ячейки памяти.
Важнейшей характеристикой модулей памяти является быстродействие. Модули памяти
могут различаться между собой по размеру и количеству контактов, быстродействию,
информационной емкостью и т.д.
Может возникнуть вопрос - почему бы не использовать для хранения промежуточных
данных жесткий диск, ведь его объем во много раз больше? Это делать нельзя, так как

10. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
скорость доступа к оперативной памяти у процессора в сотни тысяч раз больше, чем к
дисковой.
Для длительного хранения данных и программ широко
применяются жесткие диски (винчестеры). Выключение питания компьютера не приводит
к очистке внешней памяти. Жесткий диск – это чаще не один диск, а пакет (набор) дисков
с магнитным покрытием, вращающихся на общей оси. Основным параметром является
емкость, измеряемая в гигабайтах. Средний размер современного жесткого диска
составляет 120 — 250 Гбайт, причем этот параметр неуклонно растет.
Винчестером он сначала в шутку был назван в 1973 году, так как некоторые его технические
характеристики по названию походили на марку знаменитой винтовки «винчестер». С тех
пор название прижилось.
Видеоадаптер – внутренне устройство, устанавливается в один из разъемов материнской
платы, и служит для обработки информации, поступающей от процессора или из ОЗУ на
монитор, а также для выработки управляющих сигналов.
В некоторых моделях материнских плат функции видеоадаптера выполняют микросхемы
чипсета — в этом случае говорят, что видеоадаптер интегрирован с материнской платой.
Если же видеоадаптер выполнен в виде отдельного устройства, его называют видеокартой.
Разъем видеокарты выведен на заднюю стенку. К нему подключается монитор.
Звуковой адаптер. В настоящее время средства для работы со звуком считаются
стандартными. Для этого на материнской плате устанавливается звуковой адаптер. Он
может быть интегрирован в чипсете материнской платы или выполнен как отдельная
подключаемая плата, которая называется звуковой картой.
Разъемы звуковой карты выведены на заднюю стенку компьютера. Для воспроизведения
звука к ним подключают звуковые колонки или наушники. Отдельный разъем предназначен
для подключения микрофона. При наличии специальной программы это позволяет
записывать звук. Имеется также разъем (линейный выход) для подключения к внешней
звукозаписывающей или звуковоспроизводящей аппаратуре (магнитофонам, усилителям и
т.п.).
Сетевая карта (или карта связи по локальной сети) служит для связи компьютеров в
пределах одного предприятия, отдела или помещения находящихся на расстоянии не более
150 метров друг от друга.
Для транспортировки данных используют дискеты и оптические диски (CD-ROM, DVD-
ROM, BD-ROM).

11. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Для транспортировки бо́льших объемов данных удобно использовать компакт-диски CD-
ROM. Аббревиатура «CD-ROM» означает «Compact Disk Read Only Memory» и обозначает
компакт-диск как носитель информации широкого применения. Емкость одного диска
составляет порядка 650-700 Мбайт.
Для чтения компакт-дисков служат дисководы CD-ROM.
Обычные компакт-диски штампуются на заводах и они не могут быть записаны в домашних
условиях. Существуют и диски, предназначенные для записи в домашних условиях: CD-R
(Compact Disk Recordable) для однократной записи и CD-RW (Compact Disk ReWritable) для
многократной.
DVD (англ. Digital Versatile Disc — цифровой многоцелевой диск или Digital Video Disk —
цифровой видеодиск) — носитель информации в виде диска, внешне схожий с компакт-
диском, однако имеющий возможность хранить бо́льший объём информации за счёт
использования лазера с меньшей длиной волны, чем для обычных компакт дисков.
Однослойный односторонний DVD имеет емкость 4,7 Гбайт.
Коммуникационные порты. Для связи с другими устройствами, например принтером,
сканером, клавиатурой, мышью и т. п., компьютер оснащается так называемыми портами.
Порт — это не просто разъем для подключения внешнего оборудования, хотя порт и
заканчивается разъемом. Порт — более сложное устройство, чем просто разъем, имеющее
свои микросхемы и управляемое программой.
1.3 Порты ввода-вывода
Порт — обычное соединение (физическое или логическое), через которое принимаются и
отправляются данные в компьютерах. Наиболее часто портом называют:
 Аппаратный порт — специализированный разъём в компьютере, предназначенный для
подключения оборудования определённого типа. См.: LPT-порт, последовательный
порт, USB-порт, Игровой порт.
 Порт ввода-вывода — используется в микропроцессорах (например, Intel)
и микроконтроллерах (например, PIC, AVR) при обмене данными с аппаратным
обеспечением. Порт ввода-вывода сопоставляется с тем или иным устройством и
позволяет программам обращаться к нему для обмена данными.
 Сетевой порт — параметр протоколов TCP и UDP.
Ввод-вывод через порты (англ. I/O ports) — схемотехническое решение, организующее
взаимодействие процессора и устройств ввода-вывода. Противоположность вводу-выводу
через память.
Во многих моделях процессоров ввод-вывод организуется теми же функциями, что и
чтение-запись в память — так называемый «ввод-вывод через память». Соответственно,
схемотехнически устройства ввода-вывода располагаются на шине памяти, и часть адресов
памяти направляются на ввод-вывод. В процессорах Intel, микроконтроллерах AVR и

12. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
некоторых других существуют отдельные команды для ввода-вывода — IN и OUT — и,
соответственно, отдельное адресное пространство: в процессорах Intel — от 000016 до
FFFF16.
Порты ввода/вывода создаются в системном оборудовании, которое циклически
декодирует управляющие, адресные и контакты данных процессора. Затем порты
настраиваются для обеспечения связи с периферийными устройствами ввода-вывода.
Одни порты используются для передачи данных (например, приём данных от клавиатуры
или чтение времени системных часов), другие — для управления периферийными
устройствами (команда чтения данных с диска). Исходя из этого порт ввода/вывода может
быть портом только для ввода, только вывода, а также двунаправленным портом.
Ввод-вывод через память никак не связан с прямым доступом к памяти; ПДП — отдельное
схемное решение, связывающее шину ввода-вывода с контроллером памяти и
разгружающее процессор на крупных операциях ввода-вывода.

13. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
1.4 Параллельный порт, последовательный порт
Введение
В современном компьютере достаточно много различных разъемов для подключения
внешних устройств. Некоторые из них устарели, некоторые только внедряются. Порты
можно классифицировать по следующим характеристикам:
 последовательный или параллельный,
 однонаправленный или двунаправленный,
 синхронные или асинхронные,
 соединяет только два устройства или работает как шина,
 максимальная пропускная способность.
Попробуем разобраться в некоторых особенностях и характеристиках следующих
интерфейсных портов:
 последовательный интерфейс RS-232,
 последовательный порт RS-422/485,
 порт клавиатуры (Keyboard Port),
 последовательный интерфейс PS/2,
 последовательный интерфейс USB,
 параллельный интерфейс LPT (Cetronics),
 параллельный порт, IEEE 1284,(EPP/ECP, EPP - Enhanced Parallel Port, ECP -
Extended Compatibility Port),
 инфракрасный интерфейс IrDA,
 последовательный интерфейс Bluetooth.
Последовательный порт RS-232C
Рис. 1. 9-ти контактный разъем RS-232.
Порт RS-232C используется для подключения указывающих устройств (манипуляторы
мышь), внешних модемов, а иногда для соединения двух машин нуль-модемным кабелем.
Спецификация RS-232 была принята в качестве стандарта 1960 ассоциацией EIA, а через
несколько лет (в 1969) была принята третья версия стандарта RS-232C, которая является на
данный момент наиболее широко распространенной среди персональных компьютеров. В
большинстве других источников заостряется внимание на том, что RS (Recomennded
Standart) не патентованный стандарт, а лишь рекомендованная спецификация.
Конструктивно RS-232C порт может иметь либо 9-и (рис. 1), либо 25-и штырьковый разъем
(компьютер - розетка, утсройство - вилка). Но фактически используются только 9 контактов
(табл. 1). Интерфейс позволяет связать только 2 (и не более) устройств. Передача данных
дуплексная по двум независимым сигнальным линиям недифференциальная с одним
общим проводом. Скорость передачи в данный момент ограничена 155 Кбит/сек (18,9
Kбайт/сек).
В принципе, существует разделение на два типа подключаемых устройств: те, кому
передаются данные (терминальные - например, компьютер), и те, которые способствуют
передаче (связные - например, модем). Передача данных по последовательному

14. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
интерфейсу происходит асинхронно, поэтому для корректной работы битовый поток
делят на группы по 5-8 бит. Чаще всего используются режимы 7 или 8 бит на группу.
Между группами выставляется маркерный бит, по которому принимающая сторона
может правильно определять начало и конец.
Таблица 1.
Назначение контактов разъемов RS0232
Контакты Обозначение *
9-pin 25-pin English Russian
1 8 Carrier Detect Несущая (вход)
2 3 Received Data Прием данных
(вход)
3 2 Transmitted Data Передача данных
(выход)
4 20 Data Terminal
Ready
Готовность к
приему (выход)
5 7 Signal Ground Общий провод
6 6 Data Set Ready Готовность к
передаче (вход)
7 4 Request To Send Запрос на
передачу (выход)
8 5 Clear To Send Запрос на прием
(вход)
9 22 Ring Indicator Индикатор звонка
(вход)
Последовательный порт, RS-422/485
Стандарты RS-422 и RS-485 являются более скоростным продолжением порта RS-232. Для
увеличения скорости передачи данных и допустимой длины соединительного кабеля
используются разностная (балансная) передача сигнала, поэтому задействованы
дополнительные контакты 25-и штырькового разъема. Это резко снижает воздейтсвие
помех и взаимное влияние сигналов в линиях, и позволяет увеличить допустимую длину
кабеля с 15 до 1000 метров. К тому же, к этим портам можно с помощью повторителей
подключать до 10/32 устройств соответственно. Устройства подключаются параллельным
ответвлением от основного кабеля, и совместно разделяют ресурсы шины. Интерфейс RS-
422 дуплексный, а RS-485 - полудуплексный.

15. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
В домашних персональных компьютерах RS-422/485 не применяются и используются, в
основном, для подключения управляемой или измерительной аппаратуры, а также для
создания небольшой локальной сети.
Последовательный порт клавиатуры
Рис. 2. Последовательный порт клавиатуры.
Поначалу (машины XT) интерфейсный порт клавиатуры представлял собой
последовательный однонаправленный порт. С фиксированной скоростью контроллер
клавиатуры синхронно посылал поток битов компьютеру. С появлением машин класса AT
клавиатурный порт, не изменив конструкции разъема, стал более походить на
последовательный полудуплексный порт (прямая и обратная передача идут по одной и
той же сигнальной линии). Драйвер клавиатуры AT может управлять состояниями
контроллера клавиатуры, подавая ему команды (например, установить скорость повтора
нажатия, включить/выключить индикаторы режима работы).
Таблица 2.
Назначение контактов последовательного порта клавиатуры.
Контакты Обозначение
English Russian
1 Clock Синхронизация
2 Data Сигнальная линия
3 Reset Сброс, инициализация
4 GND Общий
5 +5 V Питание
Последовательный порт PS/2
Рис. 3 Последовательный порт PS/2
В середине 80-х IBM предложила для удобства использовать для клавиатуры и мыши
унифицированный последовательный порт PS/2. В отличие от интерфейса RS-232C порт
PS/2 является полудуплексным, и его разъем конструктивно отличается. Скорость обмена
выше, чем в клавиатурном порте, но не выше RS-232C. Большая скорость реакции PS/2

16. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
мышей объясняется тем, что RS-232C мыши работают на стандартной скорости 9600
бит/сек, а не на максимальной.
Таблица 3.
Контакты последовательного порта Ps/2
Контакты Обозначение
English Russian
1 Data Сигнальная линия
2 Reserved Зарезервирован
3 GND Общий
4 +5 V Питание
5 Clock Синхронизация
6 Reserved Зарезервирован
Игровой порт, Game Port
Рис. 4. Игровой порт
Игровой порт дает возможность подключать к компьютеру одновременно до двух
аналоговых джойстиков, которые имеют две кнопки (а можно подключить один
четырехкнопочный). Но в данном случае "периферийное устройство" способно лишь
изменять потенциометрами уровень падения напряжения на 3/6 или 11/13 контактах и
замыкать 2/7 или 10/14 контакт на общий провод. О скорости обмена говорить тут не
имеет смысла, так как все зависит не от самого "устройства", а от скорости работы
контроллера порта. "Музыкальная" модификация игрового порта на звуковых платах
позволяет подключать к компьютеру MIDI устройства. Передача данных двунаправленная
по двум сигнальным линиям. Ну а вопрос скорости обмена по MIDI интерфейсу оставим за
рамками нашего обзора J.
Параллельный порт, Centronics
Параллельный порт типа Centronics, используемый с 1981 года в персональных
компьютерах фирмы IBM для подключения печатающих устройств, уже давно стал
стандартом де-факто, хотя в действительности официально на данный момент он не
стандартизован. Порт имеет 25-и штырьковый 2-х рядный разъем, данные передаются в
одну сторону: от компьютера к внешнему устройству. Но полностью однонаправленным
его назвать нельзя. Так 4 обратные линии используются для контроля за состоянием
устройства. Centronics позволяет подключать одно устройство, поэтому для совместного
очерёдного использования нескольких устройств требуется дополнительно применять
селектор.

17. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Передача данных происходит асинхронно, поэтому скорость обмена может
варьироваться. Длина соединительного кабеля не должна превышать 3-х метров, и
скорость передачи данных ограничена 1,2 Мбит/сек. Используется для подключения, в
первую очередь принтеров, а также других управляемых устройств.
Таблица 4
Контакты параллельного порта
Контакты Обозначение
English Russian
1 Strobe Маркер цикла передачи
(выход)
2 Data 1 Сигнал 1 (выход)
3 Data 2 Сигнал 2 (выход)
4 Data 3 Сигнал 3 (выход)
5 Data 4 Сигнал 4 (выход)
6 Data 5 Сигнал 5 (выход)
7 Data 6 Сигнал 6 (выход)
8 Data 7 Сигнал 7 (выход)
9 Data 8 Сигнал 8 (выход)
10 Acknlg Готовность принять
(вход)
11 Busy Занят (вход)
12 12 Paper End Нет бумаги (вход)
13 Select Выбор (вход)
14 Auto Feed Автоподача (выход)
15 Error Ошибка (вход)
16 Init Инициализация (выход)
17 Select In Управление печатью
(выход)
18-25 GND Общий

18. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Параллельный порт, IEEE 1284,(EPP/ECP, EPP - Enhanced Parallel Port, ECP -
Extended Compatibility Port)
Данная спецификация добавляет новые возможности для подключения внешних
устройств к параллельному порту. Разъем порта конструктивно такой же, как у Centronics.
Утвержденный в 1994 году стандарт IEEE 1284 обязывает контроллер параллельного порта
быть способным работать на большей скорости, организовывать очередь буферизации
данных и поддерживать несколько режимов работы. Режим совместимости с Centronics 8
бит/такт (передача в одну сторону), Nibble/Byte режим только для обратной передачи 4/8
бит/такт соответственно, и двунаправленные (полудуплексные) режимы передачи EPP и
ECP. Режим EPP при передаче данных использует обоюдные подтверждения, это
позволяет прозрачно подстраивать скорость обмена, а также дает возможность увеличить
допустимую длину кабеля.
Режим ECP был предложен чуть позже EPP. Главное отличие заключается в том, что, если
периферийное устройство умеет упаковывать/распаковывать данные по алгоритму RLE
(удобно для передачи изображений), то обмен будет происходить со сжатием данных на
ходу, и фактическая скорость обмена будет выше (в 2-50 раз). Используется для
подключения принтеров, сканеров, внешних накопителей.
Порт универсальной последовательной шины, USB (Universal Serial Bus)
Рис. 6 Порт USB
Зачем понадобилась USB? Причин, если вдуматься, более чем достаточно. В принципе,
если свести характеристики претендентов на звание внешнего интерфейса в одну
таблицу, большинство из ограничений COM портов будет видно как на ладони:
В так сказать "бытовом" плане это выражается как в невозможности одновременного
подключения более двух внешних устройств к COM портам. В ограничении по скорости,
делающим невозможным подключение многих образцов современной периферии. В
невозможности "на лету" поменять подключенные устройства.
Особенно остро встает проблема нехватки COM портов по мере того, как периферия
набирается интеллекта. Так, например, джойстику с Force Feedback, помимо обычного
порта для джойстика, требуется еще и COM порт, найти который, на машине с мышью и
модемом, мягко выражаясь сложновато. И подобных устройств, претендующих на
постоянное или временное подключение к компьютеру, постепенно становится все
больше.
Спецификация USB была разработана в 1995 году альянсом Compaq, DEC, IBM, Intel,
Microsoft, NEC и Northern Telecom, основной задачей которого было создать
высокоскоростной (до 12 Мбит/сек) универсальный последовательный порт, способный
подключать несколько устройств через концентраторы с активной инициализацией
подключения, не требующей перезагрузки компьютера. Это требование удачно
укладывается в концепцию Plug&Play, позволяя шине производить автоматическую
настройку (не надо распределять номера прерываний, отпадает лишняя "головная боль" у

19. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
пользователя). Во время подключения/отключения устройства шина USB производит
пересчет активных устройств и назначение каждому логического номера. USB-порт, к тому
же, способен запитывать подключаемое устройство, если оно не имеет своего блока
питания. Таким образом, появляется возможность сократить размеры маломощных (до
2,5 Вт) USB-устройств. Для предотвращения перегрузки питания предложено всем
концентраторам, которые самостоятельно включаются в электрическую сеть, запитывать
подключаемые к ним устройства. USB-кабель содержит 4 проводника: 2 - витая пара,
питание 5 В и общий провод. Таким образом, устройства разделяют одну сигнальную
линию. Для коррекции одиночных ошибок на линии используется циклический код CRC.
Помимо общего канала шириной в 12 Мбит/сек в USB имеется так называемый
"подканал" шириной в 1,5 Мбит/сек для медленных устройств, таких как клавиатура,
мышь, джойстик, перо и т.д. Это позволяет снизить стоимость медленных USB портов в
этих устройствах, поскольку более высокая скорость для таких устройств не нужна. Всего,
благодаря концентраторам, USB способна объединить в одну сеть до 127 устройств
одновременно.
USB версии 2.0 обладает значительно большей пропускной способностью (до 240
Мбит/сек). Для совместимости с USB 1.1 новый порт способен работать в нескольких
режимах. При подключении только высокоскоростных устройств шина работает в режиме
USB 2.0, а если подключено устройство, не способное работать на такой скорости, шина
снижает рабочую частоту до приемлемой данным устройством. Несмотря на некоторую
вялость на нашем рынке, на западе USB с успехом заменяет и последовательный RS-232C
порт и параллельный IEEE 1284. Удобство универсальной шины очевидно, поэтому
благодаря USB скоро уйдёт в прошлое большое разнообразие портов на задней стенке
нашего персонального компьютера.
Таблица 5
Контакты порта USB
Контакты Обозначение
English Russian
1-2 Data (Twisted Pair) Сигнальная линия
3-4 +5 V Питание и общий провод
Последовательный высокоскоростной порт FireWire, IEEE 1394
Рис.7 Порт FireWire.
Ни один из существовавших ранее стандартов внешних портов не позволял в реальном
времени передавать видеоряд. Поэтому таким устройствам, как миниатюрные цифровые
телекамеры, приходилось использовать свои собственные оригинальные интерфейсные
платы. Пользователю от этого удобнее не было. Еще в 1986 году фирма Apple разработала

20. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
цифровой интерфейс 1394, названный FireWire. И только в 1995 году его следующая
версия была стандартизована как IEEE 1394. Свое название "Fire on the Wire" шина
получила за свою высокою скорость 100 Мбит/сек. В дальнейшем стандарт был
расширен, и рабочая скорость увеличилась до 400 Мбит/сек (для сравнения: передача
видео 640x480 x 30 кадров x 3 байт/пиксел образует поток в 210 Мбит/сек). Аналогично
USB, FireWire способна запитывать подключаемое устройство (8-40 В -, до 1,5 А), и
подключение устройств можно производить на ходу (hot-plug). Разъем имеет 6 контактов:
4 - 2 витых пары для двунаправленного обмена, 2 - питание. Для не требующих питания
устройств можно применять более экономичные 4-жильные кабели. В качестве
системных устройств шины IEEE 1394 могут служить повторители, концентраторы и мосты.
Такое разнообразие, по сравнению с USB, делает шину FireWire несколько гибче.
Ограничение на количество подключенных устройств на одной сигнальной линии (до 63)
и максимальное количество промежуточных узлов на пути запроса от одного устройства
до другого (до 16) накладывает дополнительные условия на топологию шины. Но
благодаря мостам имеется возможность объединять отдельные независимые сегменты
шины. Всего с помощью мостов можно объединить до 1000 (!) разных сегментов в общую
сеть на основе FireWire.
Передача данных в IEEE 1394 может происходить как в асинхронном, так и в синхронном
режиме с заданной гарантированной скоростью передачи данных (очень важно для
передачи в реальном времени: звук, видео). Если устройство должно работать в
синхронном режиме, оно резервирует для себя определенное место в кадре данных
(длина кадра равна 125 мсек). Для этого рабочий квант времени передачи делится на
зарезервированные участки и на остальное - для асинхронной передачи. Интерфейс
FireWire уже несколько лет применяется в цифровых (профессиональных и бытовых)
видео- теле- камерах, магнитофонах и фотоаппаратах, которые можно самостоятельно
соединять между собой без участия компьютера, благодаря возможностям IEEE 1394, и
осуществлять цифровой видеомонтаж в реальном времени. Существует и Гигабитный
вариант IEEE 1394.2, в котором используется оптоволоконный соединительный кабель.
Таблица 6
Контакты порта FireWire
Контакты Обозначение
English Russian
1-2 Data (Twisted Pair) Сигнальная линия (вход)
3-4 Data (Twisted Pair) Сигнальная линия
(выход)
5-6 +8 V Питание и общий провод
Последовательный инфракрасный порт IrDA (Infrared Data Association)
В силу своей конструкции, в которой используется источник света и фотодатчик,
инфракрасный порт - последовательный. Для передачи информации соединительные
кабели не используются, поэтому взаимодействие устройств происходит на небольшом
расстоянии и при условии "прямой видимости". В июне 1994 года ассоциация IrDA
опубликовала спецификацию последовательного ИК-порта. В домашнем компьютере на

21. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
большинстве материнских плат имеется разъем для подключения ИК-порта (сам порт
продается отдельно), скорость передачи в данном случае почти такая же, как и у RS-232C
(от 2,4 до 115 Кбит/сек). Передача данных идет асинхронно в обоих направлениях, и для
обнаружения ошибок используется циклический код CRC-8 в коротких пакетах и CRC-16 - в
длинных.
В октябре 1995 IrDA предложила следующую версию ИК-порта, работающего со
скоростью до 4 Мбит/сек в пределах 1-2 метров видимости. В данном случае обмен
данными происходит синхронно, а для обнаружения ошибок уже используется CRC-32.
Некоторые производители предлагают свои оригинальные разработки ИК-портов (для
сканеров и принтеров), которые способны передавать данные на скорости от 2 до 16
Мбит/сек. Инфракрасный порт несколько специфичен для России, поэтому его можно
встретить разве что в беспроводных клавиатурах, джойстиках и интерфейсах мобильный
телефон<->ноутбук.
Устройство инфракрасного интерфейса подразделяется на два основных блока:
преобразователь (модули приемника-детектора и диода с управляющей электроникой) и
кодер-декодер. Блоки обмениваются данными по электрическому интерфейсу, в котором
в том же виде транслируются через оптическое соединение, за исключением того, что
здесь они пакуются в кадры простого формата – данные передаются 10bit символами, с
8bit данных, одним старт-битом в начале и одним стоп-битом в конце данных.
Сам порт IrDA основан на архитектуре коммуникационного СОМ-порта ПК, который
использует универсальный асинхронный приемо-передатчик UART (Universal
Asynchronous Receiver Transmitter) и работает со скоростью передачи данных 2400–115200
bps.
Связь в IrDA полудуплексная, т.к. передаваемый ИК-луч неизбежно засвечивает соседний
PIN-диодный усилитель приемника. Воздушный промежуток между устройствами
позволяет принять ИК-энергию только от одного источника в данный момент.
Рис. 5. Схема интерфейса IrDA

22. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Интерфейс беспроводной связи Bluetooth.
Bluetooth — недорогая технология небольшого радиуса действия, позволяющая
использовать радиочастоты для организации связи между лаптопами, мобильными
телефонами, сетевыми точками входа и другими устройствами. Bluetooth можно
применять для быстрого создания беспроводных сетей. Технология предоставляет
стандартный способ соединения друг с другом любых устройств, способных обмениваться
данными.
Если оправдаются прогнозы о том, что информационные устройства к 2002 году
превзойдут ПК по объему продаж, то технологию под названием Bluetooth с этого
времени станут применять повсеместно. Bluetooth позволяет соединять устройства всех
видов без кабелей и, как надеются ее сторонники, без усилий. При потребляемой
мощности в 0,1 Вт и оценочной стоимости в условиях массового производства не более 5
долл. на устройство — Bluetooth одновременно отличается низким энергопотреблением
и относительной дешевизной, то есть обладает качествами, идеальными для мобильных
устройств.
Одна небольшая микросхема, реализующая Bluetooth, позволит отказаться от кабелей
при соединении устройств всех типов, от лаптопов до наушников и принтеров. Согласно
прогнозам, еще до конца нынешнего года Bluetooth появится в дорогих мобильных
телефонах и, как вариант комплектации, в лаптопах.
Bluetooth позволит без лишних трудностей отправить с лаптопа страницу на печать или
подключиться к мобильному телефону для выхода в Internet по беспроводному
соединению. При этом сам телефон может находиться у пользователя в кармане, а
переговоры можно будет вести с помощью беспроводной головной гарнитуры.
Однако Bluetooth способна больше чем на организацию двухточечных бескабельных
соединений. Сторонники технологии утверждают, что в 2001 году последует вторая волна
приложений. В частности, Bluetooth можно будет применять для быстрого объединения
нескольких устройств в локальную сеть. Представьте себе встречу руководителей, на
которой те объединяют свои карманные компьютеры в сеть, чтобы сверить повестку дня
или обменяться виртуальными визитными карточками. Лаптоп докладчика может по
беспроводному соединению передавать слайды на ЖК-проектор.
Bluetooth можно будет также применять для организации соединения с точками доступа
к Internet или локальным сетям — находясь вблизи соответствующего оборудования,
сотовый телефон или карманный компьютер мог бы обмениваться данными с сетью на
вполне приличной скорости 721 Кбит/с.
Bluetooth была предложена два года назад компаниями Ericsson, IBM, Intel, Nokia и
Toshiba, сформировавшими альянс Bluetooth Special Interest Group (SIG). С момента
образования к нему присоединилось около 2000 компаний. Технология названа в честь
правившего в X в. датского короля Гаральда Блаатанда, который объединил
Скандинавию. Логотип Bluetooth составляют руны, обозначающие инициалы короля.
Bluetooth представляет собой радиочастотный приемопередатчик, работающий в режиме
расширенного спектра; для каждого пакета данных частота передачи изменяется, смена
происходит примерно 1600 раз в секунду. Bluetooth-соединения не создают помех друг
для друга за счет скачкообразного изменения несущей частоты в определенном
диапазоне — скачков по частоте — и малого радиуса действия, обусловленного низким

23. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
энергопотреблением. Bluetooth сочетает в себе аппаратную спецификацию и
программную основу для взаимодействия; и то и другое реализуется в одной
микросхеме.
Серьезное затруднение составляет стоимость технологии. Из соображений экономии
пользователи предпочитают применять инфракрасные порты, несмотря на все их
ограничения. На оснащение системы инфракрасным портом уходит всего несколько
долларов, тогда как Bluetooth стоит более 20. Если в случае с лаптопом стоимостью 2500
долл. эта разница не ощущается, то в случае с 150-долларовым карманным компьютером
— становится весьма заметной.
Еще одна трудность — радиочастотные помехи. Bluetooth делит рабочий диапазон (2,45
ГГц) сразу с двумя другими молодыми стандартами: IEEE 802.11 (сходная с Bluetooth, но
более дорогая технология объединения большого числа ПК в беспроводную Ethernet) и
HomeRF (технология создания домашних сетей). Войдя в достаточно тесный офис,
посетитель с беспроводной головной гарнитурой вполне может отключить десяток ПК от
локальной беспроводной Ethernet.
Рис. 8 Возможные области применения Bluetooth.
Сравнение
пропускной
способности различных интерфейсов
Сравнение пропуской способности различных интерфейсов представлено в табл. 7
Таблица 7
Порт Пропускная способность
Мбит/сек Мбайт/сек
RS-232C 0,148 0,018
Centronics 1,2 0.150
RS-422/RS-485 10 1,125
USB 1.1 12 1,5

24. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Порт Пропускная способность
Мбит/сек Мбайт/сек
ECP/EPP 24 3
USB 2.0 120 - 240 15 - 30
FireWire (1394) 400 50
IrDA 0,148 0,018
Bluetooth 10 1
Взгляд в будущее
Подводя обзор к логическому концу, можно сделать следующие выводы. Интерфейсы
USB, FireWire и Bluetooth уже "имеют билет" в следующее столетие. Универсальность и
высокая скорость заставляет большинство производителей равняться на эти стандарты.
Благодаря своей миниатюрности и простоте "подключения" Bluetooth станет незаменим в
мобильных и портативных системах. USB объединит всю "настольную" периферию
домашнего компьютера, а FireWire "развяжет руки" не только видео любителям, но
профессионалам.
2.1 Классификация накопителей в зависимости от типа носителей.
Внешняя (долговременная) память — это место длительного хранения данных (программ,
результатов расчётов, текстов и т.д.), не используемых в данный момент в оперативной
памяти компьютера. Внешняя память, в отличие от оперативной, является
энергонезависимой. Носители внешней памяти, кроме того, обеспечивают
транспортировку данных в тех случаях, когда компьютеры не объединены в сети
(локальные или глобальные).
Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (устройства,
обеспечивающего запись и (или) считывание информации) и устройства хранения —
носителя.
Основные виды накопителей информации:
• накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);
• накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);
• накопители на магнитной ленте (НМЛ);
• накопители CD-ROM, CD-RW, DVD.
Им соответствуют основные виды носителей информации:
• гибкие магнитные диски (Floppy Disk) (диаметром 3,5’’ и ёмкостью 1,44 Мб; диаметром
5,25’’ и ёмкостью 1,2 Мб (в настоящее время устарели и практически не используются,

25. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
выпуск накопителей, предназначенных для дисков диаметром 5,25’’, тоже прекращён)),
диски для сменных носителей;
• жёсткие магнитные диски (Hard Disk);
• кассеты для стримеров и других НМЛ;
• диски CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD.
Запоминающие устройства принято делить на виды и категории в связи с их принципами
функционирования, эксплуатационно-техническими, физическими, программными и др.
характеристиками. Так, например, по принципам функционирования различают
следующие виды устройств: электронные, магнитные, оптические и смешанные –
магнитооптические. Каждый тип устройств организован на основе соответствующей
технологии хранения/воспроизведения/записи цифровой информации. Поэтому, в связи с
видом и техническим исполнением носителя информации, различают: электронные,
дисковые и ленточные устройства.
Основные характеристики накопителей и носителей:
• информационная ёмкость;
• скорость обмена информацией;
• надёжность хранения информации;
• стоимость.
Остановимся подробнее на рассмотрении вышеперечисленных накопителей и носителей.
Принцип работы магнитных запоминающих устройств основан на способах хранения
информации с использованием магнитных свойств материалов. Как правило, магнитные
запоминающие устройства состоят из собственно устройств чтения/записи информации и
магнитного носителя, на который, непосредственно осуществляется запись и с которого
считывается информация. Магнитные запоминающие устройства принято делить на виды
в связи с исполнением, физико-техническими характеристиками носителя информации и
т.д. Наиболее часто различают: дисковые и ленточные устройства. Общая технология
магнитных запоминающих устройств состоит в намагничивании переменным магнитным
полем участков носителя и считывания информации, закодированной как области
переменной намагниченности. Дисковые носители, как правило, намагничиваются вдоль
концентрических полей – дорожек, расположенных по всей плоскости дискоидального
вращающегося носителя. Запись производится в цифровом коде. Намагничивание
достигается за счет создания переменного магнитного поля при помощи головок
чтения/записи. Головки представляют собой два или более магнитных управляемых
контура с сердечниками, на обмотки которых подается переменное напряжение. Изменение
величины напряжения вызывает изменение направления линий магнитной индукции
магнитного поля и, при намагничивании носителя, означает смену значения бита
информации с 1 на 0 или с 0 на 1.
Магнитные диски (МД)— в качестве запоминающей среды используются магнитные
материалы со специальными свойствами, позволяющими фиксировать два направления
намагниченности. Каждому из этих состояний ставятся в соответствие двоичные цифры —

26. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
0 и 1. Информация на МД записывается и считывается магнитными головками вдоль
концентрических окружностей - дорожек. Каждая дорожка разбита на сектора (1 сектор =
512 б). Обмен между дисками и ОП происходит целым числом секторов. Кластер —
минимальная единица размещения информации на диске, он может содержать один и более
смежных секторов дорожки. При записи и чтении МД вращается вокруг своей оси, а
механизм управления магнитной головкой подводит ее к выбранной для записи или чтения
дорожке.
Дисковые устройства делят на гибкие (Floppy Disk) и жесткие (Hard Disk) накопители и
носители. Основным свойством дисковых магнитных устройств является запись
информации на носитель на концентрические замкнутые дорожки с использованием
физического и логического цифрового кодирования информации. Плоский дисковый
носитель вращается в процессе чтения/записи, чем и обеспечивается обслуживание всей
концентрической дорожки, чтение и запись осуществляется при помощи магнитных
головок чтения/записи, которые позиционируют по радиусу носителя с одной дорожки на
другую.
НЖМД или «винчестеры» изготовлены из сплавов алюминия или из керамики и покрыты
ферролаком, вместе с блоком магнитных головок помещены в герметически закрытый
корпус. Емкость накопителей за счет чрезвычайно плотной записи достигает нескольких
гигабайт, быстродействие также выше, чем у съемных дисков (за счет увеличения скорости
вращения, т.к. диск жестко закреплен на оси вращения). Первая модель появилась на фирме
IBM в 1973 г. Она имела емкость 16 Кб и 30 дорожек/30 секторов, что случайно совпало с
калибром популярного ружья 30'730" «винчестер».
Дисковые массивы RAID - применяются в машинах-серверах БД и в суперЭВМ, они
представляют собой матрицу с резервируемыми независимыми дисками, несколько НЖМД
объединены в один логический диск. Можно объединить до 48 физических дисков любой
емкости, формирующих до 120 логических дисков (RAID7). Емкость таких дисков
составляет до 5Т6 (терабайт=1012).
Для операционной системы данные на дисках организованы в дорожки и секторы. Дорожки
(40 или 80) представляют собой узкие концентрические кольца на диске. Каждая дорожка
разделена на части, называемые секторами. При чтении или записи устройство всегда
считывает или записывает целое число секторов независимо от объёма запрашиваемой
информации. Размер сектора на дискете равен 512 байт. Цилиндр — это общее количество
дорожек, с которых можно считать информацию, не перемещая головок. Поскольку гибкий
диск имеет только две стороны, а дисковод для гибких дисков — только две головки, в
гибком диске на один цилиндр приходится две дорожки. В жестком диске может быть
много дисковых пластин, каждая из которых имеет две (или больше) головки, поэтому
одному цилиндру соответствует множество дорожек. Кластер (или ячейка размещения
данных) — наименьшая область диска, которую операционная система использует при
записи файла. Обычно кластер — один или несколько секторов.
Перед использованием дискета должна быть форматирована, т.е. должна быть создана её
логическая и физическая структура.
Дискеты требуют аккуратного обращения. Они могут быть повреждены, если
• дотрагиваться до записывающей поверхности;
• писать на этикетке дискеты карандашом или шариковой ручкой;

27. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
• сгибать дискету;
• перегревать дискету (оставлять на солнце или около батареи отопления);
• подвергать дискету воздействию магнитных полей.
Накопители на жестких дисках объединяют в одном корпусе носитель (носители) и
устройство чтения/записи, а также, нередко, и интерфейсную часть,
называемуюконтроллером жесткого диска. Типичной конструкцией жесткого диска
является исполнение в виде одного устройства — камеры, внутри которой находится один
или более дисковых носителей, помещённых на один ось, и блок головок чтения/записи с
их общим приводящим механизмом. Обычно, рядом с камерой носителей и головок
располагаются схемы управления головками, дисками и, часто, интерфейсная часть и (или)
контроллер. На интерфейсной карте устройства располагается собственно интерфейс
дискового устройства, а контроллер с его интерфейсом располагается на самом устройстве.
С интерфейсным адаптером схемы накопителя соединяются при помощи комплекта
шлейфов.
Принцип функционирования жёстких дисков аналогичен этому принципу для ГМД.
Основные физические и логические параметры ЖД.
• Диаметр дисков. Наиболее распространены накопители с диаметром дисков 2.2, 2.3, 3.14
и 5.25 дюймов.
• Число поверхностей — определяет количество физических дисков, нанизанных на ось.
• Число цилиндров — определяет, сколько дорожек будет располагаться на одной
поверхности.
• Число секторов — общее число секторов на всех дорожках всех поверхностей накопителя.
• Число секторов на дорожке — общее число секторов на одной дорожке. Для современных
накопителей показатель условный, т.к. они имеют неравное число секторов на внешних и
внутренних дорожках, скрытое от системы и пользователя интерфейсом устройства.
• Время перехода от одной дорожки к другой обычно составляет от 3.5 до 5 миллисекунд, а
у самых быстрых моделей может быть от 0.6 до 1 миллисекунды. Этот показатель является
одним из определяющих быстродействие накопителя, т.к. именно переход с дорожки на
дорожку является самым длительным процессом в серии процессов произвольного
чтения/записи на дисковом устройстве.
• Время установки или время поиска — время, затрачиваемое устройством на перемещение
головок чтения/записи к нужному цилиндру из произвольного положения.
• Скорость передачи данных, называемая также пропускной способностью, определяет
скорость, с которой данные считываются или записываются на диск после того, как головки
займут необходимое положение. Измеряется в мегабайтах в секунду (MBps) или мегабитах
в секунду (Mbps) и является характеристикой контроллера и интерфейса.

28. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
В настоящее время используются в основном жёсткие диски ёмкостью от 10 Гб до 80 Гб.
Наиболее популярными являются диски ёмкостью 20, 30, 40 Гб.
Кроме НГМД и НГМД довольно часто используют сменные носители. Довольно
популярным накопителем является Zip. Он выпускается в виде встроенных или автономных
блоков, подключаемых к параллельному порту. Эти накопители могут хранить 100 и 250
Мб данных на картриджах, напоминающих дискету формата 3,5’’, обеспечивают время
доступа, равное 29 мс, и скорость передачи данных до 1 Мб/с. Если устройство
подключается к системе через параллельный порт, то скорость передачи данных
ограничена скорость параллельного порта.
К типу накопителей на сменных жёстких дисках относится накопитель Jaz. Ёмкость
используемого картриджа — 1 или 2 Гб. Недостаток — высокая стоимость картриджа.
Основное применение — резервное копирование данных.
В накопителях на магнитных лентах (чаще всего в качестве таких устройств выступают
стримеры) запись производится на мини-кассеты. Ёмкость таких кассет — от 40 Мб до 13
Гб, скорость передачи данных — от 2 до 9 Мб в минуту, длина ленты — от 63,5 до 230 м,
количество дорожек — от 20 до 144.
CD-ROM — это оптический носитель информации, предназначенный только для чтения, на
котором может храниться до 650 Мб данных. Доступ к данным на CD-ROM осуществляется
быстрее, чем к данным на дискетах, но медленнее, чем на жёстких дисках.
Компакт-диск диаметром 120 мм (около 4,75’’) изготовлен из полимера и покрыт
металлической плёнкой. Информация считывается именно с этой металлической плёнки,
которая покрывается полимером, защищающим данные от повреждения. CD-ROM является
односторонним носителем информации.
Считывание информации с диска происходит за счёт регистрации изменений
интенсивности отражённого от алюминиевого слоя излучения маломощного лазера.
Приёмник или фотодатчик определяет, отразился ли луч от гладкой поверхности, был
рассеян или поглощён. Рассеивание или поглощение луча происходит в местах, где в
процессе записи были нанесены углубления. Фотодатчик воспринимает рассеянный луч, и
эта информация в виде электрических сигналов поступает на микропроцессор, который
преобразует эти сигналы в двоичные данные или звук.
Скорость считывания информации с CD-ROM сравнивают со скоростью считывания
информации с музыкального диска (150 Кб/с), которую принимают за единицу. На
сегодняшний день наиболее распространенными являются 52х-скоростные накопители CD-
ROM (скорость считывания 7500 Кб/с).
Накопители CD-R (CD-Recordable) позволяют записывать собственные компакт-диски.
Более популярными являются накопители CD-RW, которые позволяют записывать и
перезаписывать диски CD-RW, записывать диски CD-R, читать диски CD-ROM, т.е.
являются в определённом смысле универсальными.
Аббревиатура DVD расшифровывается как Digital Versatile Disk, т.е. универсальный
цифровой диск. Имея те же габариты, что обычный компакт-диск, и весьма похожий
принцип работы, он вмещает чрезвычайно много информации — от 4,7 до 17 Гбайт. Воз-
можно, именно из-за большой емкости он и называется универсальным. Правда, на сегодня

29. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
реально применяется DVD-диск лишь в двух областях: для хранения видеофильмов (DVD-
Video или просто DVD) и сверхбольших баз данных (DVD-ROM, DVD-R).
Разброс ёмкостей возникает так: в отличие от CD-ROM, диски DVD записываются с обеих
сторон. Более того, с каждой стороны могут быть нанесены один или два слоя информации.
Таким образом, односторонние однослойные диски имеют объем 4,7 Гбайт (их часто
называют DVD-5, т.е. диски емкостью около 5 Гбайт), двусторонние однослойные — 9,4
Гбайт (DVD-10), односторонние двухслойные — 8,5 Гбайт (DVD-9), а двусторонние
двухслойные — 17 Гбайт (DVD-18). В зависимости от объема требующих хранения данных
и выбирается тип DVD-диска. Если речь идет о фильмах, то на двусторонних дисках часто
хранят две версии одной картины — одна широкоэкранная, вторая в классическом
телевизионном формате.
Таким образом, здесь приведён обзор основных устройств внешней памяти с указанием их
характеристик.
Устройства внешней памяти весьма разнообразны.
Магнитооптические диски (ZIP) — запись на такой диск производится под высокой
температурой намагничиванием активного слоя, а считывание — лучом лазера. Эти диски
удобны для хранения информации, но оборудование стоит дорого. Емкость такого диска до
20,8 Мб, время доступа от 15 до 150 мс, скорость считывания информации до 2000 Кб/сек.
Ленточные (магнитные) накопители – стримеры. Благодаря достаточно большому объему
и довольно высокой надежности чаще всего используются в рамках устройств резервного
копирования данных на предприятиях и в крупных компаниях (хранят резервные копии баз
данных и другой важной информации).На ленточный накопитель не просто сохраняется
резервная копия данных, но также создается образ накопителя данных. Это позволяет
пользователю восстанавливать определенное состояние или использовать этот образ как
эталонный банк данных, например, когда данные были изменены.
Принцип записи на магнитных носителях основан на изменении намагниченности
отдельных участков магнитного слоя носителя. Запись осуществляется при помощи
магнитной головки, которая создает магнитное поле. При считывании информации
намагниченные участки создают в магнитной головке слабые токи, которые превращаются
в двоичный код, соответствующий записанному.
Флэш-карты. Стоило компьютерам научиться обрабатывать массивы данных, появилась
проблема, где и как хранить и переносить эти данные. Решений нашлось много – от
бумажных перфокарт до магнитных лент и дисков. У каждой из технологий было
множество своих плюсов и, как водится еще больше минусов.
Все мы склонны к лени, ищем наиболее приятные и комфортные условия, и не готовы идти
на жертвы, если этого не требует мода. И поэтому, как только персональный компьютер
потерял статус престижной и дорогой игрушки, пользователи все в более требовательной
форме стали намекать производителям на неудобства обращения с ними.

30. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Сегодня предмет нашего разговора – сменная память. К этой разновидности памяти
пользователи предъявляют несколько скромных требований:
• Энергонезависимость – т.е. не нуждаться в батарейках, неожиданная разрядка которых
приведет к потере информации.
• Надежность – не потерять данные под воздействием грозы, падении или при попадании в
лужу.
• Компактной – чтобы не размышлять, а стоит ли тащить все это с собой.
• Долговечной – чтобы не бегать в магазин каждый месяц за новой, т.к. старая отслужила
свой срок.
• Универсальной – совместимой со множеством устройств, в которых могут потребоваться
данные.
Пятнадцать лет назад компания Toshiba придумала технологию энергонезависимой
полупроводниковой памяти, которую она назвала флэш-памятью. Микросхемы,
сохраняющие данные после отключения питания были известны и ранее (BIOS), но с такой
памятью было связанно много неудобств: для записи требовались специальные устройства-
программаторы, а, чтобы стереть информацию приходилось применять ультрафиолетовое
облучение кристалла. Флэш-память позволяет записывать и стирать данные без таких
сложностей, благодаря чему обладает неплохим быстродействием и, к тому же, достаточно
надежна.
Вскоре чипы флэш-памяти стали встраивать в различные устройства, а на их основе были
созданы флэш-карты, с помощью которых можно было транспортировать различные
данные.
2.2 Технологии оптической памяти
В начале 80-х годов голландская фирма " Philips "объявила совершенной ею
революцией в области звуковоспроизведения. Ее инженеры придумали то, что сейчас
пользуется огромной популярностью – это лазерные диски и проигрыватели. В чем же
состоит главное преимущество лазерного или компакт-диска? Прежде всего, это
необычайно высокое качество звучания при воспроизведении лазерных фонограмм.
Поскольку при проигрывании компакт-дисков считывающим устройством является
лазерный луч, а, следовательно, между ним и диском нет механического контакта, то
полностью отсутствуют посторонние шумы, шуршанье и треск, свойственные обычным
грампластинкам.
Внешний вид и устройство CD приводов
CD-привод предназначен для считывания информации с дисков CD-ROM, CD-R, CD-
RW и для проигрывания обычных аудио-дисков (CD-DA). Управление приводом
осуществляется зачастую с помощью только одной кнопкой Eject; на некоторых моделях
имеется кнопка Play, позволяющая прослушивать звуковые композиции с аудио-дисков
даже без подключения интерфейсного кабеля. Обычно эта кнопка является
двухфункциональной (например, Play/Next) и служит еще для перехода между звуковыми

31. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
дорожками. Изредка встречаются модели, имеющие широкий выбор управления
проигрыванием аудио-CD (перемотки песен в обе стороны, пауза, стоп), фирма Creative
выпускает также серию приводов Infra с дистанционным ИК-пультом. На передней панели
также располагаются разъем для подключения наушников и регулятор громкости. На
задней располагаются разъемы для подключения питания, интерфейсного шлейфа,
звуковой и иногда цифровой (S/PDIF) выходы.
Как же устроен CD-ROM (здесь и далее CD-ROM означает CD-привод от Compact Disk
Drive, в отличие от CD-ROM - Compact Disk)? Привод состоит из платы электроники,
шпиндельного двигателя, оптической системы со считывающей головкой и системы
загрузки диска. На плате электроники размещены процессор, ПЗУ, в котором находится
служебная программа (firmware), схема управления лазерной головкой, силовые
микросхемы для управления двигателями и интерфейс с контpоллеpом компьютера.
Шпиндельный двигатель служит для приведения диска во вращение с постоянной линейной
(CLV) или угловой (CAV) скоростью. Сохранение постоянной линейной скорости требует
изменения угловой скорости диска в зависимости от положения оптической головки
(удалённости её от края диска).
Система оптической головки состоит из собственно самой головки и системы ее
перемещения. В головке размещены лазерный излучатель на основе инфpакpасного
лазерного светодиода, система фокусировки, фотоприемник и пpедваpительный усилитель.
Лазерный луч имеет длину волны 780 нанометров. Система фокусировки представляет
собой подвижную линзу, приводимую в движение электромагнитной системой Voice Coil
(звуковая катушка), сделанной по аналогии с подвижной системой гpомкоговоpителя.
Изменение напряженности магнитного поля вызывает перемещение линзы и
пеpефокусиpовку лазерного луча.
Технические характеристики CD-ROM.
Максимальная емкость обычного компакт-диска приблизительно равна 700Mb. 24x,
32x, 36x, 40x, 45x, 48x, 50x, 52x" - это скорость чтения (или скорость вращения диска),
которая рассчитывается исходя из кратности по отношению к стандартной единице, равной
150Kb/sec. Это скорость передачи данных, соответствующая скорости вращения
стандартного аудиодиска. Как правило, скорости 4x вполне достаточно для большинства
программ. Но дисководов CD-ROM с такой скоростью уже не встретишь. Более того, в
настоящее время устройства со скоростью менее 32x уже не производят.
Современные приводы CD-ROM достигли высоких скоростей считывания информации с
лазерного компакт-диска благодаря внедрению технологии CAV (Constant Angular Velocity-
постоянная угловая скорость). В этом режиме частота оборотов диска остается постоянной,
соответственно на периферийных участках данные считываются с большей скоростью (4-
7.8Mb/sec). Средняя скорость считывания при этом гораздо ближе к минимальным
значениям, поскольку запись на диске начинается с внутренних областей.
Скорость доступа (access time) определяет среднее время (в миллисекундах), необходимое
для обнаружения и загрузки первого блока данных во внутренний буфер. Стандарт MPC
1 устанавливает такое время в одну секунду или менее, но большинство современных
приводов имеют скорость доступа около 0.3 с. Разумеется, этот параметр не включает в себя
время, необходимое для выхода двигателя на рабочий режим.

32. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Скорость передачи данных (dats-transfer rate) зависит от двух факторов - плотности данных
и скорости вращения диска. Под плотностью в данном случае понимают количество бит
(впадин) на дюйм (или миллиметр). Так, для 16-битного стереосигнала качества аудио-
CD (частота 44.1 кГц) скорость должна быть 1.4 Мбита/с. Разделив это значение на число
бит в байте (8), мы получим 176.4 Кбайта/с - усредненное значение для скорости
передачи данных.
Принцип действия CD приводов
Аббревиатура CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) переводится на русский
язык как постоянное запоминающее устройство на основе компакт-диска. Принцип
действия этого устройства состоит в считывании числовых данных с помощью лазерного
луча, отражающегося от поверхности диска. Если бы не был изобретен лазер, не было бы и
CD-ROM. Своим интенсивным и узким сфокусированным лучом лазер позволяет точно
обнаруживать и регистрировать прохождение миллионов крошечных отпечатков на
поверхности быстро вращающегося диска. Процесс протекает без трения, так как работа
основана на фазовых сдвигах отраженного света. Этот метод позволяет очень плотно
упаковывать данные, так как хорошо сфокусированный лазерный луч способен со
скоростью света реагировать на мельчайшие изменения на поверхности диска. Процесс
создания CD-ROM возможен не только потому, что лазер способен считывать сигналы
таким образом, но и прежде всего потому, что лазер можно использовать для точной записи
отпечатков на диск, являющейся частью процедуры изготовления диска. Свет, полученный
из обычных естественных или искусственных источников, состоит из фотонов,
движущихся в хаотичных волновых пакетах, даже когда они получены из луча света одной
и той же частоты. Световые лучи такого рода называются некогерентными, что означает
распространение волн во всех направлениях. Напротив, луч света от лазера является
когерентным. Когерентный луч представляет собой чистые упорядоченные
распространяющиеся волны, что делает его полезным для многих научных приложений.
Когерентный свет создается благодаря вынужденному излучению, что и отражено в слове
лазер (laser - light amplification by stimulated emission of radiation - усиление света в
результате вынужденного излучения). Лазерный луч создается, когда источник энергии
вводится в так называемую активную среду. Два зеркала, расположенные по обеим
сторонам активной среды, используются для канализации части излучения,
испытывающего многократные отражения между зеркалами. В данном устройстве
использовался внутренний фотоэффект (увеличение электропроводимости
полупроводников или диэлектриков под действием света), вызывающий изменение
сопротивления фотодиода, при подаче на него, запирающего напряжения.
DVD – приводы
DVD-приводы подключались к компьютеру с материнской платой ABIT KT7A,
процессором Athlon-1000, памятью SDRAM 256 Мбайт PC133, винчестером Seagate
Barracuda ATA IV 40 Гбайт. Для чистоты эксперимента дисководы ставились по одиночке
на secondary-канал IDE-контроллера (перемычка на корпусе устанавливалась в положение

33. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Master). Хотя, как показывает практика, их можно совершенно свободно подселять к уже
имеющемуся CD-ROM/RW и подобным аппаратам не слишком пожилого года выпуска.
Программа тестирования включала в себя измерение скорости чтения DVD- и CD-дисков с
помощью утилит-близнецов Nero DVD Speed (версия 0.53) и Nero CD Speed (версия 0.85e
beta). Регистрировалось время извлечения и загрузки диска (до момента его опознания
Windows). Также фиксировалась скорость извлечения аудиотрека длительностью звучания
4 минуты 31,42 с из середины фирменного французского Audio CD с помощью CDDAE 0.2.
Поскольку скоростные DVD- и CD-приводы неизменно шумят при чтении дисков на
максимальных оборотах, оценивалась способность программного снижения скорости
(через утилиту DriveSpeed) и автоматического выбора оптимальных оборотов (при чтении
MP3-файлов и т.п.). Все четыре использовавшиеся в тестах программы можно найти на
один из самых дешевых DVD-приводов. Тем не менее выступил в нашем тесте очень
уверенно, не провалившись ни по одному из пунктов испытательной программы.
Справился даже со сбойными дисками (для диска с нарушениями в логической структуре
скорость пришлось ограничить 10х). Поддерживается большой список доступных для
программной регулировки скоростей: от 40х до 2х с шагом в 2-4х.
В минусах — относительно высокий шум. В отличие от большинства участников теста, на
редкость четко прослушивается работа механизма передвижения головок (звук хорошо
знакомый по старым моделям винчестеров). Пользуясь таким дисководом на практике,
целесообразно сразу же ограничить скорость на уровне 10-14х и менять ее на
максимальную лишь перед установкой громоздких программ.
Привод-середнячок. Довольно долго возился с аудиодорожкой, зато быстрее всех выступил
в тесте на скорость чтения CD. В остальном же ничем особенным не отметился. Подстать
характеристикам и дизайн.
Оценка шума снижена за довольно противное присвистывание на высоких оборотах.
Кстати, доступные для регулировки скорости выбраны очень оригинально: 16/15/12/8х.
Отсутствие меньших скоростей аукнулось невозможностью прочитать поцарапанный диск.
В DVD-106 нет традиционного выезжающего лотка для диска, устройство заглатывает CD
через щель в передней панели. Никаких неудобств (как и сильных преимуществ) такая
схема не имеет, разве что для загрузки мини-CD требуется специальная оправка, каковую
предлагается купить отдельно.
«Пионер» с запасом обошел всех преследователей в главном тесте на скорость чтения DVD-
ROM, продемонстрировал неплохое время поиска и скорость перехода на второй слой
(DVD, как известно, двухслойные: при линейном чтении график выписывает своего рода
горб, — сначала читается первый слой с возрастанием скорости от середины к краю диска,
затем второй в обратном направлении). А вот с чтением CD дело обстояло очень
оригинально: по непонятной причине привод решил поддерживать постоянную линейную
скорость, то есть снижал обороты по мере удаления головок от центра диска. В итоге весь
диск прочитался с постоянной (около 12х) скоростью, та же ситуация повторилась и с
чтением аудио-диска (отсюда худшая скорость извлечения трека).
При чтении DVD шум всех дисководов оказывался неизменно ниже, чем в CD-тестах, это
же правило оказалось справедливым и для быстроходного DVD-106. Оригинальным в его
шумовом поведении была лишь реакция на включение компьютера, а именно скрежет,
очень похожий на звук испортившегося процессорного вентилятора. Чтение дисков с MP3-

34. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
музыкой сопровождалось отчетливым гулом, причем никакой программной регулировки
скорости привод не допускает: 40х — и баста!
Таким образом, рекомендовать Pioneer DVD-106 можно только в случаях, когда он будет
работать исключительно по основному DVD-назначению, ибо здесь он действительно
лучший.
А вот этот аппарат никак нельзя назвать узкоспециализированным, он претендует на
универсальность, и по совокупности тестов оказался явно на уровне «выше среднего».
Удивило лишь время, требующееся приводу на смену слоя на DVD-диске, — оно
значительно больше, нежели у конкурентов; в минусы можно записать и очень тугой
дисковый лоток.
В отличие от прежних моделей, в 616-й ASUS почему-то решил отказаться от регулировки
скорости кнопкой на передней панели (уникальная была функция!), хотя полный диапазон
доступных для программной регулировки скоростей остался впечатляющим (от 6х до 34х,
с шагом в 2х). Жаль только, что пользоваться этими регулировками пришлось чаще, чем
хотелось бы. Например, чтение поцарапанного диска стало возможным лишь после
снижения скорости до минимальной. С трудным диском привод справился без посторонней
помощи, но поначалу довольно долго примеривался — замедлялся и снова разгонялся.
Несмотря на фирменную технологию устранения вибраций DDSS2 (Double Dynamic
Suspension System), никаких особых преимуществ по части чтения кривых дисков этот
привод не продемонстрировал. На хороших CD и максимальной скорости шум также
отчетливо выделяется на общем фоне, никаких чудес, увы, нет. Поддержка прогрессивных
UDMA-режимов ни на что решительно не повлияла; очевидно, что и скоростей младшего
UDMA/33 пока DVD-приводам более чем достаточно.
А вот чтение MP3-сборника порадовало. Выяснив, что от него требуется лишь узкий поток
данных, ASUS E616 умолк без какой-либо посторонней помощи.
Blu-Ray приводы
Blu-ray Disc, BD (англ. blue ray — голубой луч и disc — диск) — формат оптического
носителя, используемый для записи и хранения цифровых данных, включая видео высокой
чёткости с повышенной плотностью. Стандарт Blu-ray был совместно разработан
консорциум BDA.
Blu-ray (букв. «голубой-луч») получил своё название от использования для записи и чтения
коротковолнового (405нм) «синего» (технически сине-фиолетового) лазера. На
международной выставке потребительской электроники Consumer Electronics Show (CES),
которая прошла в январе 2006 года, было объявлено о том, что коммерческий запуск
формата Blu-ray пройдёт весной 2006 года.
Защита Blu-ray была взломана 20 января 2007 года. В ответ на это Ассоциация BDA
ускорила время выпуска BD-Plus (Blu-Disc +)
Вариации и размеры
Blu-ray диск Panasonic, объём 50 Гб, в картридже однослойный диск Blu-ray (BD)
может хранить 23,3, 25, 27,0 или 33 Гб, двухслойный диск может вместить 46,6, 50, или 54
Гб. Также в разработке находятся диски вместимостью 100 Гб и 200 Гб с использованием

35. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
соответственно четырёх и шести слоёв. Корпорация TDK уже анонсировала прототип
четырёхслойного диска объёмом 100 Гб.
На данный момент доступны диски BD-R и BD-RE, в разработке находится формат BD-
ROM. В дополнение к стандартным дискам размером 120 мм, выпущены варианты дисков
размером 80 мм для использования в цифровых фото- и видеокамерах. Планируется, что их
объём будет достигать 15 Гб для двухслойного варианта.
Технические особенности
Лазер и оптика
В технологии Blu-ray для чтения и записи используется сине-фиолетовый лазер с длиной
волны 405 нм. Обычные DVD и CD используют красный и инфракрасный лазеры с длиной
волны 650 нм и 780 нм соответственно.
Такое уменьшение позволило сузить дорожку вдвое по сравнению с обычным DVD-диском
(до 0,32 мкм) и увеличить плотность записи данных.
Более короткая длина волны сине-фиолетового лазера позволяет хранить больше
информации на 12 см дисках того же размера, что и у CD/DVD. Эффективный «размер
пятна», на котором лазер может сфокусироваться, ограничен дифракцией и зависит от
длины волны света и числовой апертуры линзы, используемой для его фокусировки.
Уменьшение длины волны, использование большей числовой апертуры (0,85, в сравнении
с 0,6 для DVD), высококачественной двух линзовой системы, а также уменьшение толщины
защитного слоя в шесть раз (0,1 мм вместо 0,6 мм) предоставило возможность проведения
более качественного и корректного течения операций чтения/записи. Это позволило
записывать информацию в меньшие точки на диске, а значит, хранить больше информации
в физической области диска, а также увеличить скорость считывания до 432 Мбит/с.
Технология твёрдого покрытия
Из-за того, что на дисках Blu-Ray данные расположены слишком близко к поверхности,
первые версии дисков были крайне чувствительны к царапинам и прочим внешним
механическим воздействиям, из-за чего они были заключены в пластиковые картриджи.
Этот недостаток вызывал большие сомнения относительно того, сможет ли формат Blu-ray
противостоять HD DVD — стандарту, который в то время рассматривался как основной
конкурент Blu-ray. HD DVD, помимо своей более низкой стоимости, мог нормально
работать без картриджей, также как и форматы CD и DVD, что делало его более удобным
для покупателей, а также более интересным для производителей и дистрибьюторов,
которым было невыгодно нести дополнительные траты на изготовление картриджей.
Решение этой проблемы появилось в январе 2004 года, с появлением нового полимерного
покрытия, которое дало дискам невероятную защиту от царапин и пыли. Это покрытие,
разработанное корпорацией TDK, получило название «Durabis», оно позволяет очищать BD
при помощи бумажных салфеток — которые могут нанести повреждения CD и DVD.
Формат HD DVD имеет те же недостатки, так как эти диски производятся на основе старых
оптических носителей. По сообщению в прессе «голые» BD с этим покрытием сохраняют
работоспособность даже будучи поцарапанными отвёрткой.
Кодеки

36. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Кодек используется для преобразования видео и аудио-потока и определяет размер,
который видео будет занимать на диске. В некоторых или почти всех видеодисках, которые
появятся в начале, будет использоваться кодек MPEG-2.
На данный момент в спецификацию формата BD-ROM включена поддержка трёх кодеков:
MPEG-2, который также является стандартным для DVD; MPEG-4 H.264/AVC кодек и VC-
1 — новый быстро развивающийся кодек, созданный на основе Microsoft Windows Media 9.
При использовании первого кодека на один слой возможно записать около двух часов видео
высокой чёткости, другие два более современных кодека позволяют записывать до четырёх
часов видео на один слой.
Для звука BD-ROM поддерживает линейный (несжатый) PCM, Dolby Digital, Dolby Digital
Plus, DTS, DTS-HD и Dolby Lossless (формат cжатия данных без потерь, также известный
как Meridian Lossless Packing (MLP).
Совместимость
Хотя Ассоциация Blu-ray дисков и не обязывает производителей проигрывателей, она
настоятельно рекомендует им делать возможность Blu-ray-устройствам проигрывать диски
формата DVD для обеспечения обратной совместимости.
Более того, компания JVC разработала трёхслойную технологию, которая позволяет
наносить на один диск как физическую область для DVD, так и для BD, получая, таким
образом, комбинированный BD/DVD диск. Прототипы дисков были показаны на
международной выставке потребительской электроники CES, прошедшей в январе 2006
года. Если её удастся внедрить в коммерческое использование, то возможно, что у
покупателей появится возможность купить диск, который можно будет проигрывать как в
современных DVD-проигрывателях, так и в будущих BD-проигрывателях, получая
картинку разного качества.
3.1 Классификация устройств ввода-вывода информации
Устройство ввода-вывода - это компонент типовой архитектуры компьютера,
предоставляющий компьютеру возможность взаимодействия с пользователем. В
соответствии с точным определением, в качестве «сердца» компьютера рассматривается
процессор и память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ). Все операции, не
являющиеся внутренними по отношению к этому комплексу, рассматриваются как
операции ввода/вывода.
Устройства ввода
Устройства ввода — приборы для занесения данных в компьютер. Основным, и обычно
необходимым, устройством ввода текстовых символов и команд в компьютер остаётся
клавиатура.
Основные устройства ввода:
Устройства ввода графической информации
 Сканер
 Графический планшет
 Видео- и Веб-камера
 Цифровой фотоаппарат
 Плата видеозахвата

37. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Устройства ввода звука
 Микрофон
 Цифровой диктофон
 Модем
Устройства ввода текстовой информации
 Клавиатура
 Мышь
 Трекбол
 Трекпоинт
 Тачпад
 Джойстик
 Видеокамера
С возможностью указания абсолютной позиции
 Графический планшет
 Световое перо
 Аналоговый джойстик
Игровые устройства ввода
 Джойстик
 Педаль
 Геймпад
 Руль
 Рычаг для симуляторов полёта
Клавиатура — устройство, представляющее собой набор клавиш, предназначенных для
управления каким-либо устройством, или для ввода информации.
Стандартная компьютерная клавиатура имеет 101 или 102 клавиши. Расположение клавиш
на ней подчиняется единой общепринятой схеме, спроектированной в расчёте на
английский алфавит. По своему назначению клавиши на клавиатуре делятся на шесть
групп:
 функциональные;
 алфавитно-цифровые;
 управления курсором;
 цифровая панель;
 специализированные;
 модификаторы.
Двенадцать функциональных клавиш расположены в самом верхнем ряду клавиатуры.
Ниже располагается блок алфавитно-цифровых клавиш. Правее этого блока находятся
клавиши управления курсором, а с самого правого края клавиатуры — цифровая панель. К
алфавитно-цифровому блоку относятся клавиши для ввода букв, цифр, знаков пунктуации
и арифметических действий, специальных символов. К числу клавиш-модификаторов
относятся клавиши Shift, Ctrl, Caps Lock, Alt и AltGr (правый Alt). Они предназначены для
изменения действий других клавиш. Включение верхнего регистра клавиш (при
отключённом Caps Lock) осуществляется нажатием и удержанием клавиши Shift Клавиши-

38. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
модификаторы используются наиболее часто, поэтому они имеют увеличенный размер. К
тому же клавиши Shift и Ctrl продублированы по обеим сторонам блока алфавитно-
цифровых клавиш. Основное назначение клавиш цифровой панели — дублирование
функций клавиш алфавитно-цифрового блока в части ввода цифр и арифметических
операторов. Использование клавиш этой панели более удобно для ввода цифр и
арифметических операторов, нежели ввод этих символов клавишами алфавитно-цифрового
блока.
Манипулятор «мышь» (в обиходе просто «мышь» или «мышка») — одно из указательных
устройств ввода, обеспечивающих интерфейс пользователя с компьютером.
Устройства вывода
Используются для извлечения результатов работы компьютера. Устройство вывода
преобразуют информацию из двоичного кода в вид, понятный человеку.
Основные устройства вывода
Устройства для вывода визуальной информации
 Монитор (дисплей)
 Проектор
 Принтер
 Графопостроитель
Устройства для вывода звуковой информации
 Встроенный динамик
 Колонки
 Наушники
Устройства ввода/вывода
 Перфоратор
 Магнитный барабан
 Стример
 Дисковод
 Жёсткий диск
 Различные порты
 Различные сетевые интерфейсы.
3.2 Мониторы и их классификация
Монитор — универсальное устройство визуального отображения всех видов
информации состоящее из дисплея и устройств предназначенное для вывода текстовой,
графической и видео информации на дисплей. Различают алфавитно-цифровые и
графические мониторы, а также монохромные мониторы и мониторы цветного
изображения — активно-матричные и пассивно-матричные ЖКМ.
Век мониторов с электронно-лучевой трубкой неотвратимо уходит в прошлое. Невероятно,
но за каких-то полгода многостраничные журнальные обзоры новейших моделей
традиционных мониторов уступили место обстоятельным описаниям свойств
плоскопанельных дисплеев, прежде всего жидкокристаллических, а теперь и плазменных.
Да, технологии не стоят на месте, и вот уже плазма, высшее энергетическое состояние

39. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
вещества, работает там, где требуется молниеносная скорость обмена информацией,
поразительная оперативность, ослепительная новизна. Однако коммерческий цикл любого
изобретения не вечен, и вот уже производители, запустившие массовое производство LCD-
панелей, готовят следующее поколение технологий изображения информации. Устройства,
которые придут на замену жидкокристаллическим, находятся на разных стадиях развития.
Некоторые, такие, как LEP (Light Emitting Polymer - ветоизлучающие полимеры), только
выходят из научных лабораторий, а другие, например, на основе плазменной технологии,
уже представляют собой законченные коммерческие продукты. Хотя плазменный эффект
известен науке довольно давно (он был открыт в лабораториях Иллинойского университета
в 1966 году), плазменные панели появились только в 1997 году в Японии. Почему так
произошло? Это связано и с дороговизной таких дисплеев, и с их ощутимой
"прожорливостью" - потребляемой мощностью. Хотя технология изготовления плазменных
дисплеев несколько проще, чем жидкокристаллических, тот факт, что она еще не
поставлена на поток, способствует поддержанию высоких цен на этот пока экзотический
товар. Несравненное качество изображения и уникальные конструктивные особенности
делают информационные панели на плазменной технологии особенно привлекательными
для государственного и корпоративного сектора, здравоохранения, образования, индустрии
развлечений.
По способу формирования изображения мониторы можно разделить на группы:
Жидкокристаллические экраны
Плазменные дисплеи
C электронно-лучевой трубкой(ЭЛТ)
Классификация мониторов
По виду выводимой информации:
-алфавитно-цифровые
-дисплеи, отображающие только алфавитно-цифровую информацию
-дисплеи, отображающие псевдографические символы
-интеллектуальные дисплеи, обладающие редакторскими возможностями и
осуществляющие предварительную обработку данных
-графические
-векторные
-растровые
По строению:
-ЭЛТ — на основе электронно-лучевой трубки (англ. cathode ray tube, CRT)
-ЖК — жидкокристаллические мониторы (англ. liquid crystal display, LCD)
-Плазменный — на основе плазменной панели
-Проекционный — видеопроектор и экран, размещённые отдельно или объединённые в
одном корпусе (как вариант — через зеркало или систему зеркал)
-OLED-монитор — на технологии OLED (англ. organic light-emitting diode — органический
светоизлучающий диод)
-Виртуальный ретинальный монитор — технология устройств вывода, формирующая
изображение непосредственно на сетчатке глаза.
-Простой монитор – простой монитор для просмотра фильмов.
По типу видеоадаптера:
-HGC
-CGA
-EGA
-VGA, SVGA
По типу интерфейсного кабеля:
-композитный

40. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
-раздельный
-D-Sub
-DVI
-USB
-HDMI
-DisplayPort
-S-Video
По типу устройства использования:
-в телевизорах
-в компьютерах
-в телефонах
-в калькуляторах
-в инфокиосках
По цветности мониторы, как правило, разделяют на:
-цветные;
-монохромные;
3.3 Принципы вывода изображений. Классификация мониторов: CRT, LCD, PDP,
OLED, ED, VFD, FED
В настоящее время существует три основных типа мониторов:
 на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ),
 на основе жидкокристаллического индикатора (ЖКИ),
 плазменные мониторы.
Мониторы на основе ЭЛТ
На сегодня самый распространенный тип мониторов. В английской аббревиатуре - это CRT
(Cathode Ray Tube)-мониторы. В основе всех подобных мониторов лежит катодно-лучевая
трубка, но это дословный перевод, технически правильно говорить "электронно-лучевая
трубка" (ЭЛТ) рис.1 . Используемая в этом типе мониторов технология была создана много
лет назад и первоначально создавалась в качестве специального инструментария для
измерения переменного тока, проще говоря, для осциллографа.
Рис. 1. Электронно-лучевая трубка.
Сегодня стандартными являются 15" мониторы, и наблюдается явная тенденция в сторону
17" экранов. Скоро 17" мониторы станут стандартным устройством, особенно в свете
существенного снижения цен на них, а на горизонте уже 19" мониторы и более.

41. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
CRT- или ЭЛТ-монитор имеет стеклянную трубку, внутри которой вакуум, т.е. весь воздух
удален. С фронтальной стороны внутренняя часть стекла трубки покрыта люминофором
(Luminofor). В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные
составы на основе редкоземельных металлов - иттрия, эрбия и т.п. Люминофор - это
вещество, которое испускает свет при бомбардировке его заряженными частицами.
Для создания изображения в CRT-мониторе используется электронная пушка, которая
испускает поток электронов сквозь металлическую маску или решетку на внутреннюю
поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными
люминофорными точками. Поток электронов на пути к фронтальной части трубки
проходит через модулятор интенсивности и ускоряющую систему, работающие по
принципу разности потенциалов. В результате, электроны приобретают большую энергию,
часть из которой расходуется на свечение люминофора. Электроны попадают на
люминофорный слой, после чего энергия электронов преобразуется в свет, т.е. поток
электронов заставляет точки люминофора светиться. Эти светящиеся точки люминофора
формируют изображение.
В цветном CRT-мониторе используются три электронные пушки.
Рис. 2. Формирование цвета.
Люминофорный слой, покрывающий фронтальную часть электронно-лучевой трубки,
состоит из очень маленьких элементов (настолько маленьких, что человеческий глаз их не
всегда может различить). Эти люминофорные элементы воспроизводят основные цвета,
фактически имеются три типа разноцветных частиц, чьи цвета соответствуют основным
цветам RGB (отсюда и название группы из люминофорных элементов – триады) рис 2.
Для управления электронно-лучевой трубкой необходима и управляющая электроника,
качество которой во многом определяет и качество монитора.
Каждая пушка излучает электронный луч (или поток, или пучок), который влияет на
люминофорные элементы разного цвета (зеленого, красного или синего). Чтобы добиться
раздельного действия пушек используется специальная маска, чья структура зависит от
типа кинескопов от разных производителей.
ЭЛТ можно разбить на два класса:
 трехлучевые с дельтаобразным расположением электронных пушек
 и с планарным расположением электронных пушек.
В этих трубках применяются щелевые и теневые маски, хотя правильнее сказать, что они
все теневые. При этом трубки с планарным расположением электронных пушек еще
называют кинескопами с самосведением лучей, так как воздействие магнитного поля Земли
на три планарно расположенных луча практически одинаково, и при изменении положения
трубки относительно поля Земли не требуется производить дополнительные регулировки.
Существуют два типа масок:
 "Shadow Mask" (теневая маска)
 и "Slot Mask" (щелевая маска).

42. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Теневая маска
Рис. 3. Теневая маска
Теневая маска (shadow mask) - это самый распространенный тип маски. Теневая маска
состоит из металлической сетки перед частью стеклянной трубки с люминофорным слоем.
Отверстия в металлической сетке работают, как прицел (хотя и не точный), именно этим
обеспечивается то, что электронный луч попадает только на требуемые люминофорные
элементы, и только в определенных областях. Теневая маска создает решетку с
однородными точками (еще называемыми триады), где каждая такая точка состоит из трех
люминофорных элементов основных цветов - зеленого, красного и синего – которые
светятся с различной интенсивностью под воздействием лучей из электронных пушек.
Изменением тока каждого из трех электронных лучей можно добиться произвольного цвета
элемента изображения, образуемого триадой точек.
Минимальное расстояние между люминофорными элементами одинакового цвета
называется dot pitch (или шаг точки) и является индексом качества изображения. Шаг точки
обычно измеряется в миллиметрах (мм). Чем меньше значение шага точки, тем выше
качество воспроизводимого на мониторе изображения.
Теневая маска применяется в большинстве современных мониторов - Hitachi, Panasonic,
Samsung, Daewoo, LG, Nokia, Viewsonic.
Щелевая маска.
Рис. Щелевая маска.
Щелевая маска (slot mask) - это технология, широко применяемая компанией NEC, под
именем "CromaClear". Это решение на практике представляет собой комбинацию двух
технологий, описанных выше. В данном случае люминофорные элементы расположены в
вертикальных эллиптических ячейках, а маска сделана из вертикальных линий.
Фактически, вертикальные полосы разделены на эллиптические ячейки, которые содержат
группы из трех люминофорных элементов трех основных цветов. Минимальное расстояние
между двумя ячейками называется slot pitch (щелевой шаг). Чем меньше значение slot pitch,
тем выше качество изображения на мониторе.
Щелевая маска используется, помимо мониторов от NEC (где ячейки эллиптические), в
мониторах Panasonic с трубкой PureFlat (ранее называвшейся PanaFlat).

43. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Апертурная решетка
Рис. Апертурная решетка.
Апертурная решетка (aperture grill) - это тип маски, используемый разными
производителями в своих технологиях для производства кинескопов, носящих разные
названия, но имеющих одинаковую суть, например, технология Trinitron от Sony или
Diamondtron от Mitsubishi. Это решение не включает в себя металлическую решетку с
отверстиями, как в случае с теневой маской, а имеет решетку из вертикальных линий.
Вместо точек с люминофорными элементами трех основных цветов апертурная решетка
содержит серию нитей, состоящих из люминофорных элементов, выстроенных в виде
вертикальных полос трех основных цветов. Такая система обеспечивает высокую
контрастность изображения и хорошую насыщенность цветов, что вместе обеспечивает
высокое качество мониторов с трубками на основе этой технологии. Маска, применяемая в
трубках фирмы Sony (Mitsubishi, ViewSonic), представляет собой тонкую фольгу, на
которой процарапаны тонкие вертикальные линии. Она держится на горизонтальной(ых)
(одной в 15", двух в 17", трех и более в 21") проволочке, тень от которой Вы и видите на
экране. Эта проволочка применяется для гашения колебаний и называется damper wire. Ее
хорошо видно, особенно при светлом фоне изображения на мониторе. Некоторым
пользователям эти линии принципиально не нравятся, другие же, наоборот, довольны и
используют их в качестве горизонтальной линейки.
Рис. Полосы люминофора.
Минимальное расстояние между полосами люминофора одинакового цвета называется strip
pitch (или шагом полосы) и измеряется в миллиметрах (мм). Чем меньше значение strip
pitch, тем выше качество изображения на мониторе.
Апертурная решётка используется в мониторах от Viewsonic, Radius, Nokia, LG, CTX,
Mitsubishi, во всех мониторах от SONY.
В сетчатке наших глаз изображение хранится около 1/20 секунды. Это означает, что если
электронный луч будет двигаться по экрану медленно, мы можем видеть это движение как
отдельную движущуюся яркую точку, но когда луч начинает двигаться, быстро
прочерчивая на экране строку хотя бы 20 раз в секунду, наши глаза не увидят движущейся
точки, а увидят лишь равномерную линию на экране. Если теперь заставить луч
последовательно пробегать по многим горизонтальным линиям сверху вниз за время
меньшее 1/25 секунды, мы увидим равномерно освещенный экран с небольшим мерцанием.
Движение самого луча будет происходить настолько быстро, что наш глаз не будет в
состоянии его заметить. Чем быстрее электронный луч проходит по всему экрану, тем
меньше будет заметно и мерцание картинки. Считается, что такое мерцание становится
практически незаметным при частоте повторения кадров (проходов луча по всем элемента

44. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
изображения) примерно 75 в секунду. Однако, эта величина в некоторой степени зависит
от размера монитора. Дело в том, что периферийные области сетчатки глаза содержат
светочувствительные элементы с меньшей инерционностью. Поэтому мерцание мониторов
с большими углами обзора становится заметным при больших частотах кадров.
Способность управляющей электроники формировать на экране мелкие элементы
изображения зависит от ширины полосы пропускания (bandwidth). Ширина полосы
пропускания монитора пропорциональна числу пикселей, из которых формирует
изображение видеокарта вашего компьютера. К ширине полосы пропускания монитора мы
еще вернемся.
LCD-мониторы.
LCD (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы) сделаны из вещества,
которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами,
присущими кристаллическим телам. Фактически, это жидкости, обладающие анизотропией
свойств (в частности, оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул.
Молекулы жидких кристаллов под воздействием электричества могут изменять свою
ориентацию и вследствие этого изменять свойства светового луча проходящего сквозь них.
Первое свое применение жидкие кристаллы нашли в дисплеях для калькуляторов и в
кварцевых часах, а затем их стали использовать в мониторах для портативных
компьютеров. Сегодня, в результате прогресса в этой области, начинают получать все
большее распространение LCD-мониторы для настольных компьютеров. Далее речь пойдет
только о традиционных LCD-мониторах, так называемых Nematic LCD.
Рис. ЖКИ структура
Экран LCD-монитора представляет собой массив маленьких сегментов (называемых
пикселями), которые могут манипулироваться для отображения информации. LCD-
монитор имеет несколько слоев, где ключевую роль играют две панели сделанные из
свободного от натрия и очень чистого стеклянного материала, называемого субстрат или
подложка, которые собственно и содержат тонкий слой жидких кристаллов между собой.
На панелях имеются бороздки, которые направляют кристаллы, сообщая им специальную
ориентацию. Бороздки расположены таким образом, что они параллельны на каждой
панели, но перпендикулярны между двумя панелями. Продольные бороздки получаются в
результате размещения на стеклянной поверхности тонких пленок из прозрачного пластика,
который затем специальным образом обрабатывается. Соприкасаясь с бороздками,
молекулы в жидких кристаллах ориентируются одинаково во всех ячейках. Молекулы
одной из разновидностей жидких кристаллов (нематиков) в отсутствии напряжения
поворачивают вектор электрического (и магнитного) поля в такой световой волне на
некоторый угол в плоскости, перпендикулярной оси распространения пучка. Нанесение

45. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
бороздок на поверхность стекла позволяет обеспечить одинаковые повороты плоскости
поляризации для всех ячеек. Две панели расположены очень близко друг к другу.
Жидкокристаллическая панель освещается источником света (в зависимости от того, где он
расположен, жидкокристаллические панели работают на отражение или на прохождение
света). Плоскость поляризации светового луча поворачивается на 90° при прохождении
одной панели.
При появлении электрического поля молекулы жидких кристаллов частично
выстраиваются вдоль поля, и угол поворота плоскости поляризации света становится
отличным от 90 градусов.
Поворот плоскости поляризации светового луча незаметен для глаза, поэтому возникла
необходимость добавить к стеклянным панелям еще два других слоя, представляющих
собой поляризационные фильтры. Эти фильтры пропускают только ту компоненту
светового пучка, у которой ось поляризации соответствует заданному. Поэтому при
прохождении поляризатора пучок света будет ослаблен в зависимости от угла между его
плоскостью поляризации и осью поляризатора. При отсутствии напряжения ячейка
прозрачна вот по какой причине: первый поляризатор пропускает только свет с
соответствующим вектором поляризации. Благодаря жидким кристаллам вектор
поляризации света поворачивается, и к моменту прохождения пучка ко второму
поляризатору он уже повернут так, что проходит через второй поляризатор без проблем. В
присутствии электрического поля поворота вектора поляризации происходит на меньший
угол, тем самым второй поляризатор становится только частично прозрачным для
излучения. Если разность потенциалов будет такой, что поворота плоскости поляризации в
жидких кристаллах не произойдет совсем, то световой луч будет полностью поглощен
вторым поляризатором, и экран при освещении сзади будет спереди казаться черным (лучи
подсветки поглощаются в экране полностью). Если расположить большое число
электродов, которые создают разные электрические поля в отдельных местах экрана
(ячейки), то появится возможность, при правильном управлении потенциалами этих
электродов, отображать на экране буквы и другие элементы изображения. Электроды
помещаются в прозрачный пластик и могут иметь любую форму. Технологические
новшества позволили ограничить их размеры величиной маленькой точки, соответственно,
на одной и той же площади экрана можно расположить большее число электродов, что
увеличивает разрешение LCD-монитора и позволяет нам отображать даже сложные
изображения в цвете. Для вывода цветного изображения необходима подсветка монитора
сзади, так, чтобы свет порождался в задней части LCD-дисплея. Это необходимо для того,
чтобы можно было наблюдать изображение хорошего качества, даже если окружающая
среда не является светлой. Цвет получается в результате использования трех фильтров,
которые выделяют из излучения источника белого света три основные компоненты.
Комбинация трех основных цветов для каждой точки или пикселя экрана дает возможность
воспроизвести любой цвет.
Первые LCD-дисплеи были очень маленькими, около 8 дюймов, в то время как сегодня они
достигли 15" размеров для использования в ноутбуках, а для настольных компьютеров
производятся 19" и более LCD-мониторы. Вслед за увеличением размеров следует
увеличение разрешения, следствием чего является появление новых проблем, которые
были решены с помощью появившихся специальных технологий, все это мы опишем далее.
Одной из первых проблем была необходимость стандарта в определении качества
отображения при высоких разрешениях. Первым шагом на пути к цели было увеличение
угла поворота плоскости поляризации света в кристаллах с 90° до 270° с помощью STN
технологии.
Технология STN
STN - это акроним, означающий "Super Twisted Nematic". Технология STN позволяет
увеличить торсионный угол (угол кручения) ориентации кристаллов внутри LCD дисплея с

46. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
90° до 270°, что обеспечивает лучшую контрастность изображения при увеличении
размеров монитора. Часто STN-ячейки используются в паре. Это называется DSTN (Double
Super Twisted Nematic), и этот метод очень популярен среди мониторов для портативных
компьютеров, использующих дисплеи с пассивной матрицей, где DSTN обеспечивает
улучшение контрастности при отображении изображений в цвете. Две STN-ячейки
располагаются вместе так, чтобы при вращении они двигались в разных направлениях.
Также STN-ячейки используются в режиме TSTN (Triple Super Twisted Nematic), когда два
тонких слоя пластиковой пленки (полимерной пленки) добавляются для улучшения
цветопередачи цветных дисплеев или для обеспечения хорошего качества монохромных
мониторов. Мы упомянули термин "пассивная матрица", сделаем пояснение. Термин
"пассивная матрица" (passive matrix) появился в результате разделения монитора на точки,
каждая из которых, благодаря электродам, может задавать ориентацию плоскости
поляризации луча независимо от остальных, так что в результате каждый такой элемент
может быть подсвечен индивидуально для создания изображения. Матрица называется
пассивной, потому что технология создания LCD-дисплеев, которую мы только что
описали, не может обеспечить быструю смену информации на экране. Изображение
формируется строка за строкой путем последовательного подвода управляющего
напряжения на отдельные ячейки, делающего их прозрачными. Из-за довольно большой
электрической емкости ячеек напряжение на них не может изменяться достаточно быстро,
поэтому обновление картинки происходит медленно. Только что описанный дисплей имеет
много недостатков с точки зрения качества, потому что изображение не отображается
плавно и дрожит на экране. Маленькая скорость изменения прозрачности кристаллов не
позволяет правильно отображать движущиеся изображения. Мы также должны принимать
во внимание тот факт, что между соседними электродами возникает некоторое взаимное
влияние, которое может проявляться в виде колец на экране.
Dual Scan Screens
Для решения части вышеописанных проблем применяют специальные хитрости, например,
разделение экрана на две части и применение двойного сканирования в одно и тоже время
обоих частей, в результате экран дважды регенерируется, и изображение не дрожит и
плавно отображается.
Также лучших результатов с точки зрения стабильности, качества, разрешения, гладкости
и яркости изображения можно добиться, используя экраны с активной матрицей, которые,
впрочем, стоят дороже. В активной матрице используются отдельные усилительные
элементы для каждой ячейки экрана, компенсирующие влияние емкости ячеек и
позволяющие значительно уменьшить время изменения их прозрачности. Активная
матрица (active matrix) имеет массу преимуществ по сравнению с пассивной матрицей.
Например, лучшая яркость и возможность смотреть на экран даже с отклонением до 45° и
более (т.е. при угле обзора 120°-140°) без ущерба качеству изображения, что невозможно в
случае с пассивной матрицей, которая позволяет видеть качественное изображение только
с фронтальной позиции по отношению к экрану. Заметим, что дорогие модели LCD-
мониторов с активной матрицей обеспечивают угол обзора в 160°, и есть все основания
предполагать, что технология будет и дальше совершенствоваться. В случае с активной
матрицей вы можете отображать движущиеся изображения без видимого дрожания, так как
время реакции дисплея с активной матрицей около 50 ms против 300 ms для пассивной
матрицы, и качество контрастности лучше, чем у CRT-мониторов. Следует отметить, что
яркость отдельного элемента экрана остается неизменной на всем интервале времени между
обновлениями картинки, а не представляет собой короткий импульс света, излучаемый
элементом люминофора CRT-монитора сразу после похождения по этому элементу
электронного луча. Именно поэтому для LCD-мониторов достаточной является частота
регенерации 60 Гц. Благодаря лучшему качеству изображений эта технология также

47. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
используется и в мониторах для настольных компьютеров, что позволяет создавать
компактные мониторы, менее опасные для нашего здоровья.
В будущем следует ожидать расширения вторжения LCD-мониторов на рынок благодаря
тому факту, что с развитием технологии конечная цена устройств снижается, что дает
возможность большему числу пользователей покупать новые продукты. Функциональные
возможности LCD-мониторов с активной матрицей почти такие же, как у дисплеев с
пассивной матрицей. Разница заключается в матрице электродов, которая управляет
ячейками жидких кристаллов дисплея. В случае с пассивной матрицей разные электроды
получают электрический заряд циклическим методом при построчной регенерации
дисплея, а в результате разряда емкостей элементов изображение исчезает, так как
кристаллы возвращаются к своей изначальной конфигурации. В случае с активной
матрицей к каждому электроду добавлен запоминающий транзистор, который может
хранить цифровую информацию (двоичные значения 0 или 1), и в результате изображение
сохраняется до тех пор, пока не поступит другой сигнал. Частично проблема отсрочки
затухания изображения в пассивных матрицах решается за счет использования большего
числа жидкокристаллических слоев для увеличения пассивности и уменьшения
перемещений, теперь же, при использовании активных матриц, появилась возможность
сократить число жидкокристаллических слоев. Запоминающие транзисторы должны
производиться из прозрачных материалов, что позволит световому лучу проходить сквозь
них, а значит, транзисторы можно располагать на тыльной части дисплея, на стеклянной
панели, которая содержит жидкие кристаллы. Для этих целей используются пластиковые
пленки, называемые "Thin Film Transistor" (или просто TFT).
Thin Film Transistor (TFT)
Thin Film Transistor (TFT), т.е. тонкопленочный транзистор, действительно очень тонкий,
его толщина - в пределах от 1/10 до 1/100 микрона. Технология создания TFT очень сложна,
при этом имеются трудности с достижением приемлемого процента годных изделий из-за
того, что число используемых транзисторов очень велико. Заметим, что монитор, который
может отображать изображение с разрешением 800х600 пикселей в SVGA режиме и только
с тремя цветами, имеет 1440000 отдельных транзисторов. Производители устанавливают
нормы на предельное количество транзисторов, которые могут быть нерабочими в LCD-
дисплее. Правда, у каждого производителя свое мнение о том, какое количество
транзисторов может не работать.
Разрешение LCD-мониторов.
Это разрешение одно, и его еще называют native, оно соответствует максимальному
физическому разрешению CRT-мониторов. Именно в native разрешении LCD-монитор
воспроизводит изображение лучше всего. Это разрешение определяется размером
пикселей, который у LCD-монитора фиксирован. Например, если LCD-монитор имеет
native разрешение 1024x768, то это значит, что на каждой из 768 линий расположено 1024
электродов, читай: пикселей. При этом есть возможность использовать и более низкое, чем
native, разрешение. Для этого есть два способа. Первый называется "Centering"
(центрирование); суть метода в том, что для отображения изображения используется только
то количество пикселей, которое необходимо для формирования изображения с более
низким разрешением. В результате изображение получается не во весь экран, а только в
середине. Все неиспользуемые пиксели остаются черными, т.е. вокруг изображения
образуется широкая черная рамка. Второй метод называется "Expansion" (растяжение).
Суть его в том, что при воспроизведении изображения с более низким, чем native,
разрешением используются все пиксели, т.е. изображение занимает весь экран. Однако, из-
за того, что изображение растягивается на весь экран, возникают небольшие искажения, и

48. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
ухудшается резкость. Поэтому при выборе LCD-монитора важно четко знать, какое именно
разрешение вам нужно.
Отдельно стоит упомянуть о яркости LCD-мониторов, так как пока нет никаких стандартов
для определения того, достаточной ли яркостью обладает LCD-монитор. При этом в центре
яркость LCD-монитора может быть на 25% выше, чем у краев экрана. Единственный способ
определить, подходит ли вам яркость конкретного LCD-монитора, это сравнить его яркость
с другими LCD-мониторами.
И последний параметр, о котором нужно упомянуть, это контрастность. Контрастность
LCD-монитора определяется отношением яркостей между самым ярким белым и самым
темным черным цветом. Хорошим контрастным соотношением считается 120:1, что
обеспечивает воспроизведение живых насыщенных цветов. Контрастное соотношение
300:1 и выше используется тогда, когда требуется точное отображение черно-белых
полутонов. Но, как и в случае с яркостью, пока нет никаких стандартов, поэтому главным
определяющим фактором являются ваши глаза.
Сравнение CRT и LCD мониторов
Стоит отметить и такую особенность части LCD-мониторов, как возможность поворота
самого экрана на 90°, с одновременным автоматическим разворотом изображения. В
результате, например, если вы занимаетесь версткой, то теперь лист формата A4 можно
полностью уместить на экране без необходимости использовать вертикальную прокрутку,
чтобы увидеть весь текст на странице. Правда, среди CRT-мониторов тоже есть модели с
такой возможностью, но они крайне редки. В случае с LCD-мониторами эта функция
становиться почти стандартной.
К преимуществам LCD-мониторов можно отнести то, что они действительно плоские в
буквальном смысле этого слова, а создаваемое на их экранах изображение отличается
четкостью и насыщенностью цветов. Отсутствие искажений на экране и массы других
проблем, свойственных традиционным CRT-мониторам. Добавим, что потребляемая и
рассеиваемая мощность у LCD-мониторов существенно ниже, чем у CRT-мониторов.
Ниже в табл. 1 сравниваются LCD-мониторы с активной матрицей и CRT-мониторы.
Таблица 1
Параметры LCD и CRT мониторов
Параметры Active Matrix LCD monitor CRT monitor
Разрешение
Одно разрешение с
фиксированным размером
пикселей. Оптимально можно
использовать только в этом
разрешении; в зависимости от
поддерживаемых функций
расширения или компрессии
можно использовать более высокое
или более низкое разрешение, но
они не оптимальны.
Поддерживаются
различные разрешения.
При всех
поддерживаемых
разрешениях монитор
можно использовать
оптимальным образом.
Ограничение
накладывается только
приемлемостью частоты
регенерации.

49. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Параметры Active Matrix LCD monitor CRT monitor
Частота
регенерации
Оптимальная частота 60 Гц, чего
достаточно для отсутствия
мерцания.
Только при частотах
свыше 75 Гц отсутствует
явно заметное мерцание.
Точность
отображения цвета
Поддерживается True Color и
имитируется требуемая цветовая
температура.
Поддерживается True
Color и при этом на рынке
имеется масса устройств
калибровки цвета, что
является несомненным
плюсом.
Формирование
изображения
Изображение формируется
пикселями, число которых зависят
только от конкретного разрешения
LCD-панели. Шаг пикселей
зависит только от размера самих
пикселей, но не от расстояния
между ними. Каждый пиксель
формируется индивидуально, что
обеспечивает великолепную
фокусировку, ясность и четкость.
Изображение получается более
целостным и гладким.
Пиксели формируются
группой точек (триады)
или полосок. Шаг точки
или линии зависит от
расстояния между
точками или линиями
одного цвета. В
результате, четкость и
ясность изображения
сильно зависит от размера
шага точки или шага
линии и от качества CRT.
Угол обзора
В настоящее время стандартным
является угол обзора 120o
и выше;
с дальнейшим развитием
технологий следует ожидать
увеличения угла обзора.
Отличный обзор под
любым углом.
Энергопотребление
и излучения
Практически никаких опасных
электромагнитных излучений нет.
Уровень потребления энергии
примерно на 70% ниже, чем у
стандартных CRT-мониторов.
Всегда присутствует
электромагнитное
излучение, однако его
уровень зависит от того,
соответствует ли CRT d
какому-либо стандарту
безопасности.
Потребление энергии в

50. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Параметры Active Matrix LCD monitor CRT monitor
рабочем состоянии на
уровне 80 Вт.
Интерфейс
монитора
Цифровой интерфейс, однако
большинство LCD-мониторов
имеют встроенный аналоговый
интерфейс для подключения к
наиболее распространенным
аналоговым выходам
видеоадаптеров.
Аналоговый интерфейс.
Сфера применения
Стандартный дисплей для
мобильных систем. В последнее
время начинает завоевывать место
и в качестве монитора для
настольных компьютеров.
Идеально подходит в качестве
дисплея для компьютеров, т.е. для
работы в интернет, с текстовыми
процессорами и т.д.
Стандартный монитор
для настольных
компьютеров. Крайне
редко используются в
мобильном виде.
Идеально подходит для
отображения видео и
анимации.
Главной проблемой развития технологий LCD для сектора настольных компьютеров,
похоже, является размер монитора, который влияет на его стоимость. С ростом размеров
дисплеев снижаются производственные возможности. В настоящее время максимальная
диагональ LCD-монитора, пригодного к массовому производству, достигает 20", а недавно
некоторые разработчики представили 43" модели и даже 64" модели TFT-LCD-мониторов,
готовых к началу коммерческого производства.
Плазменные мониторы
Такие крупнейшие производители, как Fujitsu, Matsushita, Mitsubishi, NEC, Pioneer и другие,
уже начали производство плазменных мониторов с диагональю 40" и более, причем
некоторые модели уже готовы для массового производства. Работа плазменных мониторов
очень похожа на работу неоновых ламп, которые сделаны в виде трубки, заполненной
инертным газом низкого давления. Внутрь трубки помещена пара электродов между
которыми зажигается электрический разряд и возникает свечение. Плазменные экраны
создаются путем заполнения пространства между двумя стеклянными поверхностями
инертным газом, например, аргоном или неоном. Затем на стеклянную поверхность
помещают маленькие прозрачные электроды, на которые подается высокочастотное
напряжение. Под действием этого напряжения в прилегающей к электроду газовой области
возникает электрический разряд. Плазма газового разряда излучает свет в
ультрафиолетовом диапазоне, который вызывает свечение частиц люминофора в
диапазоне, видимом человеком. Фактически, каждый пиксель на экране работает, как
обычная флуоресцентная лампа (иначе говоря, лампа дневного света). Высокая яркость и

51. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
контрастность наряду с отсутствием дрожания являются большими преимуществами таких
мониторов. Кроме того, угол по отношению к нормали, под которым можно увидеть
нормальное изображение на плазменных мониторах, существенно больше, чем 45° в случае
с LCD-мониторами. Главными недостатками такого типа мониторов является довольно
высокая потребляемая мощность, возрастающая при увеличении диагонали монитора, и
низкая разрешающая способность, обусловленная большим размером элемента
изображения. Кроме этого, свойства люминофорных элементов быстро ухудшаются, и
экран становится менее ярким, поэтому срок службы плазменных мониторов ограничен
10000 часами (это около 5 лет при офисном использовании). Из-за этих ограничений такие
мониторы используются пока только для конференций, презентаций, информационных
щитов, т.е. там, где требуются большие размеры экранов для отображения информации.
Однако есть все основания предполагать, что в скором времени существующие
технологические ограничения будут преодолены, а при снижении стоимости такой тип
устройств может с успехом применяться в качестве телевизионных экранов или мониторов
для компьютеров. Подобные телевизоры уже есть, они имеют большую диагональ, очень
тонкие (по сравнению со стандартными телевизорами) и стоят бешеных денег - $10000 и
выше.
Ряд ведущих разработчиков в области LCD и Plasma-экранов совместно разрабатывают
технологию PALC (Plasma Addressed Liquid Crystal), которая должна соединить в себе
преимущества плазменных и LCD-экранов с активной матрицей.
FED мониторы
Технологии, которые применяются при создании мониторов, могут быть разделены на две
группы:
 мониторы, основанные на излучении света, например, традиционные CRT-мониторы и
плазменные, т.е. это устройства, элементы экрана которых излучают свет во внешний
мир и
 мониторы трансляционного типа, такие, как LCD-мониторы.
Одним из лучших технологических направлений в области создания мониторов, которое
совмещает в себе особенности обеих технологий, описанных нами выше, является
технология FED (Field Emission Display).
Мониторы FED основаны на процессе, который немного похож на тот, что применяется в
CRT-мониторах, так как в обоих методах применяется люминофор, светящийся под
воздействием электронного луча. Главное отличие между CRT и FED мониторами состоит
в том, что CRT-мониторы имеют три пушки, которые испускают три электронных луча,
последовательно сканирующих панель, покрытую люминофорным слоем, а в FED-
мониторе используется множество маленьких источников электронов, расположенных за
каждым элементом экрана, и все они размещаются в пространстве, по глубине меньшем,
чем требуется для CRT. Каждый источник электронов управляется отдельным электронным
элементом, так же, как это происходит в LCD-мониторах, и каждый пиксель затем излучает
свет, благодаря воздействию электронов на люминофорные элементы, как и в
традиционных CRT-мониторах. При этом FED-мониторы очень тонкие.

52. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
LEP мониторы
Рис. LEP мониторы
В течении последних 30 лет внимание многих ученых было приковано к полимерным
материалам (проще говоря - пластикам), обладающим свойствами проводимости и
полупроводимости. Тем, кого интересует, как и почему они этим свойством обладают,
крайне рекомендую посетить сайт компании CDT - там это описано на хорошем научном
уровне. Для нормального человека достаточно знать, что такие полимеры, во-первых,
существуют, а во-вторых, обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными
материалами. Главными преимуществами являются простота и дешевизна производства, а
также возможность синтеза новых материалов с заданными свойствами. Главными
недостатками - непродолжительный срок службы и низкая мобильность зарядов вследствие
аморфной структуры пластика. Однако, в последнее время недостатки постепенно удается
преодолеть, в частности, за счет применения многослойных материалов.
Применение
Достаточно логично, что первым коммерческим применением проводящего пластика стали
проводники. На данный момент такие пластики по проводимости приближаются к меди и
имеют срок службы порядка 10 лет. Они применяются (в частности, компанией Matsushita)
для изготовления электродов в батареях, проводящего покрытия электростатических
динамиков, антистатических покрытий, и, что особенно важно, для нанесения проводящих
дорожек на печатных платах. Глобальной целью в этом направлении компания CDT считает
ни много, ни мало - вытеснение меди в качестве материала для изготовления проводящих
дорожек печатных плат. Правда, для этого необходимо еще увеличить срок службы и
повысить проводимость пластика.
Однако наиболее интересным применением пластиковых полупроводников на данный
момент является создание разного рода устройств отображения информации на их базе. О
том, что полупроводящий пластик под действием электрического тока может испускать
фотоны (то есть, светиться), знали давно. Но крайне низкая (0.01%) квантовая
эффективность этого процесса (отношение числа испущенных фотонов к числу
пропущенных через пластик зарядов) делала практическое применение этого эффекта
невозможным. За последние 5 лет компания CDT совершила прорыв в этом направлении,
доведя квантовую эффективность двуслойного пластика до 5% при излучении желтого
света, что сравнимо с эффективностью современных неорганических светодиодов (LED).
Помимо повышения эффективности удалось расширить и спектр излучения. Теперь
пластик может испускать свет в диапазоне от синего до ближнего инфракрасного с
эффективностью порядка 1%.
На сегодняшний день компания может представить монохромные (желтого свечения) LEP-
дисплеи, приближающиеся по эффективности к жидкокристаллическим дисплеям LCD
(Liquid Crystal Display), уступающие им по сроку службы, но имеющие ряд существенных
преимуществ.
 Поскольку многие стадии процесса производства LEP- дисплеев совпадают с
аналогичными стадиями производства LCD, производство легко переоборудовать.

53. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Кроме того, технология LEP позволяет наносить пластик на гибкую подложку большой
площади, что невозможно для неорганического светодиода (там приходится
использовать матрицу диодов).
 Поскольку пластик сам излучает свет, не нужна подсветка и прочие хитрости,
необходимые для получения цветного изображения на LCD-мониторе.
 Поскольку LEP-дисплей работает при низком напряжении питания (менее 3 V) и имеет
малый вес, его можно использовать в портативных устройствах, питающихся от
батарей.
 Поскольку LEP-дисплей обладает крайне малым временем переключения (менее 1
микросекунды), его можно использовать для воспроизведения видеоинформации.
 Поскольку слой пластика очень тонок, можно использовать специальные
поляризующие покрытия для достижения высокой контрастности изображения даже
при сильной внешней засветке.
Основные параметры мониторов
Разрешение монитора
Разрешение монитора (или разрешающая способность) связана с размером отображаемого
изображения и выражается в количестве точек по ширине (по горизонтали) и высоте (по
вертикали) отображаемого изображения. Например, если говорят, что монитор имеет
разрешение 640x480, это означает, что изображение состоит из 640x480=307200 точек в
прямоугольнике, чьи стороны соответствуют 640 точкам по ширине и 480 точкам по
высоте. Это объясняет, почему более высокое разрешение соответствует отображению
более содержательного (детального) изображения на экране. Понятно, что разрешение
должно соответствовать размеру монитора, иначе изображение будет слишком маленьким,
чтобы его разглядеть. Возможность использования конкретного разрешения зависит от
различных факторов, среди которых возможности самого монитора, возможности
видеокарты и объем доступной видеопамяти, которая ограничивает число отображаемых
цветов.
Максимальная разрешающая способность.
Максимальная разрешающая способность - одна из основных характеристик монитора,
которую указывает каждый изготовитель. Однако реальную максимальную разрешающую
способность монитора вы можете определить сами. Для этого надо иметь три числа: шаг
точки (шаг триад для трубок с теневой маской или горизонтальный шаг полосок для трубок
с апертурной решеткой) и габаритные размеры используемой области экрана в
миллиметрах. Последние можно узнать из описания устройства либо измерить
самостоятельно. Если вы пойдете вторым путем, то максимально расширьте границы
изображения и проводите измерения через центр экрана. Подставьте полученные числа в
соответствующие формулы для определения реальной максимальной разрешающей
способности.
Примем сокращения:
 максимальное разрешение по горизонтали = MRH
 максимальное разрешение по вертикали = MRV
Для мониторов с теневой маской:
 MRH = горизонтальный размер/(0,866 x шаг триад);
 MRV = вертикальный размер/(0,866 x шаг триад).
Так, для 17-дюймового монитора с шагом точек 0,25 мм и размером используемой области
экрана 320x240 мм мы получим максимальную действительную разрешающую
способность 1478x1109 точек: 320 /(0,866x0,25) = 1478 MRH; 240 /(0,866x0,25) = 1109 MRV.

54. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Для мониторов с трубкой, использующей апертурную решетку:
 MRH = горизонтальный размер/горизонтальный шаг полосок;
 MRV = вертикальный размер/вертикальный шаг полосок.
Так, для 17-дюймового монитора с трубкой, использующей апертурную решетку, и шагом
полосок 0,25 мм по горизонтали и размером используемой области экрана 320x240 мм
получим максимальную действительную разрешающую способность 1280x600 точек:
320/0,25 = 1280 MRH; Апертурная решетка не имеет шага по вертикали, и разрешающая
способность по вертикали такой трубки ограничена только фокусировкой луча
Горизонтальная развертка
На величину максимально поддерживаемого монитором разрешения напрямую влияет
частота горизонтальной развертки электронного луча, измеряемая в kHz (Килогерцах, кГц).
Значение горизонтальной развертки монитора показывает, какое предельное число
горизонтальных строк на экране монитора может прочертить электронный луч за одну
секунду. Соответственно, чем выше это значение (а именно оно, как правило, указывается
на коробке для монитора), тем выше разрешение может поддерживать монитор при
приемлемой частоте кадров. Предельная частота строк является критичным параметром
при разработке CRT-монитора.
Частота регенерации
Частота регенерации или обновления (кадровой развертки для CRT мониторов) экрана - это
параметр, определяющий, как часто изображение на экране заново перерисовывается.
Частота регенерации измеряется в Hz (Герцах, Гц), где один Гц соответствует одному циклу
в секунду. Например, частота регенерации монитора в 100 Hz означает, что изображение
обновляется 100 раз в секунду. Как мы уже говорили выше, в случае с традиционными CRT-
мониторами время свечения люминофорных элементов очень мало, поэтому электронный
луч должен проходить через каждый элемент люминофорного слоя достаточно часто,
чтобы не было заметно мерцания изображения. Если частота такого обхода экрана
становится меньше 70 Hz, то инерционности зрительного восприятия будет недостаточно
для того, чтобы изображение не мерцало. Чем выше частота регенерации, тем более
устойчивым выглядит изображение на экране. Мерцание изображения (flicker) приводит к
утомлению глаз, головным болям и даже к ухудшению зрения. Заметим, что чем больше
экран монитора, тем более заметно мерцание, особенно периферийным (боковым) зрением,
так как угол обзора изображения увеличивается. Значение частоты регенерации зависит от
используемого разрешения, от электрических параметров монитора и от возможностей
видеоадаптера. Минимально безопасной частотой кадров считается 75 Hz, при этом
существуют стандарты, определяющие значение минимально допустимой частоты
регенерации. Считается, что чем выше значение частоты регенерации, тем лучше, однако
исследования показали, что при частоте вертикальной развертки выше 110 Hz глаз человека
уже не может заметить никакого мерцания. В табл. 2 приводятся требования к минимально
допустимым частотам регенерации мониторов по новому стандарту TCO’99 для разных
разрешений:
Таблица 2
Минимальная частота регенерации.
Диагональ
монитора
Частота
регенерации
Разрешение
14" - 15" >= 85 Hz >= 800x600

55. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
17" >= 85 Hz >= 1024x768
19"-21" >= 85 Hz >= 1280x1024
> 21" >= 85 Hz >= 1280x1024
Если вместо размера CRT используется видимый размер экрана, то данные в таблице выше
также применимы. Заметим, что приведены минимально допустимые параметры, а
рекомендованная частота регенерации >= 100 Hz.
В табл. 3 представлены основные параметры для CRT-мониторов.
Таблица 3
Основные параметры CRT-мониторов.
Физический
размер
диагонали
монитора
14" 15" 17" 19" 21" 24"
Видимый
размер
диагонали
монитора
12,5" -
13"
13,5" - 14" 15,5" - 16" 17,5" - 18" 19,5" - 20" 21,5" - 22"
Максимальное
разрешение
1024x76
8
1280x102
4
1600x120
0
1600x120
0
1600x120
0
1900x120
0
Рекомендуемо
е разрешение
640x480 800x600 1024x768
1280x102
4
1280x102
4
1600x120
0
Объем
локальной
памяти для 256
цветов
0,5 1 1 2 2 2
Объем
локальной
памяти для
65K цветов
1 2 2 4 4 4
Объем
локальной
памяти для
16М цветов
2 2 4 4 4 8
Сертификаты TCO и MPRII
Все мы хоть раз слышали о том, что мониторы опасны для здоровья. С целью снижения
риска для здоровья различными организациями были разработаны рекомендации по
параметрам мониторов, следуя которым производители мониторов борются за наше
здоровье. Все стандарты безопасности для мониторов регламентируют максимально
допустимые значения электрических и магнитных полей, создаваемых монитором при
работе. Практически в каждой развитой стране есть собственные стандарты, но особую
популярность во всем мире (так сложилось исторически) завоевали стандарты,
разработанные в Швеции и известные под именами TCO и MPRII. Расскажем о них
подробнее.

56. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
TCO
TCO (The Swedish Confederation of Professional Employees, Шведская Конфедерация
Профессиональных Коллективов Рабочих), членами которой являются 1.3 миллиона
шведских профессионалов, организационно состоит из 19 объединений, которые работают
вместе с целью улучшения условий работы своих членов. Эти 1.3 млн. членов представляю
широкий спектр рабочих и служащих из государственного и частного сектора экономики.
Стандарты TCO разработаны с целью гарантировать пользователям компьютеров
безопасную работу. Этим стандартам должен соответствовать каждый монитор,
продаваемый в Швеции и в Европе. Рекомендации TCO используются производителями
мониторов для создания более качественных продуктов, которые менее опасны для
здоровья пользователей. Суть рекомендаций TCO состоит не только в определении
допустимых значений различного типа излучений, но и в определении минимально
приемлемых параметров мониторов, например, поддерживаемых разрешений,
интенсивности свечения люминофора, запас яркости, энергопотребление, шумность и т.д.
В состав разработанных TCO рекомендаций сегодня входят три стандарта: TCO’92, TCO’95
и TCO’99, нетрудно догадаться, что цифры означают год их принятия.
Большинство измерений во время тестирований на соответствие стандартам TCO
проводятся на расстоянии 30 см спереди от экрана и на расстоянии 50 см вокруг монитора.
Для сравнения: во время тестирования мониторов на соответствие другому стандарту
MPRII все измерения производятся на расстоянии 50 см спереди экрана и вокруг монитора.
Это объясняет то, что стандарты TCO более жесткие, чем MPRII.
TCO '92
Стандарт TCO’92 был разработан исключительно для мониторов и определяет величину
максимально допустимых электромагнитных излучений при работе монитора, а также
устанавливает стандарт на функции энергосбережения мониторов.
TCO '95
Стандарт TCO’92 рассчитан только на мониторы и их характеристики относительно
электрических и магнитных полей, режимов энергосбережения и пожарной и
электрической безопасности. Стандарт TCO’95 распространяется на весь персональный
компьютер, т.е. на монитор, системный блок и клавиатуру, и касается эргономических
свойств, излучений (электрических и магнитных полей, шума и тепла), режимов
энергосбережения и экологии (с требованием к обязательной адаптации продукта и
технологического процесса производства на фабрике).
Требования TCO’95 по отношению к электромагнитным излучениям мониторов не
являются более жесткими, чем по TCO’92.
LCD и плазменные мониторы также могут быть сертифицированы по стандартам TCO’92 и
TCO’95, как, впрочем, и портативные компьютеры.
TCO '99
TCO’99 предъявляет более жесткие требования, чем TCO’95, в следующих областях:
эргономика (физическая, визуальная и удобство использования), энергия, излучение
(электрических и магнитных полей), окружающая среда и экология, а также пожарная и
электрическая безопасность. Стандарт TCO’99 распространяется на традиционные CRT-
мониторы, плоскопанельные мониторы (Flat Panel Displays), портативные компьютеры
(Laptop и Notebook), системные блоки и клавиатуры. Спецификации TCO’99 содержат в
себе требования, взятые из стандартов TCO’95, ISO, IEC и EN, а также из EC Directive
90/270/EEC и Шведского национального стандарта MPR 1990:8 (MPRII) и из более ранних
рекомендаций TCO.

57. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Экологические требования включают в себя ограничения на присутствие тяжелых
металлов, броминатов и хлоринатов, фреонов (CFC) и хлорированных веществ внутри
материалов.
Требования по энергосбережению включают в себя необходимость того, чтобы компьютер
и/или монитор после определенного времени бездействия снижали уровень потребления
энергии на одну или более ступеней. При этом период времени восстановления до рабочего
режима потребления энергии, должен устраивать пользователя.
MPR II
Это еще один стандарт, разработанный в Швеции, где правительство и
неправительственные организации очень сильно заботятся о здоровье населения страны.
MPRII был разработан SWEDAC (The Swedish Board for Technical Accreditation) и
определяет максимально допустимые величины излучения магнитного и электрического
полей, а также методы их измерения. MPRII базируется на концепции о том, что люди
живут и работают в местах, где уже есть магнитные и электрические поля, поэтому
устройства, которые мы используем, такие, как монитор для компьютера, не должны
создавать электрические и магнитные поля, большие чем те, которые уже существуют.
Упрваление энергопотреблением
Система управления энергопотреблением монитора основана на спецификации EPA с
названием Energy Star, реализация которой позволяет снизить энергопотребление системы
в режиме бездействия на 60-80%, по сравнению с тем, сколько монитор потребляет энергии
при работе в высоком разрешении и при большой глубине представления цвета. EPA
(Environmental Protection Agency) - это агентство по защите окружающей среды при
правительстве США.
Управление энергопотреблением происходит автоматически, после включения режима
энергосбережения. Вы можете снизить уровень потребления энергии вплоть до 5 Вт в
режиме полного отключения, в то время как при работе монитор потребляет в среднем 80-
90 Вт. В режиме Standby, т.е. временного переключения в ждущий режим, монитор
потребляет менее 30 Вт. Кроме экономии энергии, использование режимов
энергосбережения позволяет снизить тепловое излучение от работающего монитора.
В табл. 4 даны требования к режимам пониженного энергопотребления.
Табл. 4
Режимы пониженного энергопотребления.
Режим низкого
потребления энергии
Максимальная
мощность в режиме
низкого потребления
энергии
Заранее сделанные
установки на включение
режима низкого
энергопотребления
Первый режим "Sleep" <= 15 Вт 15-30 минут
Второй режим "Deep
Sleep"
<=8 Вт <70 минут *
Суммарное время включения для обоих режимов энергосбережения, устанавливаемое по
умолчанию, не должно превышать 70 минут.

58. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
В режиме "Standby" происходит гашение экрана, в режиме "Suspend" – снижение
температуры накала катодов CRT. Некоторые мониторы трактуют режим "Standby" так же,
как и режим "Suspend".
DPMS (Display Power Management Signaling) - это стандарт консорциума VESA. DPMS
определяет режимы управления энергопотреблением, которые вы можете использовать,
когда монитор бездействует, при этом вы можете выбрать один из трех режимов, которые
показаны в таблице выше: "Standby", "Suspend" и "Off" ("Shut down"). Монитор должен
соответствовать стандарту EPA Energy Star, но использовать эти режимы вы можете только
в том случае, если ваш компьютер (вернее биос), видеоадаптер и операционная система
поддерживают спецификацию DPMS, рекомендованную VESA.
Настройка и проблемы.
Существует много проблем связанных с монитором, даже если он только что куплен. Что
это за проблемы? Вот самые распространенные из них:
 фокусировка изображения,
 несведение,
 дрожание изображения,
 проблемы с геометрией видимого на экране изображения,
 проблемы с равномерным отображением изображения на экране.
Возникают эти проблемы из-за сложной структуры монитора, и бывает так, что даже если
все электронные компоненты работают правильно, проблему нельзя устранить изменением
регулировок монитора. На практике, большинство проблем возникают все же из-за
неисправности компонентов, проблем с калибровкой, связанных с несоответствием
монитора и видеоадаптера и т.д. Настройка монитора требует времени, и зачастую
конечный результат бывает неудовлетворительным.
Одними из важнейших компонентов монитора являются электронные пушки, маска и
поверхность с люминофором. Начнем с луча электронов, который испускается тремя
пушками.
Пушки, которые излучают электроны, по одной для каждого из основных цветов (красного,
зеленого и синего), посылают луч на экран. Этот луч электронов, попадая в середину
экрана, образует окружность, в то время как при перемещении на остальные части экрана,
луч образует эллипс, в результате чего изображение искажается, этот процесс называется
астигматизмом. Причем проблема становится все большей при увеличении размеров
монитора.
Другая проблема, также небезопасная для здоровья, - это мерцание изображения.
Причиной мерцания изображения является недостаточная частота регенерации экрана.
Эффект мерцания был обычным явлением в устаревших интерлейсных мониторах с низкой
частотой кадров и чересстрочной разверткой (interlaced). В них каждый кадр изображения
формируется из двух полей, содержащих либо четные, либо нечетные строки, на смену
которым пришли мониторы с прогрессивной разверткой (non-interlaced, в них каждый кадр
изображения формируется всеми строками).
Третья проблема - это неправильное сведение лучей электронных прожекторов мониторов,
которое приводит к размытию изображения и цветным окантовкам элементов изображения.
Три луча электронов, испускаемых соответствующими пушками должны точно попадать
на соответствующие им цветные элементы люминофора.
Еще одной проблемой является нечеткость изображения на границах экрана. Возникает эта
проблема из-за того, что прожекторы пушек должны всегда фокусировать лучи на
поверхности экрана. Так как длины путей электронного луча до центра экрана и его краев
оказываются разными, в мониторах применяются цепи динамической фокусировки лучей,
изменяющие фокусное расстояние прожектора в зависимости от угла отклонения луча. Так
как такие цепи неизбежно имеют некоторую погрешность в работе, цепи динамической

59. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
фокусировки настраиваются на обеспечение максимальной резкости в центральной части
экрана. Поэтому на краях экрана может появиться размытость изображения. Степень такой
размытости зависит от стараний производителя монитора.
Электронные лучи прожекторов отклоняются в магнитном поле специальных катушек
горизонтальной и вертикальной разверток. Такие отклоняющие системы легко
обеспечивают линейное изменение угла отклонения луча во времени при линейном
изменении тока в катушках. На плоском экране монитора скорость движения луча будет
возрастать при увеличении угла отклонения по закону 1/cos (a). Поэтому на экране будут
заметны геометрические искажения в виде вытянутых углов (подушкообразные) границы
растра. Для их компенсации в мониторах и телевизорах используют цепи коррекции
искажений, формирующие в катушках отклоняющей системы токи сложной формы. Если
эти устройства неправильно калиброваны, то на экране могут быть видны искажения
изображения, например "barrel distortion" или "pincushion" (подушкообразность или
бочкообразность). Возможны также искажения типа "trapezium distortion" или "trapezoid"
(трапецевидность), когда боковые границы наклонены и имеют тенденцию схождения к
одной точке, т.е. изображение имеет форму трапеции. Иногда подобные искажения могут
возникать и в результате изменения геометрии или положения катушек и корректирующих
элементов отклоняющей системы монитора со временем, вследствие чего изображение
слегка поворачивается.
Довольно часто встречающейся проблемой являются цветные или темные пятна, которые
вдруг появляются на экране монитора. Причем еще вчера все было отлично, а сегодня на
экране радуга. В этом случае, скорее всего, произошло намагничивание теневой маски (или
апертурной решетки, или щелевой маски) трубки монитора. Намагничивание происходит
под влиянием магнитных полей: природных (скажем, магнитная аномалия) или созданных
человеком (другой монитор, акустические колонки, трансформатор). Более того,
намагничивание может возникнуть и в результате даже непродолжительной работы
монитора в нестандартном положении (экраном вниз, или вверх, или на боку). Дело в том,
что в мониторах встроена система компенсации влияния магнитных полей Земли, которые
при нестандартном положении монитора лишь усиливают это влияние. Из-за
намагничивания может нарушиться сведение лучей монитора и появятся геометрические
искажения.
Для размагничивания маски электронно-лучевой трубки практически во всех современных
мониторах предусмотрен специальный контур, по которому пропускается ток в момент
включения питания. При этом монитор имеет, как правило, и дополнительную кнопку (или
пункт OSD меню) принудительного размагничивания (Degauss). Если после включения вы
обнаружили пятна на экране, то два раза нажмите кнопку размагничивания. Если пятна
пропали не полностью, то убедитесь, что монитор стоит в стандартном положении :-) и
через 25-30 минут повторите процесс размагничивания.
Если в вашем мониторе не предусмотрено такой функции, то просто несколько раз
включите-выключите монитор, делая паузу в течение нескольких минут.
Тут стоит добавить важную деталь. Встроенное размагничивание включается только при
подаче питания, т.е. после того, как монитор был полностью обесточен. Что приводит к
интересному факту - блоки ATX не имеют разъема для питания монитора. А при постоянно
включенном мониторе (если его не обесточивать, а так все и поступают) размагничивание
не работает. Так что, о таком нюансе стоит помнить. Отметим, что такой проблемы нет у
многих современных моделей мониторов, так как они размагничиваются при переходе из
"Stanby" в нормальный режим, т.е. полного отключения питания не требуется.
Если все же размагнитить экран монитора не удалось, то вам следует обратиться в
сервисный центр, так как использование кустарных методов может привести к плачевным
результатам.
Кроме того, следует отметить, что многие проблемы, возникающие при использовании
монитора, возникают из-за видеоадаптера компьютера или из-за интерфейсного кабеля

60. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
между монитором и видео картой. Порой, каким бы это не показалось смешным, но
некоторые проблемы с монитором могут быть решены в результате простого
переворачивания интерфейсного кабеля, или в результате установки новых драйверов
видеоадаптера, или после установки другого разрешения или другой частоты регенерации
экрана.
Итак, ввиду того, что монитор является устройством, у которого могут возникнуть
проблемы, отрицательно влияющие на комфортность вашей работы за компьютером, то при
выборе нового монитора следует отдавать предпочтение как можно более качественному
монитору, наилучшим образом отвечающего вашим нуждам. В зависимости от типа и
марки монитора, набор функциональных настроек, позволяющих решать часть или
большинство проблем, может существенно отличаться, поэтому при выборе монитора
убедитесь, что у него есть достаточный набор изменяемых настроек, которые позволят вам
решать часть проблем самостоятельно, без необходимости обращения в сервис центр. Тем
более, что даже если при покупке у монитора отсутствовали недостатки, они могут
проявиться впоследствии.
3.4 Схема устройства видеокарты. Назначение основных блоков.
Видеокарта представляет собой устройство, позволяющее выводить графическое
изображение на экран монитора. Основное устройство в компьютере, без которого Мы бы
не смогли увидеть изображение на мониторе. Сначала напишем про основные части
видеокарты:
 Графический процессор.
 Внешняя шина данных.
 Внутренняя шина данных.
 Графическая память.
Стоит упомянуть про две основные крупнейшие компании, занимающиеся созданием
видеокарт, это всемирно известные NVIDIA и ATI, они выпускают видеокарты
NVIDIAGeForce и соответственно ATIRadeon. К ним присоединяются такие крупнейшие
компании, как Gigabyte, Asusи другие.
Графическая память
Используется для хранения текстур, которые в последствии после многих сложных
операций выстраивают картинку на экране монитора. Используется графическая память
последних поколений GDDR3 SDRAMи GDDR5 SDRAM. WRAM, MDRAM- старые типы
памяти. Вы наверно, когда смотрели характеристики видеокарт заметили одну особенность,
видеокарты оснащаются одной памятью с разными частотами.
№
п/п
Видеокарты на основе
видеопроцессора
Тип памяти Объём памяти
Мбайт
1 NVIDIA GeForce 9800 GT, ATI
Radeon HD 4670
GDDR3 512
2 NVIDIA GeForceGTX 260 GDDR3 896

61. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
3 ATI Radeon HD 5750, NVIDIA
GeForceGTX 275
GDDR3 1024
4 NVIDIA GeForceGTX 480 GDDR5 1536
BIOS
У видеокарты имеется своя BIOS. Она хранится в микросхеме ПЗУ (постоянное
запоминающее устройство) и содержит настройки программного обеспечения и
видеопамяти. Связывает программную часть видеокарты с её оборудованием.
Такие факторы, как глубина цвета, высокое расширение, обработка данных зависят от
объёма установленной памяти.
DirectX
DirectX – специальная библиотека драйверов, с помощью которой программы
взаимодействуют с комплектующими, т.е. с«железом», чтобы использовать трёхмерные
возможности видеокарты. На современных видеоплатах используется DirectX10, DirectX
10.1, и новая DirectX 11.
Разъёмы видеокарты
VGA, DVI, HDMI.
Аналоговый разъём VGA морально устарел. Он появился в 1987 году. Служит для
подключения к старым мониторам. Сейчас используют DVI и HDMI (самый последний и
современный разъём). Если у Вас старый монитор можете использовать переходник.
Дело в том, что жидкокристаллические мониторы используют цифровой сигнал. Во
избежание смены аналового сигнала в цифровой через адаптер VGA, поэтому создали
новые разъёмы DVI и DFP (на сегодня вытеснен DVI ). DVIпоявился в 1999 году.
Частота памяти, частота процессора
От частоты памяти и частоты процессора зависит скорость работы видеокарты. Правда это
случается не всегда.
№
п/п
Наименование видеопроцессора Частота памяти
(номинальная), МГц
Частота процессора
(GPU), МГц
1 NVIDIA GeForceGTX 275 2400 633
2 АTI Radeon HD 4890 3900 850
3 NVIDIA GeForce 9800 GT 1800 600
4 АTI Radeon HD 5970 4000 725
5 NVIDIA GeForceGTX 480 3696 700
Разрядность видеокарты

62. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
От разрядности или как можно ещё назвать — ширины шины памяти, также зависит
быстродействие работы видеокарты. Разрядность можно сравнить с шириной реки. При
большей ширине поток больше. Так же и здесь.
№
п/п
Наименование видеопроцессора Ширина шины памяти, бит
1 АTI Radeon HD 5970 2х256
2 NVIDIA GeForceGTX 470 320
3 АTI Radeon HD 4870 256
4 NVIDIA GeForce 9800 GT 256
Интерфейс подключения к материнской плате
Сегодня для подключения видеокарты к системной плате используют слот PCI-Expressx16.
Сперва использовался слот PCI, после AGP, но и он морально устарел. Правда слот
PCI сегодня используют для подключения звуковых карт и других разных плат.
С каждым месяцем на рынок выходят новые видеокарты. Они становятся более мощными,
потребляют большое количество энергии. Требуют новое оборудование для подключения.
Режимы и характеристики видеокарт
Любой современный видеопроцессор работает в двух режимах:
• 2D (Two-dimension)
• 3D. (Three-dimension)
Первый из них используется при работе с плоской графикой - двухмерной. С 2D графикой
мы работаем каждый день - когда печатаем документ, работаем в Интернете, рисуем в
Photoshop'е или смотрим видеодиск. Это и есть двухмерная графика.
С 3D или трехмерной графикой мы сталкиваемся только в компьютерных играх, если
конечно вы не являетесь профессиональным художников или это не ваше хобби.
Наиболее важной характеристикой, в обоих режимах является максимальная частота
вертикальной развертки - скорости перерисовки экрана. Чем она выше - тем меньше у вас
будут уставать глаза при долгой работе за компьютером. Сейчас стандартом считается
частота не ниже 85Гц.
Если уменьшить частоту адаптера до 56 или 60Гц, то особенно в комнатах, где находится
много электроники и различных проводов, вы можете заметить, что изображение начнет
слегка подергиваться. Это особенно заметно боковым зрением. Если просидеть за таким
монитором несколько часов, то начинают болеть глаза. Конечно, кроме адаптера такую же
частоту должен поддерживать и ваш монитор. А вообще старайтесь всегда ставить ту
максимальную частоту, которую поддерживает ваш монитор на данном разрешении.
Кроме максимальной частоты значение имеет четкость картинки.
3D-графика

63. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Когда вы запускаете современную игру, сделанную по последнему слову технологии, в дело
вступает 3D часть видеопроцессора. Для лучшего понимания вопроса, необходимо
пояснить, что такое трехмерная графика.
Первое отличие 3D от 2D графики заключается, что логично, в количестве координат. Если
для отображения курсора в текстовом редакторе достаточно 2 координат - x и y, то для того
чтобы правильно нарисовать, например, монстра в игре Quake необходимо уже знать 3
координаты - x, y и z.
Как это реализуется. Сначала компьютер просчитывает координаты объекта в пространстве
(объектом может быть что угодно, начиная от цветка в поле и заканчивая планетой в
космосе) и передает их видеопроцессору. Последний, по полученным координатам строит
каркас, на который накладывает необходимые текстуры (текстура - это специальный
рисунок, создающий эффект реалистичности поверхности) и проецирует трехмерную
систему координат в двухмерную, на плоскость изображения. Почему так? Дело в том, что
отобразить на плоской поверхности трехмерную сцену без специального преобразования
без искажений невозможно. По настоящему трехмерный мир можно показать только в
виртуальной реальности или создать его эффект с помощью стереоэффекта.
При детальном изображении построение одно трехмерной схемы требует больших
вычислительных ресурсов. А в тех же играх сцены меняются постоянно. Вот здесь и
проявляются возможности видеопроцессора. Кроме частоты вертикальной развертки,
основными характеристиками 3D части видеочипа являются:
• частота работы,
• скорость "заливки" текстур
• объем поддерживаемой видеопамяти.
Частота работы, как и центрального процессора компьютера, измеряется в Мгц. На
сегодня, средняя скорость последних моделей видеопроцессоров уже перешагнула
200МГц. Скорость "заливки" - это скорость, с какой видеочип накладывает текстуры на
каркас. Измеряется она в млн. текселей (тексель (texel) это определенная точка текстуры).
Память. Если на первых моделях видеокарт объем памяти был равен 512Кб, то сегодня ее
объемы сравнялись уже с объемами оперативной памяти компьютера - 64Мб и 128Мб.
Основное назначение локальной памяти видеокарты - хранение текстур. Кроме этого там
производится работа по обсчету трехмерных сцен. Для современного видеоадаптера имеет
значение не только объем установленной памяти, но и также ее скорость работы и тип.
Сегодня в видеоадаптерах применяют три типа памяти - SDRAM, SGRAM и DDR RAM.
Отличаются они в первую очередь скоростью передачи данных. Наиболее распространена,
особенно на более дешевых видеокартах SDRAM память. Этот же тип памяти используют
при изготовлении модулей DIMM - память применяемая в компьютере в качестве
оперативной. SGRAM более быстрая, но она же и несколько дороже. А наиболее дорогой и
наиболее быстрой является DDR RAM память. Используется она только в видеокартах
построенных на самых последних моделях видеопроцессоров и чаще всего в люкс
комплектации. Ну и конечно же - чем больше локальной памяти установлено на видеокарте,
тем больше там может храниться текстур и тем быстрее будет производится прорисовка
сцен и выводе на экран.
В последнее время стало чуть ли не "модным" разгонять собственную видеокарту, благо
утилит для этого достаточно. "Разгон" заключается в повышении тактовых частот
видеопроцессора и локальной памяти видеокарты. Только вот, в отличие от общего разгона

64. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
компьютера, вывести карту из строя шансов гораздо больше. К сожалению, определить
какой режим окажется для видеопроцессора смертельным гораздо сложнее. Если вы
выставите нестандартную частоту работы компьютера он может просто отказаться
работать. Видеокарта же, работать будет, вот только - сколько? А потом она может просто
сгореть. Так что если вы все-таки решитесь на этот шаг - проконсультируйтесь сначала со
знакомым специалистом или почитайте материалы по этому вопросу. Их имеется
достаточное количество в Интернете.
3.5 Устройства ввода информации с бумажного носителя. Сканеры.
Сканером называется устройство, которое позволяет вводить в компьютер
двухмерное изображение. Первые сканеры позволяли вводить только черно-белые
изображения, в 1989 г. появились первые сканеры, которые обеспечивают считывание
цветных изображений.
Использование сканеров для ввода в ПЭВМ текстовой и графической информации имеет
как минимум пятилетнюю историю. Сейчас на рынке Запада представлено не менее 15G
различных устройств, от ручных портативных сканеров (Handy scanner) до сложных систем
оптического распознавания символов OCR (Optical Character Recognition),
Развитие соответствующей техники быстрыми темпами идёт не только на Западе, но и на
Востоке Японские фирмы довели технологию сканирования до такого совершенства, что
теперь можно передавать и вводить в ПЭВМ информацию сразу целыми страницами. Это
единственный реальный способ считывания иероглифов.
Для иллюстрации растущей популярности сканеров достаточно отметить, что их продажа
в 1984-1987 гг. ежегодно возрастала на 250 процентов. За три последних года удвоилась
разрешающая способность сканеров, появилась детальная шкала яркости ("серая шкала")
для обеспечения полутоновых изображений, стандартизировались форматы файлов и т.д.
Новое поколение таких систем позволяет за один проход просматривать текст, добавлять
коды управления форматом, выполнять разбивку на страницы, проверять правильность
написания текста, выдавать почти готовые файлы и всё это осуществляется в фоновом
режиме работы ПЭВМ.
Подавляющее большинство сканеров используется в настоящее время для подготовки и
издания различных информационных материалов, т.е. потребители заинтересованы
главным образом в средствах обработки изображений и текстов. Некоторые сканеры
успешно используются в САПР, но, как правило, соответствующие системы имеют весьма
узкую специализацию. В настоящее время прогнозируется широкое применение сканеров
в области факсимильной связи.

65. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Рис. 1 Схема устройства и работы планшетного сканера
Принципы функционирования сканеров.
Программное обеспечение, управляющее работой сканеров, предоставляет возможность
выбора одного из трёх типов сканирования. Это сканирование "штрихового рисунка",
"полутонового изображения" и "шкалы яркости" (или "серой шкалы").
При работе сканера происходит следующий процесс. Точно так же, как и
фотокопировальное устройство, сканер освещает оригинал, а его светочувствительный
датчик с определённой частотой производит замеры интенсивности отражённого
оригиналом света„ Разрешающая способность сканера прямо пропорциональна частоте
замеров.
В процессе сканирования устройство выполняет преобразование величины интенсивности
в двоичный код, который передаётся в память ПЭВМ для дальнейшей обработки.
Если сканер при каждой выборке регистрирует всего один бит информации, то он
распознаёт либо чёрный, либо белый цвет (чёрный цвет может соответствовать логической
единице, а белый цвет - логическому нулю).
В зависимости от количества битов, соответствующих одной выборке, сканер может
распознавать большее или меньшее количество оттенков от чёрного до белого „ При 4-
битовом кодировании имеется возможность распознавать 16 различных оттенков., 8-
битовые сканеры обеспечивают регистрацию 256 уровней серого. Изображение,
содержащее простейшую информацию и требующее минимального объёма памяти,
представляет собой "штриховой рисунок", который может быть обработан 1 “битовым”,
сканированием. Такое изображение содержит только чёрные или белые участки без каких-
либо промежуточных оттенков. 1-битовое сканирование лучше всего подходит для
считывания изображений, выполненных отдельными линиями.
Если поближе рассмотреть иллюстрацию в газете, то можно увидеть, что она не содержит
полутоновых переходов, а представляет собой множество точек. Именно это и называется
"полутоновым изображением". Точки полутонового изображения сливаются вместе и
создают имитацию оттенков.

66. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Большинство сканеров работает по принципу "полутонового сканирования". Полутоновое
сканирование изображения представляет собой фактически 1 "битовые черно-белые
кофигурации, которые подвергаются процедуре фильтрации с целью образования
"смазанного изображения". Термин "смазанное" изображение обозначает в данном случае
метод имитации промежуточных оттенков серого цвета посредством группирования точек
чёрного цвета с разной плотностью (это делает программное обеспечение).
Для получения более высококачественных результатов следует выбрать вариант с
использованием "шкалы яркости" ("серой шкалы"), который отличается от метода
"смазанного" полутонового изображения двумя ключевыми моментами. Во-первых,
данный вариант использует многобитовое сканирование. Во-вторых, полутоновый растр
накладывается на изображение с большим количеством градаций яркости в тот момент,
когда осуществляется вывод на печать, а при получении "смазанных" полутоновых
изображений происходит их наложение во время сканирования.
В соответствии с функциональными возможностями и устройством сканеры разделяются
на настольные, портативные, и цветные.
Настольные сканеры.
Если требуется цифровой аналог фотокопировального устройства, то известные
преимущества могут обеспечить планшетные сканеры” Есть такие сканеры, которые
похожи на фотоувеличители. Такой аппарат может потребовать регулировки освещённости
обрабатываемого изображения. Имеются также сканеры с роликовыми направляющими и
другими средствами подачи бумаги.
Более удобным может показаться сканер и с планшетом, и с подачей бумаги, но
универсальность не всегда даёт выигрыш.
После решения вопроса с оборудованием следует подумать о программном обеспечении. В
большинстве случаев требуется сравнительно простое программное обеспечение и
основное внимание следует уделить автоматизированному оптическому распознаванию
символов, обеспечению факсимильной связи, а также выбору способа кодирования
изображения.
Портативные сканеры.
Портативные или ручные сканеры обеспечивают недорогой способ преобразования
изображения в цифровую форму и их ввод в компьютер.
По сравнению с настольными сканерами они обладают значительно более скромными
возможностями. Например, они не пригодны для использования в настольных издательских
системах, к тому же малейшая вибрация приводит к обесцениванию проделанной работы.
Но стоят такие сканеры значительно дешевле. Их вполне можно использовать там, где не
требуется высокое качество изображения.
Портативный сканер похож на очень большое устройство "мышь" с длинным проводом (не
более двух метров, который подключается к соответствующей интерфейсной плате
персонального компьютера. Комплект поставки сканера включает в себя программное
обеспечение, позволяющее редактировать, записывать на диск и выводить изображение на
печать.

67. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Работа с аппаратом не требует больших навыков. Сканируемый оригинал помещается на
плоскую поверхность, сканер устанавливается на одной из его сторон и, после нажатия
кнопки пуска, медленно перемещается по оригиналу вручную.
По мере продвижения сканера можно наблюдать за тем, что получается. Большинство
портативных сканеров имеет небольшое окошко для просмотра, через которое виден
обрабатываемый оригинал. Некоторые аппараты обеспечивают воспроизведение
получаемого в процессе работы изображения на экране персонального компьютера.
Большинство сканеров обеспечивают возможность выбирать разрешение сканирования (до
400 точек на дюйм). Максимальная ширина сканируемого оригинала составляет 2,5 дюйма
(6,4 см) и ограничивается размером рабочей поверхности аппарата. Длина оригинала
зависит от памяти компьютера” Если оригинал превышает ширину сканера, то можно
обрабатывать его отдельными частями, а затем с помощью программ объединять эти части
в одно изображение.
Цветные сканеры.
Цветные сканеры появились на рынке в 1989 году. Возможность цветного сканирования не
исключалась и раньше, но соответствующее оборудование стоило слишком дорого,, И
только недавно выпущенные сканеры JX-450фирмы Sharp и Scanmaster фирмы Howtek
доступны по цене„
Сканеры этих фирм очень похожи друг на друга. Фирма Howtek покупает сканеры у фирмы
Sharp и перепродаёт их, комплектуя собственной интерфейсной платой и программным
обеспечением,
Такие сканеры внешне очень напоминают копировальные устройства вплоть до крышки,
которая удерживает оригиналы. Обеспечивается возможность обработки оригиналов
восьми различных форматов как американского, так и европейского стандартов
(американские "office", "legal", "invoice", "tabloid" и европейские A3, А4, В4 и В5), Для
обработки изображений на слайдах и диапозитивах отдельно обеспечивается поставка
соответствующих принадлежностей,
Оба устройства используют универсальную шину интерфейса GPIB IEEE-488 для
обеспечения связи с компьютером. Это означает, что кроме сканирующего блока
необходимо соответствующее интерфейсное оборудование. Кроме того, требуется
программное обеспечение, которое управляет работой сканера и позволяет записывать
информацию в файл,,
1Болышой размер сканеров обусловлен возможностью обработки документов,
максимальная площадь которых составляет 12х17 дюймов (305х402 мм)о
Для эффективной работы сканеров с 8°битовым представлением информации требуется
значительный объём ОЗУ ° не менее 2 Мбайт, и жёсткий диск большой ёмкости,
Рассматриваемые сканеры отличаются главным образом программным обеспечением.
Причём программа MacScan-It фирмы Howtek предоставляет более широкие возможности.
Как и пакет PixeScan фирмы Sharp, она обеспечивает возможность работы с меню для
определения размеров оригинала, чёткости изображения, набора цветов, разрешающей
способности и скорости сканирования. Однако программа MacScan позволяет выполнять
сканирование как позитивных так и негативных изображений в цвете или же использовать
только серую шкалу. Кроме того, она обеспечивает режим предварительного просмотра.

68. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Классификация и основные характеристики планшетных сканеров.
1. Однопроходный или трехпроходный
Раньше для цветного сканирования приходилось использовать трехпроходную технологию
То есть первый проход с красным фильтром для получения красной составляющей, второй
- для зеленой составляющей и третий - для синей. Такой метод имеет два существенных
недостатка: малая скорость работы и проблема объединения трех отдельных сканов в один,
с вытекающим отсюда не совмещением цветов.
Решением стало создания True Color CCD, позволяющих воспринимать все три цветовые
составляющие цветного изображения за один проход. True Color CCD является стандартом
на данный момент и в мире уже никто не выпускает трехпроходные сканеры.
Однопроходные сканеры используют одну из двух подсистем для получения данных о
цвете изображения: некоторые используют ПЗС со специальным покрытием, которое
фильтрует цвет по составляющим, другие используют призму для разделения цветов.
Cейчас на рынке нет трехпроходных сканеров. Аналогично в свое время прекратили
существование черно-белые планшетные сканеры.
Разрешение сканера. Чем больше, тем лучше?
Оптическое разрешение.
Оптическое разрешение - одна из основных характеристик сканера. Измеряется в точках на
дюйм, DPI. Для настольных сканеров вы можете встретить: 300х300, 400х400, 300х600,
400х800, 600х600, 600х1200 dpi.
Для понимания, что такое оптическое разрешение представьте себе шахматную доску 8х8
размером дюймХдюйм (дюйм=2.54 см). Разрешение этой доски будет 8х8. Если эта доска
будет иметь триста квадратов по каждой оси, то соответственно ее разрешение будет
300х300. Соответственно чем больше разрешение тем более детальную информацию об
изображении можно получить.
Касательно механизма сканера, оптическое разрешение сканера определяется ПЗС
матрицей по горизонтальной оси. Количество шагов на дюйм, которое позволяет делать
двигатель сканера при перемещении каретки, определяет разрешение по вертикальной оси.
В связи с этим многие производители указывают разные значения по горизонтали и
вертикали, как правило, таким образом завышая реальное разрешение, так как у сканера с
разрешением 300х600 (300 по линейке ПЗС и 600 по шаговому двигателю) при заданном
разрешении 600 программное приложение (иногда это делается на аппаратном уровне)
будет искусственным образом увеличивать разрешение по линейки математически
рассчитывая недостающие точки. Представьте если бы он реально сканировал с разными
значениями по вертикали и горизонтали, то получая с одного дюйма по одной оси в два раза
больше точек чем по другой, итоговое изображение было бы растянуто в два раза по

69. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
вертикальной оси. Поэтому при выборе сканера во внимание нужно принимать меньшее
значение, которое показывает реальное оптическое разрешение сканера.
Интерполированное разрешение
Эту характеристику очень любят производители настольных сканеров, часто включая в
название и нанося большими буквами на красочной коробке. вы можете увидеть 4800, 9600
и т.д.
Интерполированное разрешение- искусственно увеличенное разрешение сканера,
достигается программным путем в драйвере сканера при помощи математических
алгоритмов, не несет практической ценности и никем не используется в жизни.
А сколько реально нужно?
При покупке сканера следует понимать, что общий подход в компьютерной технике “чем
больше, тем лучше” (память, частота процессора и т.д.) в общем случае не относится к
сканерам. То есть конечно лучше и конечно дороже, но Вам это может никогда не
пригодится! Разрешение, которое необходимо использовать при сканировании
определяется устройством вывода, которое вы используете.
Для вывода на экран один к одному (презентации, Web дизайн) достаточно задать 72 точки
на дюйм или 100 точек на дюйм, так как все мониторы выдают либо 72, либо 96 точек на
дюйм.
При использование струйного принтера при выводе цветных изображений достаточно
задать Разрешение_сканера=Разрешение_принтера/3, так как производители принтеров
указывают максимальное разрешение принтеров, при печати в цвете струйные принтеры
используют три точки для создания одной точки, получаемой со сканера. То есть и здесь
Вам хватит 200 - 250 точек на дюйм.
Тогда в каких случаях нужно большое разрешение? Ответ прост: если требуется
увеличивать или растягивать изображение снятое с оригинала. Подумайте, может ли у Вас
никогда и не возникнет такая потребность, а переплатить придется достаточно много.
Глубина цвета
Грубо говоря, человеческий глаз способен воспринимать порядка 17 миллионов оттенков
цвета или 256 градаций серого (фотографическое качество), хоть это и не совсем верно, но
для отображения на мониторах этого количества цветов вполне достаточно. Это
соответствует 24-битному представлению цвета или 8-битному для изображения в
градациях серого.
Сейчас вы вряд ли сможете найти черно-белые планшетные сканеры, потому что
производится огромное число доступных цветных моделей. Ниже описан механизм
получения цвета в сканере.
В сканере электрический сигнал с CCD матрицы преобразуется в цифровой при помощи
аналого-цифрового преобразователя. Разрядность АЦП и качество исполнения СCD
определяет глубину цвета сканера. Получая по каждой цветовой составляющей 256
градаций (8 бит), в цвете выходит 8х3=24 бит=16.77 млн. оттенков.

70. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Все настольные сканеры сейчас позволяют получить 24-битный цвет. Графические
адаптеры и мониторы поддерживают 24-битный цвет, но уже не поддерживают 30 или 36
битный цвет.
При этом также существуют сканеры с 30 битным и 36 битным представлением цвета (10 и
12 бит соответственно на каждую составляющую). Реально вы будете работать с 24-битным
цветом, но при большой разрядности АЦП, имея избыточную информацию, можно
производить цветовую корректировку изображения в большом диапазоне без потери
качества. Сканеры, имеющие большую глубину цвета, позволяют сохранить больше
оттенков и переходов в темных тонах.
Программное обеспечение
Сканер - один из первых продуктов, в комплекте с которым пользователь стал получать
помимо самого устройства и аппаратного драйвера, несколько программных продуктов.
Суммарная стоимость этих лицензионных продуктов в коробочном исполнении может
превышать те деньги, которые вы платите за сканер. Поэтому важно узнавать, что
поставляется в комплекте со сканером.
О стандарте Twain или что-то, с малоинтересным названием.
Первое, что обязательно идет в комплекте со сканером - это его Twain драйвер.
В среде DOS все сканеры работали только со своими программными приложениями.
Появление Windows казалось бы, должно было положить конец проблемам связанным с
совместимостью сканеров с различным программным обеспечением, но Microsoft не
включил сканеры в список устройств, стандартно поддерживаемых Windows. Ведущие
производители сканеров и программного обеспечения создали этот стандарт своими
силами, и называться он стал TWAIN, что не является никакой аббревиатурой, хотя многие
считают, что Twain - это Tool Without Any Interesting Name или инструмент без какого-то
ни было интересного названия(см. также http://www.twain.org ).
Сейчас стандарт TWAIN поддерживается всеми производителями настольных сканеров и
всеми ведущими производителями графических пакетов и программ распознавания
символов. Таким образом выбрав Twain устройство пользователь может напрямую
сканировать из своей любимой графической программы., запустив из нее Twain драйвер
сканера.
Twain драйвер сканера - это программное приложение с графическим интерфейсом, которое
несет на себе функции панели управления сканером и осуществляет передачу данных от
сканера в программное приложение, из которого вы вызываете сканер. С помощью Twain
драйвера производится установка параметров и области сканирования, предварительное
сканирование и просмотр, обеспечивается возможность цветокорректировки и
постобработки получаемого изображения.
Кроме сканеров Twain поддерживается также и цифровыми камерами.
Скорость работы
Как правило, вы не найдете заявленную скорость работы настольных планшетных
сканеров. В некоторых случаях производители объявляют скорость сканирования одной
линии изображения в миллисекундах, что малоприменимо на практике. Одна из причин,

71. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
зависимость этой величины от многих факторов, связанных с заданным режимом работы,
типом компьютера, интерфейсом и т.д. Кроме того, с большей скоростью вы можете
потерять в качестве или в цене.
Единственный способ что-то выяснить, сравнить самостоятельно, что можно сделать,
наверное, только на выставках, потому что в салоне-магазине, трудно увидеть все аппараты
в действие. Также можно довериться результатам тестов, но и здесь нужно иметь ввиду, что
для Вашей задачи результат может быть иным.
Графический пакет
С помощью графического пакета осуществляется ввод графических изображений в
компьютер. В комплекте со сканерами сейчас поставляются продукты таких фирм, как
Adobe (Photoshop), Ulead (Image Palsgo, IPhoto Plus, IPhoto Express), Micrografx (Picture
Publisher) и некоторые другие. Для выбора источника Twain используется команда File-
>Select Source. Для вызова сканера используется команда Acquire в меню File. В некоторых
приложениях команда Scan.
Наиболее популярен сейчас в России пакет Adobe Photoshop. В зависимости от
производителя и позиционируемой модели, вы можете получить в комплекте либо полную
версию, либо ограниченную (урезанную или специальную) с возможностью последующего
Upgrade со скидкой.
На западном рынке растет известность продуктов фирмы Ulead Inc, которая сейчас создала
несколько очень интересных приложений для Web дизайна. Российским пользователям
достаточно хорошо известен продукт IPhoto Plus простой в обращение, компактный и
предоставляющий пользователю все необходимые средства в начальном редактировании
изображений. Новая модификация IPhoto программа IPhoto Express имеет очень доступный.
Красивый интерфейс и позволяет нажатием одной кнопки создать календарь, обои или
Screen Saver из отсканированного изображения. Программа PhotoImpact представляет
собой мощный инструмент в мире графики.
Конечно всегда есть возможность использовать графический пакет, который Вам
полюбился, оставив в стороне то, что вы получаете в комплекте со сканером. Если вы
хотите иметь графический пакет на русском языке, то рекомендуем обратить внимание на
продукцию российской фирмы STOIK Software и графический пакет Picture Man.
OCR (Optical Character Recognition) - оптическое распознавание символов позволит Вам
вводить печатные документы в компьютер с последующим редактированием в текстовом
процессоре. В комплекте со сканером, который приехал в Россию пакет распознавания
символов распознает все латинские языки, но там отсутствует распознавание русского
языка (программные продукты фирм Xerox, Recognita, Caero и другие). Для распознавания
русского языка существует две программы Fine Reader 3.0 (фирма БИТ) и CuneiForm
(фирма Cognitive Technologies), сканеры доукомплектовываются облегченной версией
одной из этих программ российским поставщиком, поэтому требуйте у дилера программу
распознавания русского языка.

72. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
3.6 Принтеры. Классификация печатающих устройств. Устройство и принцип
действия матричного принтера. Стандарты матричных печатающих головок.
Струйные принтеры.
Принтер (от англ. print — печать) — периферийное устройство компьютера,
предназначенное для перевода текста или графики на физический носитель из электронного
вида малыми тиражами (от единиц до сотен) без создания печатной формы. Этим принтеры
отличаются от полиграфического оборудования и ризографов, которое за счёт печатной
формы быстрее и дешевле на крупных тиражах (сотни и более экземпляров).
Получили распространение многофункциональные устройства (МФУ), в которых в одном
приборе объединены функции принтера, сканера, копировального аппарата и телефакса.
Такое объединение рационально технически и удобно в работе.
Широкоформатные принтеры иногда ошибочно называют плоттерами.
В советской вычислительной технике принтеры официально назывались "Алфавитно-
цифровые печатающие устройства" (АЦПУ), поскольку преобладавшие в 60-70-е гг.
барабанные принтеры позволяли печатать только текст.
Классификация
По возможности печати графической информации принтеры делятся на алфавитно-
цифровые (с возможностью печати ограниченного набора символов) и графические.
По принципу переноса изображения на носитель принтеры делятся на:
 матричные
 лазерные
 струйные
 сублимационные
 твердочернильные
По количеству цветов печати — на чёрно-белые (монохромные) и цветные.
По соединению с источником данных (откуда принтер может получать данные для печати),
или интерфейсу:
 по проводным каналам:
 через SCSI кабель
 через последовательный порт
 через параллельный порт (IEEE 1284)
 по шине Universal Serial Bus (USB)
 через локальную сеть (LAN, NET)
 с помощью двух портов, при этом один из портов управляет приводом ЧПУ,
через другой порт идут данные на печатающие головки
 посредством беспроводного соединения:
 через ИК-порт (IRDA)
 по Bluetooth
 по Wi-Fi (в том числе с помощью AirPrint)
ИК-соединение возможно только с устройством, находящимся в прямой видимости, в то
время как использующие радиоволны интерфейсы Bluetooth и Wi-Fi функционируют на
расстоянии до 10-100 метров.
Некоторые принтеры (в основном струйные фотопринтеры) располагают возможностью
автономной (то есть без посредства компьютера) печати, обладая устройством чтения flash-
карт или портом сопряжения с цифровым фотоаппаратом, что позволяет осуществлять
печать фотографий напрямую с карты памяти или фотоаппаратов. Принтеры,
поддерживающие технологию AirPrint, дают возможность распечатывать документы и
фотографии с непосредственно мобильных устройств на базе iOS без использования кабеля

73. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
(соединение осуществляется по Wi-Fi). AirPrint доступна для iPad, а также для iPhone и iPod
Touch не ниже третьего поколения.
Сетевой принтер — принтер позволяющий принимать задания на печать от нескольких
компьютеров, подключенных к локальной сети. Программное обеспечение сетевых
принтеров поддерживает один или несколько специальных протоколов передачи данных,
таких как IPP. Такое решение является наиболее универсальным, так как обеспечивает
возможным вывод на печать из различных операционных систем, чего нельзя сказать о
Bluetooth- и USB-принтерах.
3.7 Плоттер.
Плоттер (графопостроитель) — устройство для автоматического вычерчивания с
большой точностью рисунков, схем, сложных чертежей, карт, трехмерных изображений и
другой графической информации на бумаге размером до A0. Так же как и у принтеров,
изображение на бумаге формируется при помощи печатающей головки. Точка за точкой
изображение наносится на бумагу (кальку, пленку), отсюда и название графопостроителя
— плоттер, от англ. to plot — вычерчивать чертежи.
Классификация плоттеров
Плоттеры могут быть классифицированы по нескольким признакам. Приведем некоторые
из возможных классификаций.
По области применения:
 САПР (система автоматизации проектных работ)
 ГИС (графические инженерные системы)
 Реклама
По способу вывода изображения:
 Перьевые
 Струйные
 Лазерные
 Сублимационные
 Электростатические
По возможности воспроизведения цвета:
 Цветные
 Монохромные (цветные изображения воспроизводятся оттенками серого)
 С возможностью цветной печати — плоттеры, ориентированные на монохромную
печать, но способные (в небольшом объеме) выводить и цветные отпечатки
По максимальному формату выводимого изображения:
 Плоттеры формата А0 ("нулевого" формата)
 Плоттеры формата А1 ("первого" формата)
 Плоттеры "рекламных" форматов
По производительности:

74. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
 До 20 м2 в сутки (начальный уровень)
 От 20 м2 до 50 м2 в сутки (средний уровень)
 Более 50 м2 в сутки (высокий уровень)
К основным характеристикам плоттеров относятся:
 скорость вычерчивания изображения измеряется миллиметрами в секунду;
 скорость вывода изображения — определяется количеством условных листов,
распечатанных за одну минуту;
 разрешающая способность — измеряется, аналогично принтеру, в точках на дюйм
(dpi). От нее зависит качество изображения на бумаге.
3.8 Звуковые платы (звуковая карта)
Звуковая карта явилась одним из наиболее поздних усовершенствований
персонального компьютера. Она подключается к одному из слотов материнской
платы в виде дочерней карты и выполняет вычислительные операции, связанные с
обработкой звука, речи, музыки. Звук воспроизводится через внешние звуковые
колонки, подключаемые к выходу звуковой карты. Специальный разъем позволяет
отправить звуковой сигнал на внешний усилитель. Имеется также разъем для
подключения микрофона, что позволяет записывать речь или музыку и сохранять их
на жестком диске для последующей обработки и использования.
Основным параметром звуковой карты является разрядность, определяющая
количество битов, используемых при преобразовании сигналов из аналоговой в
цифровую форму и наоборот. Чем выше разрядность, тем меньше погрешность,
связанная с оцифровкой, тем выше качество звучания.
К счастью, времена, когда работа за компьютером сопровождалась писком
встроенного динамика, давно закончились. Современные звуковые карты могут
предоставить солидные возможности для обработки звукового сигнала и превратить
даже обычный домашний компьютер в весьма неплохой и функциональный
аудиокомплекс. Также нельзя не отметить и тот факт, что прогресс в этой области
позволил существенно снизить цены на звуковые платы - то, что раньше считалось
прерогативой студии и стоило тысячи долларов, теперь можно приобрести в любом
магазине за довольно умеренную цену.
Звуковая карта производит преобразование звука из аналоговой формы в
цифровую. Для ввода звуковой информации используется микрофон, который
подключается к входу звуковой карты. Звуковая карта имеет также возможность
синтезировать звук (в ее памяти хранятся звуки различных музыкальных
инструментов, которые она может воспроизводить).
Аудиоадаптер (Sound Blaster или звуковая плата) - это специальная электронная
плата, которая позволяет записывать звук, воспроизводить его и создавать
программными средствами с помощью микрофона, наушников, динамиков,
встроенного синтезатора и другого оборудования.
Аудиоадаптер содержит в себе два преобразователя информации:

75. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
• аналого-цифровой, который преобразует непрерывные (то есть, аналоговые)
звуковые сигналы (речь, музыку, шум) в цифровой двоичный код и записывает его на
магнитный носитель;
• цифро-аналоговый, выполняющий обратное преобразование сохранённого в
цифровом виде звука в аналоговый сигнал, который затем воспроизводится с
помощью акустической системы, синтезатора звука или наушников.
Профессиональные звуковые платы позволяют выполнять сложную обработку
звука, обеспечивают стереозвучание, имеют собственное ПЗУ с хранящимися в нём
сотнями тембров звучаний различных музыкальных инструментов. Звуковые файлы
обычно имеют очень большие размеры. Так, трёхминутный звуковой файл со
стереозвучанием занимает примерно 30 Мбайт памяти. Поэтому платы Sound Blaster,
помимо своих основных функций, обеспечивают автоматическое сжатие файлов.
Область применения звуковых плат — компьютерные игры (на многих звуковых
платах есть специальный Game-порт, к которому подключаются игровые
манипуляторы), обучающие программные системы, рекламные презентации,
"голосовая почта" (voice mail) между компьютерами, озвучивание различных
процессов, происходящих в компьютерном оборудовании, таких, например, как
отсутствие бумаги в принтере и т.п. Но главная, и часто используемая возможность
современной звуковой карты - это способность воспроизводить аудио и видео-файлы,
хранящиеся на компьютере.
Что находится на звуковой карте?
На типичной звуковой карте могут находиться следующие разъемы:
Внешние:
1. Игровой, или MIDI-порт. Самый большой и заметный 15-контактный разъем-
гнездо, предназначен для подключения джойстика, MIDI-клавиатуры или чего-либо
иного, работающего через MIDI-интерфейс, например синтезатор. В последнее время
Microsoft c Intel и некоторыми другими компаниями активно нападают на этот порт и
говорят, что в современном компьютере ему не место, но он, очевидно, умирать пока
не собирается.
2. Линейный вход
3. Микрофонный вход
4. Линейный выход для подключения активных колонок или усилителя. Он может
быть не один, если плата рассчитана на подключение более двух колонок.
5. Аудиовыход, на который подается прошедший через встроенный в карту
маломощный (2-4 ватта на канал) усилитель сигнал. Так как качество этого усилителя
даже на дорогих платах оставляет желать лучшего, то годится только для
подключения небольших наушников. Часто этот выход не присутствует отдельно, а
выбирается путем изменения режима работы линейного выхода путем
соответствующего джампера на плате. В этом случае, если вы ничего не меняли,
выходному разъему по умолчанию обычно уже соответствует режим линейного
выхода. Более подробно об этом должно быть рассказано в документации на плату.

76. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
6. Цифровой выход - он предназначен для подключения внешних цифровых
устройств, например цифрового ресивера. Встречается только на достаточно дорогих
картах.
7. Цифровой вход - встречается еще реже, чем цифровой выход.
Внутренние:
1. Внутренний вход - обычно используется для подключения CD-ROM.
2. Внутренний выход
3. Цифровой вход SPDIF. Обычно используется для цифрового подключения CD-
ROM'а. Если такой разъем есть, то для подключения CD (DVD) нужно использовать
только его, так как ЦАП привода обычно имеет самое невысокое качество и звуковая
карта справится с воспроизведением звука гораздо лучше. Правда, такой разъем есть
только на хороших платах.
4. Дополнительные разъемы для внутреннего подключения таких устройств,
как модем, плата видеомонтажа или TV-тюнер и прочего.
Если вы хотите получить приличное качество воспроизведения CD на
компьютере, то для этого необходима звуковая карта с цифровым входом для
подключения устройства чтения CD/DVD, который и следует использовать, так как
качество звуковой части приводов CD- и DVD-ROM довольно невысоко. Обычно
(хотя совсем не обязательно) в комплект поставки звуковой карты входит шнурок для
подключения CD-ROM'а. К сожалению, практически всегда он аналоговый, так что
вам (если карта, конечно же, имеет разъем SPDIF) придется покупать цифровой
кабель отдельно. Впрочем, можно обойтись и без кабеля и соответствующего входа:
можно воспользоваться возможностью некоторых CD-проигрывателей читать аудио
по шине. Плохое качество звука дисководов CD/DVD хорошо подтверждается тем,
что даже достаточно недорогие и ширпотребные карты декодируют цифровой звук
заметно лучше, чем сами дисководы. Но при таком способе немного грузится
процессор и сама шина, что по сравнению с полностью самостоятельным чтением
выглядит не совсем хорошо, так что лучше все же купить более продвинутую карту с
необходимым разъемом, которая сама по себе также будет звучать лучше, хоть она и
будет стоить заметно дороже.
Что представляет из себя звуковая плата?
Любая звуковая плата представляет собой в конечном счете плату ЦАП/АЦП. В
простейшем аналоговом электрическом виде звук выглядит как переменный сигнал
(синусоида). Основное отличие реального звука состоит лишь в том, что он
получается в результате наложения и взаимодействия большого числа колебаний
разной частоты, фазы и амплитуды. Так возникают обертона, характеризующие,
например, тембр голоса. При цифровом представлении аналогового сигнала
изменение его амплитуды происходит дискретно и как бы заморожено на
длительность фиксированных моментов времени, в течение которых осуществляются
измерения. То есть измеренные значения описывают аналоговый (непрерывный)
процесс, определяя его состояние в фиксированные моменты последовательностью
чисел.

77. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
В аналого-цифровом преобразователе - АЦП - после нормирования по амплитуде
аналоговый сигнал квантуется по уровню и кодируется (Воспроизведение
выполняется точно так же, только в обратном направлении, поэтому-то, что
относится к записи, имеет смысл и при цифро-аналоговом преобразовании). То есть
каждому моменту измерения по временной шкале ставится в соответствие цифровое
значение мгновенной амплитуды сигнала. Таким образом, звук теперь представляется
последовательностью цифровых кодов. Очевидно, что чем короче временные
промежутки между отдельными измерениями, то есть чем выше частота
дискретизации (Sampling Rate), тем точнее описывается и затем воспроизводится
звуковой сигнал. Не менее очевидно, что необходимая частота измерений (выборки)
зависит от частотного диапазона преобразуемого сигнала.
Следует отметить, что у некоторых дешевых звуковых карт частота
дискретизации при воспроизведении и при записи может быть различной: как
правило, в таком случае она соответственно равна 44.1 и 22.05 KHz. Хотя если вы не
собираетесь ничего записывать, то это не столь важно. Тем более что качество
записывающего тракта у таких простеньких китайских поделок настолько неважно,
что кроме шумов записать все равно ничего не удастся.
Разрешающая способность звуковых карт
Понятно, что преобразование аналогового сигнала в цифровой код можно
произвести только с какой-либо определенной степенью точности. Под точностью,
или разрешающей способностью, понимают наименьшее изменение аналогового
сигнала, которое приведет к изменению цифрового кода. Это определяется
разрядностью (битностью) АЦП (или ЦАП, если речь идет о воспроизведении). Так,
8-битный преобразователь может квантовать амплитуду сигнала на 256 (28) уровней,
а 16-разрядный на 65536 (216) уровней, что приводит к очень заметному повышению
качества. С увеличением разрядности АЦП (ЦАП) растет его динамический диапазон.
Каждый бит соответствует примерно 6 Db. Звуковые карты могут иметь разрядность
8, 12, 16, а иногда и 20 бит (хотя последнее уже практически не приводит к тому,
чтобы качество заметно улучшилось). Тогда 8-разрядное преобразование может
обеспечить динамический диапазон 48 Db, 12-разрядное 72 Db, 16-разрядное 96 Db
(соответствует CD) и 20-разрядное 120 Db. Все современные карты являются 16-
битными. Однако это, конечно же, вовсе не означает, что все звуковые карты имеют
"CD Quality", так как качество зависит и от многих других параметров.
В настоящее время широкое распространение получили приложения (прежде
всего игры), использующие методы создания пространственного звука. Эти методы
помимо простого разделения каналов и панорамирования включают в себя такие
вещи, как, например, учет отражения звука от поверхностей, его поглощение
различными предметами, прохождение сквозь препятствия и прочие эффекты. Как и
в случае с трехмерной графикой, были созданы различные программные интерфейсы
(API). Наиболее популярными являются A3D и созданный Creative EAX. В принципе,
все необходимые расчеты могут выполнятся силами центрального процессора с
помощью программной эмуляции, но гораздо лучше, если звуковая плата
поддерживает аппаратное ускорение. Правда, сейчас карт, не совместимых с 3D-
звуком, практически не осталось.
Все вычисления производит расположенный на плате звуковой процессор,
называемый DSP (Digital Surround Processor). От его возможностей и
производительности напрямую зависит качество и точность звуковых эффектов.
Иногда можно встретить звуковые платы с многообещающими надписями на
упаковке типа "Dolby Digital 5.1", "АС-3" и т. д. В доказательство справедливости
этого плата имеет шесть выходов, а также прилагаемый к ней программный DVD-

78. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
плейер, воспроизводящий звук на шесть колонок. И хотя нигде не сказано, что
декодирование АС-3 будет осуществляться аппаратно самой картой, у покупателя
вполне законно складывается именно такое впечатление. В самом деле: мощный DSP,
шесть выходов, красивые надписи, да и цена таких железяк, как правило, не менее
красивая... Уже можно при всем при этом рассчитывать на аппаратный декодер
пространственного звука. На самом же деле таких карт не существует (а если где-то
их и можно найти, то это окажется профессиональная техника с нереальной ценой), а
декодирование АС-3 осуществляется поставляемым в комплекте полностью
программным плейером. Также некоторые производители обещают снижение
нагрузки на CPU во время воспроизведения MP3. Это тоже мало похоже на
реальность, тем более что при производительности современных процессоров
декодировать MP3 аппаратно не имеет абсолютно никакого смысла.
Звуковая карта может применяться не только для обработки звуков, но и для их
генерации. Необходимость этого зародилась во времена первых игр с музыкальным
сопровождением. Так как производительность компьютеров и объем носителей тогда
не позволяли использовать готовые сэмплы, пришлось возлагать задачу на
воспроизведение музыки целиком на звуковую плату. Так был создан стандарт MIDI
(Musical Instrument Digital Interface), который довольно популярен и по сей день.
Команды MIDI содержат не запись музыки как таковой, а ссылки на ноты, точнее их
электронный аналог. Когда карта принимает MIDI-команду, она интерпретируется ее
синтезатором, и в результате мы слышим ноту. По сути звуковая карта,
поддерживающая MIDI, является обычным музыкальным синтезатором. Существует
множество софта как для проигрывания, так и для создания MIDI-фалов. В последнем
случае обычно используется MIDI-клавиатура, по внешнему виду очень похожая на
клавиатуру синтезатора.
4.1 Модемы и факс-модемы. Способы модуляции сигналов. Протоколы модема.
Команды АТ. Установка модема.
Еще одно оконечное устройство, которое включается в телефонную сеть, — это модем
(модулятор/демодулятор). Модем преобразует компьютерные данные в аналоговый
или цифровой сигнал (модуляция), который может передаваться по телефонной линии и
достигать другого модема. Удаленный модем переводит полученный сигнал снова в данные
(демодуляция) и посылает эти данные на свой компьютер.
Модем состоит из следующих блоков (рис. 4.1):

79. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Рис. 4.1. Блок-схема модема
 устройство сопряжения с каналом связи (в него входят согласующий линейный
трансформатор с элементами защиты, схема набора номера, цепь определения сигнала
посылки вызова и других акустических сигналов (например, сигнала "занято"), АЦП,
ЦАП, фильтры передачи и приема;
 цифровой сигнальный процессор (Digital Signal Processor — DSP);
 контроллер протоколов и управления (с элементами памяти);
 интерфейсный узел сопряжения с компьютером RS232.
На рисунке не показаны следующие внешние устройства:
 терминал передачи данных DTE (Data Terminal Equipment) в данном случае — это
компьютер;
 оконечное (терминальное) оборудование данных (ООД). Термин применяется для
обозначения устройств, использующих передачу данных. DTE подключается к сети
передачи данных через аппаратуру передачи данных (DCE);
 оборудование передачи данных. DCE (Data Communication Equipment) — аппаратура
передачи данных или аппаратура коммутации данных (АПД или АКД). Это аппаратные
средства, обеспечивающие установку, поддержку и разрыв соединения посети
передачи данных. В данном случае — это модем и непоказанная станция.
Рассмотрим отдельные блоки.
Устройства сопряжения с каналом связи
Устройства сопряжения с каналом связи отвечают за преобразование сигнала из цифровой
формы в аналоговую, переход от четырехпроводной системы передачи к проводной и
обратное преобразование. Оно обеспечивает модуляцию и передачу по каналу с
обнаружением и обработкой ошибок. Эти вопросы будет рассмотрены в дальнейшем при
описании аппаратуры уплотнения и способов модуляции.
Цифровой сигнальный процессор

80. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Представляет собой устройство, обрабатывающее поступающие сигналы в реальном
масштабе времени. В модеме он обеспечивает работу алгоритмов кодировки и
декодирования информации, алгоритмы авторизации и другие логические действия.
Протоколы
Протокол — это набор формализованных правил, процедур и спецификаций,
определяющих формат и способ передачи данных.
Протоколы, предназначенные для работы модемов по телефонным каналам, представлены
в рекомендациях ITU-T и обозначаются V.xx.
Все модемы V можно условно разделить на три группы:
 асинхронные (работающие по протоколам V.21, V.23);
 асинхронно-синхронные (работающие по протоколам V.22, V.22 bis, V.26, V.32 bis,
V.34, V.90, V.92);
 синхронные.
Основные протоколы модемов перечислены в таблице 4.1. Во второй строке этой таблицы
приведены применяемые для данного протокола способы модуляции и манипуляции.
Некоторые из них будут рассмотрены в этом курсе. Для более детального их изучения
можно рекомендовать.
Таблица 4.1. Основные
протоколы модемов
Название
Тип
модуляции
Объект действия протокола
V.21 FSK Дуплексный модем на 300 бит/с. для
телефонных сетей общего
назначения, используется
факсаппаратами и факсмодемами
V.22 DPSK Дуплексной модем для работы при
скоростях 600/1200 бит/с
V.22bis QAM Дуплексной модем для работы при
скоростях 1200/2400 бит/с
V.23 FSK Асинхронный модем на частоту
600/1200 бит/ с (сети videotex),
несовместим с V.21, V.22 и V.22bis
V.26 FSK Модем для работы на выделенную
линию четырехпроводной линии на
скоростях 2400/1200 бит/с
V.27 FSK Модем для работы на выделенную
линию четырехпроводной на
скорости 4800 бод/с
V.27ter DPSK Модем с набором телефонного
номера на скорости 2400/4800 бит/с
(fax)
V.32 QAM Семейство двухпроводных модемов,
работающих на частотах до 9600 бит/с

81. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
V.32bis TCM Модем, работающий на выделенную
линию для скоростей 7200, 12,0 и 14,4
Кбит/с
V.34 QAM Модем на частоту 28,8 Кбит/с,
использован новый протокол
установления связи
V.34bis QAM Модем на скорости 32 Кбит/с
V.90 PCM Модемы с асимметричной передачей.
Протокол поддерживает:
 скорость 56 Кбит/с в направлении
от центральной станции к
пользователю и
 от пользователя к центральной
станции (33,6 Кбит/с)
V.92 PCM Модемы с асимметричной передачей.
Протокол поддерживает:
 скорость 56 Кбит/с в направлении
от центральной станции к
пользователю и
 от пользователя к центральной
станции (48 Кбит/с)
 использует стандарт сжатия V.44
Установка и принципы работы модема.
По команде с компьютера модем подключается к телефонной линии и "набирает номер".
Далее он ждет, пока телефонная станция установит соединение и модем с другой стороны
ответит на вызов. С помощью обмена специальными звуковыми сигналами модемы
согласуют протокол обмена информацией. Слово протокол в дальнейшем понимаем как
определенное соглашение о способах представления и передачи информации. В данном
случае модемы "договариваются" о частоте приема и передачи (несущая частота или
частоты), скорости передачи, протоколе коррекции ошибок и протоколе сжатия данных (к
сожалению, модемы не могут компрессировать данные более чем в 4 раза). В последних
версиях модемных протоколов предусмотрена возможность изменения скорости передачи
данных "на ходу" для адаптации к меняющимся условиям линии. Далее каждый из модемов
сообщает своему компьютеру что-то типа "Связь установлена, давайте работать", после
чего модемы переходят в режим ретрансляции, т.е. кодирования уходящей информации и
декодирования приходящей. Компьютер может дать сигнал на отключение; кроме того,
связь может быть нарушена, тогда модем сообщит, что соединения больше нет. В этом
случае вычислительная машина либо дает команду на повторное соединение, либо
прекращает работу с каналом связи. Основной характеристикой модема является набор
поддерживаемых протоколов модуляции и демодуляции данных. Каждый поддерживаемый
протокол позволяет модему вести передачу в некотором диапазоне скоростей; чем больше
протоколов поддерживает модем, тем лучше он может настроиться на конкретную
ситуацию при установке соединения, в зависимости от качества линии и характеристик

82. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
модема на противоположном конце. Максимальная скорость, указываемая в технической
характеристике модема, может вообще не достигаться в зависимости от вида
поддерживаемых протоколов и качества телефонных линий. Максимальная декларируемая
на данный момент скорость работы модемов - 56 Кбит/с. Она достигается на
"полуцифровых" модемах. Для установки полуцифровой связи необходимо, чтобы все
используемые телефонные станции были цифровыми (то есть преобразовали аналоговый
сигнал абонентских телефонов в цифровой для обработки и передачи по каналам связи),
были бы соединены между собой цифровыми каналами, а на одном конце линии стоял бы
специальный "серверный" модем, подключенный к своей телефонной станции не обычным
аналоговым, а специально проведенным цифровым каналом (и цифровой канал, и
серверный модем стоят значительно дороже обычной телефонной линии и аналогового
оборудования). При такой схеме, когда аналоговым является только один провод от одного
из модемов до его ближайшей АТС, аналоговый модем может принимать данные на
высоких скоростях. Заметим, что увеличивается только скорость приема данных, передача
же в любом случае будет не быстрее 33.6 Кбит/с.
Для работы с модемами используются специальные программы. Как правило, они
сообщают следующие параметры установленного соединения: скорость (в битах в секунду,
такую единицу измерения скорости передачи информации иногда называют бод), протокол
передачи данных, протокол коррекции ошибок.
5.1 Классификация вычислительных сетей
Основные понятия и определения
Сетью ЭВМ или вычислительной сетью (ВС) принято называть совокупность
взаимодействующих станций, организованных на базе компьютеров (в том числе и
персональных), называемых узлами сети (УС). Узлы связи взаимодействуют между собой
посредством каналов передачи данных (КПД), образующих среду передачи данных (СПД).
Каждый УС может осуществлять обработку информации в автономном режиме
и обмениваться информационными сообщениями с другими УС.
Сетевые операции регулируются набором правил и соглашений (называемых сетевым
протоколом), который определяет: типы разъемов и кабелей, виды сигналов, форматы данных,
алгоритмы работы сетевых интерфейсов, способы контроля и исправления
ошибок, взаимодействие прикладных процессов и др.
К настоящему времени разработано значительное число разновидностей организационного и
архитектурного построения ВС. Их классификацию можно осуществить по следующим
критериям:
1) по масштабу — локальные и глобальные;
2) по способу организации — централизованные и децентрализованные;
3) по топологии (конфигурации) — звездообразные, кольцевые, шинные, смешанные.
Локальные ВС (ЛВС) — сети, узлы которых располагаются на небольших расстояниях друг от
друга (в различных помещениях одного и того же здания, в различных зданиях, расположенных
на одной и той же территории).
В глобальных ВС (ГВС) узлы сети расположены на значительных расстояниях друг от друга
(в различных частях крупного города, в удаленных друг от друга населенных пунктах, в
различных регионах страны и даже в различных странах).

83. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Централизованные ВС — сети, в которых предусмотрен главный узел, через который
осуществляются все обмены информацией и который осуществляет управление всеми
процессами взаимодействия узлов.
Децентрализованные ВС — сети с относительно равноправными узлами, управление доступом
к каналам передачи данных в этих сетях распределено между узлами.
Конфигурации вычислительных сетей
Существует четыре разновидности конфигурации ВС: звездообразная, кольцевая, шинная и
комбинированная. Отличительные их признаки состоят в следующем.
Звездообразнаяконфигурация.
В сети предусматривается центральный узел (ЦУС), через который
передаются все сообщения. Такие сети появились раньше других,
когда на базе большой центральной ЭВМ создавалась развитая
сеть удаленных терминалов пользователей.
Каждый компьютер подключается отдельным кабелем к
специальному центральному устройству- концентратору, или хабу,
которые обеспечивают передачу данных между машинами.
(Слово "hub" в переводе с английского означает что-то
вроде "центр внимания"). Такая сеть более устойчива к
неисправностям кабельной системы - при обрыве кабеля от сети отключается лишь одна
машина, а остальные сохраняют возможность обмена данными - но схема сети становится
сложнее, к каждому компьютеру следует протягивать отдельный кабель, появляется
дополнительное устройство - сетевой концентратор, сеть становится дороже.
Недостатки звездообразных сетей:
1) полная зависимость надежности функционирования сети от надежности концентратора,
выход из строя которого однозначно ведет к выходу из строя всей сети;
2) сложность концентратора, на который возложены практически все сетевые функции.
Кольцевая конфигурация. В кольцевой сети не выделяется узел, управляющий передачей
сообщений, их передача осуществляется в одном направлении
через специальные повторители, к которым подключаются все
узлы сети. кольцевая топология используется там, где необходима
высокая надежность связи.
Оборудование для кольцевого соединения стоит очень дорого, но зато
такая схема - особенно при использовании двойного кольца -
абсолютно устойчива к неисправностям кабельной системы. При
обрыве любого кабеля данные будут доставлены по обходному
маршруту.
Достоинства кольцевых ВС:
1) отсутствие зависимости сети от функционирования отдельных
ее узлов, причем отключение какого-либо узла не нарушает работу сети;
2) легкая идентификация неисправных узлов и возможность осуществления
реконфигурации сети в случае сбоя или неисправности.
Недостатки:
1) надежность сети полностью зависит от надежности кабельной системы, поскольку
неисправность этой системы в каком-либо одном месте полностью выводит из строя всю
сеть;
2) усложняется решение задач защиты информации, поскольку сообщения при передаче
проходят через все узлы сети.

84. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Шинная структура. Шина — это незамкнутая в кольцо среда
передачи данных. Для нее используется один длинный кабель,
проходящий от первой машины ко второй, затем к третьей и так далее
до последней. Все компьютеры оказываются "нанизанными" на один
сетевой кабель - общую шину сети. Так как все принимающие узлы
получают передаваемые сообщения практически одновременно,
то особое внимание должно обращаться на управление доступом
к среде передачи. Типичный пример шины - сеть Ethernet на
коаксиальном кабеле.
Достоинства шинной структуры:
1) простота организации, особенно при создании ЛВС;
2) легкость подключения новых узлов;
Основные недостатки:
1) пассивность среды передачи, в силу чего необходимо усиление сигналов, затухающих в
среде;
2) усложнение решения задач защиты информации;
3) при увеличении числа УС растет опасность насыщения среды передачи, что ведет к
снижению пропускной способности.
Комбинированные сети, как это следует из самого названия, организуются путем
объединения отдельных фрагментов сети с различной топологией в общую сеть.
На основе даже такого беглого рассмотрения возможных структур ВС нетрудно заключить,
что для тех объектов (предприятий, учреждений, других организаций), в которых регулярно
обрабатываются значительные объемы подлежащей защите информации, наиболее
целесообразной будет комбинированная структура ВС. Например, для обработки
конфиденциальной информации может быть создана самостоятельная подсеть,
организованная по звездообразной схеме, а для обработки общедоступной — подсеть,
организованная по шинной схеме, причем концентратор первой подсистемы может быть
подсоединен к общей шине второй подсистемы в качестве ее полноправного узла.
Аппаратные средства для объединения компьютеров в сеть
Кабели (кабельные системы). В настоящее время для создания физической среды
передачи данных преимущественно используются три типа кабелей: витая пара,
коаксиальный и оптоволоконный кабель.
Отличаются физическим устройством, а, следовательно, и скоростью передачи
информации (скорость передачи информации - это количество информации, передаваемое
в единицу времени; когда говорят о скорости передачи информации физических устройств,
имеется в виду максимальная скорость, с которой они могут передавать информацию,
реальная же скорость будет зависеть от многих других причин).
Витая пара представляет собой восемь
изолированных проводников,
реально используются, как правило, только
четыре, из которых одна пара используется
для передачи сигнала, а вторая для приема; в
качестве сигнала передаются импульсы
электрического тока; скорость передачи
данных может быть 10 Мбит/с, 100 Мбит/с
или 1 Гбит (зависит от использованного сетевого оборудования).
Такие кабели используются давно в телефонной связи. Они обеспечивают надежную
передачу данных на небольших расстояниях передачи (несколько

85. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
десяткой метров). Поэтому их целесообразно использовать в компактных ВС с
небольшими потоками данных.
Существуют две разновидности кабелей рассматриваемого типа: неэкранированные и
экранированные, причем в экранированных кабелях гасятся побочные электромагнитные
излучения, поэтому они защищены от перехвата передаваемой информации путем не-
контактного подсоединения.
Коаксиальный кабель содержит два проводника: один
служит для передачи сигналов, второй — для заземления.
Роль заземления всегда играет внешний цилиндрический
проводник. Пространство между проводниками заполнено
изоляционным материалом.
Коаксиальный кабель способен передавать
широкополосные сигналы, т. е. одновременно много
сигналов, каждый на своей частоте, что обеспечивает
высокую скорость передачи данных. Кроме того,
коаксиальные кабели отличаются высокой
помехоустойчивостью.Промышленностью выпускаются стандартный (толстый) и дешевый
(тонкий) коаксиальный кабели. Толстый кабель отличается повышенной
помехоустойчивостью и малым затуханием передаваемых сигналов, однако для его
подключения необходимы специальные разъемы — соединения. Тонкий кабель уступает
толстому по помехоустойчивости и степени затухания сигнала, но он подключается к
стандартным разъемам — соединениям. Кроме
того, названные разновидности кабеля отличаются
максимальной длиной между узлами сети: толстый
— до 2500 м, тонкий — до 925 м.
Оптоволоконный кабель - световод или два
световода, сигналом являются световые импульсы,
скорость передачи информации - более 2 Гбит/с.
По
оптоволоконному кабелю можно осуществлять
параллельную передачу информации на
различных световых частотах, что позволяет
решить все проблемы создания эффективной
среды передачи данных с
высокой скоростью передачи (до 50 Мбит/с),
отсутствием потерь при передаче, практически
полной невосприимчивостью к помехам, отсутствием ограничений на расстояние передачи
и полосу пропускания. Недостатки его заключаются в сложности установки и диагностики,
а также высокой стоимости.
Рабочая станция (workstation) – подключенный к сети компьютер, через который
пользователь получает доступ к ее ресурсам. Часто рабочую станцию (пользователя сети или
прикладную задачу, выполняемую в сети) называют клиентом сети.
Сервер – это выделенный для обработки запросов от всех рабочих станций сети
многопользовательский компьютер, предоставляющий рабочим станциям доступ к общим
системным ресурсам (вычислительным мощностям, база данных, библиотекам программ,
принтерам, факсам) и распределяющий эти ресурсы. Из наиболее важных требований,

86. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
предъявляемых к серверу, следует выделить высокую производительность и надежность
работы. Примеры специализированных серверов:
1. файл-сервер предназначен для работы с базами данных, имеет объемные
дисковые запоминающие устройства;
2. сервер резервного копирования выполняет ежедневное автоматическое
архивирование информации от серверов и рабочих станций;
3. факс-сервер – выделенная рабочая станция для организации эффективной
факсимильной связи;
4. почтовый сервер – выделенная рабочая станция для организации
электронной корреспонденции;
5. сервер печати – предназначен для эффективного использования системных
принтеров;
6. прокси-сервер – популярное средство для подключения локальных
корпоративных сетей к сети Интернет.
5.2 Основные топологические структуры локальных вычислительных сетей.
Все компьютеры в локальной сети соединены линиями связи. Геометрическое
расположение линий связи относительно узлов сети и физическое подключение узлов к
сети называется физической топологией.
В зависимости от топологии различают сети: шинной, кольцевой, звездной,
иерархической и произвольной структуры. Различают физическую и логическую
топологию. Логическая и физическая топологии сети независимы друг от друга.
Физическая топология - это геометрия построения сети, а логическая топология определяет
направления потоков данных между узлами сети и способы передачи данных. В настоящее
время в локальных сетях используются следующие физические топологии:
физическая "шина" (bus);
физическая “звезда” (star);
физическое “кольцо” (ring);
физическая "звезда" и логическое "кольцо" (Token Ring).
Шинная топология
Сети с шинной топологией используют линейный моноканал (коаксиальный кабель)
передачи данных, на концах которого устанавливаются оконечные сопротивления
(терминаторы). Каждый компьютер подключается к коаксиальному кабелю с помощью Т-
разъема (Т - коннектор). Данные от передающего узла сети передаются по шине в обе
стороны, отражаясь от оконечных терминаторов. Терминаторы предотвращают отражение
сигналов, т.е. используются для гашения сигналов, которые достигают концов канала
передачи данных. Таким образом, информация поступает на все узлы, но принимается
только тем узлом, которому она предназначается. В топологии логическая шина среда
передачи данных используются совместно и одновременно всеми ПК сети, а сигналы от ПК
распространяются одновременно во все направления по среде передачи. Так как передача
сигналов в топологии физическая шина является широковещательной, т.е. сигналы
распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной
локальной сети является логической шиной.

87. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой Ethernet (классы 10Base-
5 и 10Base-2 для толстого и тонкого коаксиального кабеля соответственно).
Топология типа “звезда”
В сети построенной по топологии типа “звезда” каждая рабочая станция подсоединяется
кабелем (витой парой) к концентратору или хабу (hub). Концентратор обеспечивает
параллельное соединение ПК и, таким образом, все компьютеры, подключенные к сети,
могут общаться друг с другом.
Данные от передающей станции сети передаются через хаб по всем линиям связи всем ПК.
Информация поступает на все рабочие станции, но принимается только теми станциями,
которым она предназначается. Так как передача сигналов в топологии физическая звезда
является широковещательной, т.е. сигналы от ПК распространяются одновременно во все
направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной.
Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой 10Base-T Ethernet.
Топология “кольцо”
В сети с топологией кольцо все узлы соединены каналами связи в неразрывное кольцо
(необязательно окружность), по которому передаются данные. Выход одного ПК
соединяется со входом другого ПК. Начав движение из одной точки, данные, в конечном
счете, попадают на его начало. Данные в кольце всегда движутся в одном и том же
направлении.

88. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Принимающая рабочая станция распознает и получает только адресованное ей сообщение.
В сети с топологией типа физическое кольцо используется маркерный доступ, который
предоставляет станции право на использование кольца в определенном порядке.
Логическая топология данной сети логическое кольцо. Данную сеть очень легко создавать
и настраивать. К основному недостатку сетей топологии кольцо является то, что
повреждение линии связи в одном месте или отказ ПК приводит к неработоспособности
всей сети. Как правило, в чистом виде топология “кольцо” не применяется из-за своей
ненадёжности, поэтому на практике применяются различные модификации кольцевой
топологии.
Топология Token Ring
Эта топология основана на топологии "физическое кольцо с подключением типа звезда". В
данной топологии все рабочие станции подключаются к центральному концентратору
(Token Ring) как в топологии физическая звезда. Центральный концентратор - это
интеллектуальное устройство, которое с помощью перемычек обеспечивает
последовательное соединение выхода одной станции со входом другой станции. Другими
словами с помощью концентратора каждая станция соединяется только с двумя другими
станциями (предыдущей и последующей станциями). Таким образом, рабочие станции
связаны петлей кабеля, по которой пакеты данных передаются от одной станции к другой
и каждая станция ретранслирует эти посланные пакеты. В каждой рабочей станции имеется
для этого приемо-передающее устройство, которое позволяет управлять прохождением
данных в сети. Физически такая сеть построена по типу топологии “звезда”. Концентратор
создаёт первичное (основное) и резервное кольца. Если в основном кольце произойдёт
обрыв, то его можно обойти, воспользовавшись резервным кольцом, так как используется
четырёхжильный кабель. Отказ станции или обрыв линии связи рабочей станции не вличет
за собой отказ сети как в топологии кольцо, потому что концентратор отключет
неисправную станцию и замкнет кольцо передачи данных.

89. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
В архитектуре Token Ring маркер передаётся от узла к узлу по логическому кольцу,
созданному центральным концентратором. Такая маркерная передача осуществляется в
фиксированном направлении (направление движения маркера и пакетов данных
представлено на рисунке стрелками синего цвета). Станция, обладающая маркером, может
отправить данные другой станции. Для передачи данных рабочие станции должны сначала
дождаться прихода свободного маркера. В маркере содержится адрес станции, пославшей
этот маркер, а также адрес той станции, которой он предназначается. После этого
отправитель передает маркер следующей в сети станции для того, чтобы и та могла
отправить свои данные. Один из узлов сети (обычно для этого используется файл-сервер)
создаёт маркер, который отправляется в кольцо сети. Такой узел выступает в качестве
активного монитора, который следит за тем, чтобы маркер не был утерян или разрушен.
Топология
сети
Достоинства Недостатки
Шинная
топология
 простота архитектуры
сети;
 простота расширения;
 простота в управлении;
 минимальный расход
кабеля;
 отсутствие
необходимости
централизованного
управления;
 выход из строя одного
ПК не нарушит работу
других.
 кабель, соединяющий все станции
– один, следовательно «общаться»
ПК могут только «по очереди;
 затруднен поиск неисправностей
кабеля, при его разрыве
нарушается работа всей сети.
Топология  выход из строя одной  требуется большое количество

90. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
«Звезда» станции или кабеля не
повлияет на работу
других
кабеля;
 надежность и производительность
определяется центральным узлом,
который может не справится с
потоком информации (поэтому
часто это оборудование
дублируется).
Кольцевая
топология
 низкая стоимость;
 высокая эффективность
использования
моноканала;
 простота расширения;
 простота в управлении.
 в случае выхода из строя хотя бы
одного компьютера вся сеть
парализуется;
 на каждой рабочей станции
необходим буфер для
промежуточного хранения
передаваемой информации, что
замедляет передачу данных;
 подключение новой станции
требует отключения сети.
Древовидная
топология
 высокая эффективность
использования;
 выход из строя одной
станции или кабеля не
повлияет на работу
других.
 экономия рабочего
времени.
 требуется большое количество
кабеля;
 надежность и производительность
определяется центральным узлом;
5.3 Беспроводная передача информации
Беспроводные технологии служат для передачи информации на расстояние между
двумя и более точками, не требуя связи их проводами. Для передачи информации может
использоваться инфракрасное излучение, радиоволны, оптическое или лазерное
излучение.
В настоящее время существует множество беспроводных технологий, наиболее часто
известных пользователям по их маркетинговым названиям, таким как Wi-Fi, WiMAX,
Bluetooth. Каждая технология обладает определёнными характеристиками, которые
определяют её область применения. Существуют различные подходы к классификации
беспроводных технологий.
Классификация по дальности действия:
 Беспроводные персональные сети WPAN (Wireless Personal Area
Networks). К этим сетям относятся Bluetooth.
 Беспроводные локальные сети WLAN (Wireless Local Area Networks). К
этим сетям относятся сети стандарта Wi-Fi.
 Беспроводные сети масштаба города WMAN (Wireless Metropolitan Area
Networks). Примеры технологий - WiMAX.

91. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Классификация по применению:
 Корпоративные (ведомственные) беспроводные сети — создаваемые
компаниями для собственных нужд.
 Операторские беспроводные сети — создаваемые операторами связи для
возмездного оказания услуг.
Кратким, но ёмким способом классификации может служить одновременное
отображение двух наиболее существенных характеристик беспроводных технологий на
двух осях: максимальная скорость передачи информации и максимальное расстояние.
Краткий обзор самых популярных технологий беспроводной передачи данных
Wi-Fi
Wi-Fi разработан консорциумом Wi-Fi Alliance на базе стандартов IEEE 802.11, «Wi-Fi»
—торговая марка «Wi-Fi Alliance». Название технологии-Wireless-Fidelity
(«беспроводная точность») по аналогии с Hi-Fi.
В начале использования установка Wireless LAN рекомендовалась там, где
развертывание кабельной системы было невозможно или экономически
нецелесообразно. В настоящий момент во многих организациях используется Wi-Fi, так
как при определенных условиях скорость работы сети уже превышает 100 Мбит/сек.
Пользователи могут перемещаться между точками доступа по территории покрытия сети
Wi-Fi.
Мобильные устройства (КПК, смартфоны, PSP и ноутбуки), оснащенные клиентскими
Wi-Fi приёмо-передающими устройствами, могут подключаться к локальной сети и
получать доступ в Интернет через точки доступа или хот-споты.
История
Wi-Fi был создан в 1991 году NCR Corporation/AT&T (впоследствии — Lucent
Technologies и Agere Systems) в Ньивегейн, Нидерланды. Продукты, предназначавшиеся
изначально для систем кассового обслуживания, были выведены на рынок под маркой
WaveLAN и обеспечивали скорость передачи данных от 1 до 2 Мбит/с. Создатель Wi-Fi
— Вик Хейз (Vic Hayes) работал в команде, участвовавшей в разработке стандартов IEEE
802.11b, IEEE_802.11a и IEEE_802.11g. Стандарт IEEE 802.11n был утверждён 11
сентября 2009 года. Его применение позволяет повысить скорость передачи данных
практически вчетверо по сравнению с устройствами стандартов 802.11g (максимальная
скорость которых равна 54 МБит/с), при условии использования в режиме 802.11n с
другими устройствами 802.11n. Теоретически 802.11n способен обеспечить скорость
передачи данных до 480 Мбит/с.
Bluetooth
Bluetooth - производственная спецификация беспроводных персональных сетей
(англ. Wireless personal area network, WPAN).
Спецификация Bluetooth была разработана группой Bluetooth Special Interest Group,
которая была основана в 1998 году. В неё вошли компании Ericsson, IBM, Intel, Toshiba
и Nokia. Впоследствии Bluetooth SIG и IEEE достигли соглашения, на основе которого
спецификация Bluetooth стала частью стандарта IEEE 802.15.1 (дата опубликования —
14 июня 2002 года). Работы по созданию Bluetooth компания Ericsson Mobile
Communication начала в 1994 году. Первоначально эта технология была приспособлена
под потребности системы FLYWAY в функциональном интерфейсе между
путешественниками и системой.
Радиус действия Bluetooth может достигать 100 метров.
WiMAX

92. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access)—
телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления
универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра
устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов).
Технология разработана на основе стандарта IEEE 802.16, который также называют
Wireless MAN.
Область использования
WiMAX разработан для решения следующих задач:
· Соединение точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими сегментами Интернета.
· Обеспечение беспроводного широкополосного доступа как альтернативы выделенным
линиям и DSL.
· Предоставление высокоскоростных сервисов передачи данных и
телекоммуникационных услуг.
 Создание точек доступа, не привязанных к географическому положению.
WiMAX позволяет осуществлять доступ в Интернет на высоких скоростях, с гораздо
большим покрытием, чем у Wi-Fi сетей. Это позволяет использовать технологию в
качестве «магистральных каналов», продолжением которых выступают традиционные
DSL- и выделенные линии, а также локальные сети. В результате подобный подход
позволяет создавать масштабируемые высокоскоростные сети в рамках целых городов.
Спецификации стандартов WiMAX
IEEE 802.16-2004 (известен также как 802.16d или фиксированный WiMAX).
Спецификация утверждена в 2004 году. Поддерживает фиксированный доступ в зонах с
наличием либо отсутствием прямой видимости. Пользовательские устройства:
стационарные модемы для установки вне и внутри помещений, а также PCMCIA-карты
для ноутбуков. В большинстве стран под эту технологию отведены диапазоны 3,5 и 5
ГГц. По сведениям WiMAX Forum, насчитывается уже порядка 175 внедрений
фиксированной версии. Многие аналитики видят в ней конкурирующую или
взаимодополняющую технологию проводного широкополосного доступа DSL.
IEEE 802.16-2005 (известен также как 802.16e и мобильный WiMAX). Спецификация
утверждена в 2005 году и оптимизирована для поддержки мобильных пользователей и
поддерживает ряд специфических функций, таких как хэндовер(англ.), idle mode и
роуминг. Планируемые частотные диапазоны для сетей Mobile WiMAX таковы: 2,3-2,5;
2,5-2,7; 3,4-3,8 ГГц. В мире реализованы несколько пилотных проектов, в том числе
первым в России свою сеть развернул «Скартел». Конкурентами 802.16e являются все
мобильные технологии третьего поколения (например, EV-DO, HSDPA).
Основное различие двух технологий состоит в том, что фиксированный WiMAX
позволяет обслуживать только «статичных» абонентов, а мобильный ориентирован на
работу с пользователями, передвигающимися со скоростью до 120 км/ч. Мобильность
означает наличие функций роуминга и «бесшовного» переключения между базовыми
станциями при передвижении абонента (как происходит в сетях сотовой связи). В
частном случае мобильный WiMAX может применяться и для обслуживания
фиксированных пользователей.
5.4 Основные компоненты сети
Типичная сеть состоит из целого ряда компонентов, имеющих решающее значение. В
этом разделе вкратце рассматриваются основные составляющие сетевого оборудования, их
функции, а также способы обеспечения с их помощью надежной работы сети. Сетевая
интерфейсная плата Network Interface Card (NIC – сетевая интерфейсная плата, сетевой
адаптер) – плата, устанавливаемая в ПК и обеспечивающая связь между ПК в локальной
сети и за ее пределами. Пользовательский ПК подключается к сети непосредственно с

93. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
помощью сетевой интерфейсной платы (NIC – Network Interface Card). Эта плата
устанавливается в соответствующее гнездо внутри ПК, а к сети она присоединяется
помощью кабеля, другой конец которого подключается к настенной розетке либо
непосредственно к концентратору или коммутатору при наличии небольшой сети (о чем
речь пойдет далее). Еще один кабель обычно протянут от концентратора к другому ПК,
образуя таким образом сетевое соединение.
Концентраторы и коммутаторы.
Hub (концентратор) – устройство, соединяющее несколько ПК в одной точке сети.
Концентратор (hub) представляет собой устройство, действующее на физическом уровне
эталонной модели OSI и соединяющее несколько ПК в одной точке сети подобно дороге с
односторонним движением. Концентраторы выполняют функцию линии связи
коллективного пользования.
Существуют три следующих типа концентраторов:
• Пассивные (passive) концентраторы, которые не потребляют энергию и действуют лишь в
качестве физической точки соединения ПК с локальной сетью.
• Активные (active) концентраторы, которым требуется дополнительная энергия для
усиления проходящих через них сигналов с целью последующей передачи этих сигналов.
• Интеллектуальные (intelligent) концентраторы, в которые встроены программируемые
свойства коммутации пакетов, маршрутизации трафика и т.д.
switch (коммутатор) – оборудование, обеспечивающее непосредственное подключение к
конкретному ПК. В отличие от концентраторов, коммутаторы (switches) действуют подобно
автостраде с несколькими полосами движения, что означает отсутствие перегруженности
трафика. Кроме того, в противоположность концентраторам, где все ПК одновременно
используют сеть, коммутатор обеспечивает прямое соединение с конкретным ПК. В связи
с этим концентраторы постепенно уступают место более эффективным коммутаторам.
В настоящее время наметилась тенденция применять коммутаторы практически на каждом
уровне стека протоколов OSI. Когда же действительно следует применять коммутатор?
Ответ на этот вопрос отнюдь не всегда оказывается простым, поэтому здесь предпринята
попытка проанализировать типы имеющихся на рынке коммутаторов и их применение.
Коммутаторы общего назначений. применяются, начиная со дна стека протоколов, т.е. с
первого (или физического) уровня эталонной модели OSL. Такие коммутаторы
приобретают, как правило, ISP, которым действительно приходится иметь дело с большими
объемами передаваемых данных.
На следующем, втором (или канальном) уровне применяются традиционные коммутаторы,
причем, как правило, для увеличения имеющейся пропускной способности. В этом
отношении коммутаторы почти всегда предпочтительнее концентраторов.
На третьем (или сетевом уровне) коммутаторы следует использовать на любых крупных
предприятиях, где требуется маршрутизация данных между сетями Ethernet. По существу,
такие коммутаторы выполняют функции маршрутизаторов и работают на предельных
скоростях передачи данных по проводным линиям связи. Специализированные устройства.
На четвертом (или канальном) уровне применение коммутаторов быстро теряет
актуальность, тем не менее они выполняют полезные функции на этом уровне в
современных сетях. На седьмом (или прикладном) уровне коммутаторы (которые еще
называются Web-коммутаторами) быстро становятся оплотом сетевой экономики. Такие
коммутаторы пересылают запросы в зависимости от URL, указанного в получаемых
пакетах. Коммутаторы седьмого уровня необходимы практически всем: от поставщиков
сетевых услуг до интерактивных компаний любого масштаба.
5.5 Основные компоненты сети: кабельная система, конвекторы, сетевые карты.

94. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Структурированная кабельная система (СКС) - это универсальная кабельная система
здания, группы зданий, предназначенная для использования достаточно длительный период
времени без реструктуризации, СКС подразумевает замену собой всей кабельной системы
и систем здания / зданий..
Универсальность СКС подразумевает использование ее для различных систем:
 компьютерная сеть;
 телефонная сеть;
 охранная система;
 пожарная сигнализация
 прочие.
Такая кабельная система независима от оконечного оборудования, что позволяет создать
гибкую коммуникационную инфраструктуру предприятия. Структурированная кабельная
система - это совокупность пассивного коммуникационного оборудования:
Кабель - этот компонент используется как среда передачи данных СКС. Кабель различают
на экранированный и неэкранированный.
Розетки - этот компонент используют как точки входа в кабельную сеть здания.
Коммутационные панели - используются для администрирования кабельных систем в
коммутационных центрах этажей и здания в целом.
Коммутационные шнуры - используются для подключения офисного оборудования в
кабельную сеть здания, организации структуры кабельной системы в центрах коммутации.
Принцип построения СКС
СКС - охватывает все пространство здания, соединяет все точки средств передачи
информации, такие как компьютеры, телефоны, датчики пожарной и охранной
сигнализации, системы видеонаблюдения и контроля доступа. Все эти средства
обеспечиваются индивидуальной точкой входа в общую систему здания. Линии, отдельные
для каждой информационной розетки, связывают точки входа с коммутационным центром
этажа, образуя горизонтальную кабельную подсистему. Все этажные коммутационные
узлы специальными магистралями объединяются в коммутационном центре здания. Сюда
же подводятся внешние кабельные магистрали для подключения здания к глобальным
информационным ресурсам, таким как телефония, интернет и т.п. Такая топология
позволяет надежно управлять всей системой здания, обеспечивает гибкость и простоту
системы, а так же ее унифицируемость.

95. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
1 - Оргтехника - компьютер, телефон, факс и другое периферийное оборудование.
2 - Кабельная проводка -прокладывается по закладным каналам внутри стен, по
декоративным кабельным коробам внутри помещений, по лоткам за фальш-потолками или
под фальш-полами.
3 - Коммутационный узел - предназначен для монтажа и использования коммутационного
оборудования кабельной системы, для централизации внешних и внутренних кабельных
входов, для соединения кабельной системы с активным сетевым или иным оборудованием.
4 - Вертикальная кабельная проводка
5 - Служебные технические средства
Рабочее место - область, где установлены технические средства пользователя,
подключенные к кабельной сети здания. Рабочее место оснащается не менее чем двумя
информационными розетками, так как типичное офисное рабочее место содержит как
минимум компьютер пользователя и его телефон. Для их подключения к СКС используются
розетки со стандартизированным разъемом RJ-45 и коммутационные шнуры длиной от 1 до
5 метров.
Горизонтальная кабельная проводка - кабельные линии, соединяющие рабочее место с
коммутационным узлом этажа. Горизонтальная кабельная проводка, на основе медных
проводников, использует четырехпарный одножильный кабель в различном исполнении. В
обычных условиях применяются неэкранированный, а при повышенных требованиях к
электромагнитному излучению, совместимости или конфиденциальности -
экранированный кабель. В отдельных , особых случаях в качестве горизонтальной
кабельной системы возможно применение оптоволоконного кабеля, обеспечивая

96. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
повышенную защиту от электромагнитного излучения и защиту от несанкционированного
доступа.
Коммутационный узел этажа - область, в которой сходятся линии горизонтальной
кабельной проводки, размещается коммутационное оборудование и осуществляется
администрирование кабельной системы этажа. Под администрированием понимается
внесение изменений и дополнений в существующие конфигурации. Основой таких центров
являются патч и кросс-панели. Для простоты монтажа и удобства работы, коммутационное
оборудование размещают в специальных шкафах и стойках, к которым подводятся все
кабельные линии. Шкафы также выполняют функцию ограничения доступа к
коммутационному оборудованию.
Вертикальная кабельная проводка - кабельные линии, соединяющие коммутационный
узел этажа с коммутационным центром здания.
Магистральная подсистема - подсистема комплекса зданий, которая может строиться из
медного и/или оптоволоконного типов кабеля, и которая объединяет кабельные системы
зданий.
В каждом конкретном здании в общем случае присутствуют три подсистемы СКС:
вертикальная кабельная подсистема, горизонтальная кабельная подсистема и подсистема
рабочих мест. Для достаточно крупных зданий, с большим количеством рабочих мест на
этажах, все эти три подсистемы присутствуют в явном виде. Для относительно небольших
зданий с ограниченным количеством рабочих мест рекомендуется организовывать один
узел коммутации СКС, куда сходится вся горизонтальная кабельная разводка. В этом случае
вертикальная кабельная подсистема может отсутствовать либо носить вырожденный
характер, при котором вертикальная кабельная подсистема представляется совокупностью
коммутационных шнуров, соединяющих порты "этажных" коммутаторов ЛВС
(коммутаторов для подключений рабочих мест) с портами центрального (магистрального)
коммутатора.
Требования при проектировании СКС:
 СКС должна быть спроектирована с избыточностью по количеству
подключений.
 Структурированная кабельная система должна быть выполнена в
соответствии стандартам – международным, европейским, американским. Таким как
ANSI/EIA/TIA 568, ANSI/EIA/TIA 569
 Рабочее место должно иметь, как минимум, один разъем для подключения к
ЛВС и один разъем для подключения к телефонной сети
 Максимальное расстояние горизонтальной проводки не должно превышать
90м;
 Оборудование, использованное для построения СКС, должно
соответствовать, как минимум, пятой категории.
 Каждая линия связи кабельной системы от точки подключения оконечного
оборудования до точки подключения к коммутационной панели должна проити
тестирование на принадлежность, как минимум, к пятой категории.
 СКС должна обеспечивать быструю перекоммутацию линий горизонтальной
проводки и магистрали здания
 Прокладку кабелей в коридорах должна осуществляться за фальшпотолком,
если таковой имеется, а при его отсутствии - в специализированных кабель-каналах
(коробах) или в существующих закладных; в рабочих помещениях подвод кабеля к
рабочим местам производится в кабельканалах.
Сетевой адаптер (NIC : Network Interface Card) - устройство, выполняющее функции
сопряжения ЭВМ с каналами связи; они реализуют ввод-вывод данных с оконечного
оборудования в сеть.

97. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
Сетевые адаптеры (другие названия - сетевые карты, интерфейсные карты, сетевые платы)
имеют передающую и принимающую части, которые в случае поддержки полного дуплекса
должны быть независимы друг от друга.
Функции сетевых адаптеров
Функции передающей части:
 принять от центрального процессора блок данных и адрес назначения;
 сформировать кадр (добавить свой адрес в поле адреса источника, CRC-код и
пр.);
 получить доступ к среде передачи;
 передать кадр;
 в случае обнаружения коллизии повторить передачу;
 сообщить процессору об успехе или невозможности передачи.
Функции приемной части:
 просмотр заголовков всех кадров, проходящих в линии;
 извлечение из линии кадров, адресованных данному узлу;
 помещение кадра в собственный буфер памяти;
 проверка кадра на отсутствие ошибок (проверка по длине кадра, по CRC);
 уведомление центрального процессора о приеме кадра;
 передача кадра из локального буфера адаптера в системную память.
Архитектура сетевых адаптеров
Обязательные узлы адаптеров:
 физический интерфейс подключения к среде передачи и схемы организации
доступа к среде передачи;
 буферная память для передаваемых и принимаемых кадров;
 схема прерываний для уведомления центрального процессора об
асинхронных событиях (таких, как завершение передачи, прием кадра);
 средства доставки кадра между буфером кадров и системной памятью;
 устройство управления, реализующее логику работы адаптера.
Дополнительные узлы адаптеров:
 микросхема ПЗУ удаленной загрузки:
на плате адаптера может располагаться микросхема постоянного запоминающего
устройства (так же называемая Boot ROM) для создания т.н. бездисковых рабочих
станций. Это компьютеры, в которых нет ни винчестера, ни флоппи-дисководов.
Загрузка операционной системы выполняется из сети, и выполняет ее программа,
записанная в микросхеме дистанционной загрузки;
 средства "пробуждения" по сети;
 собственный процессор.
Факторы, влияющие на скорость обмена данными
Скорость обмена данными по сети зависит от нескольких факторов:
1. от скорости передачи данных между локальной памятью адаптера и
системной памятью;
2. от возможности параллельного выполнения нескольких операций;
Скорость передачи данных между локальной памятью адаптера и системной памятью, в
свою очередь, зависит от средств "доставки". Существуют различные средства "доставки"
данных между локальным буфером и системной памятью:
 каналы прямого доступа к памяти (DMA) - это довольно медленная
транспортировка данных;
 программный ввод/вывод (PIO) - данное средство действует более быстро, но
полностью загружает центральный процессор на время передачи;

98. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
 прямое управление шиной - это средство наиболее эффективно при наличии
собственного процессора (не загружается центральный процессор, что особенно
важно для серверов).
Классификация адаптеров
Адаптеры можно подразделить на адаптеры для рабочих станций и адаптеры для серверов.
Адаптеры для рабочих станций проще и дешевле, скорость - до 100 Мбит/с, полный
дуплекс используется редко. Распространены двухскоростные адаптеры: 10/100 Мбит/с.
Часто имеют функцию "пробуждения по сети" (remote wake up).
Адаптеры для серверов наделяются интеллектом для прямого управления шиной и
параллельной работы узлов адаптера. Выполняют некоторые задачи управления трафиком.
Типовая скорость - 100 Мбит/с.
Разъемы адаптеров
Адаптеры могут иметь по нескольку (обычно не более 2) разъемов:
 BNC - байонетный разъем для коаксиального кабеля;
 AUI - розетка для подключения внешнего адаптера (трансивера);
 RJ-45 - восьмиконтактное гнездо для подключения кабеля "витая пара";
 SC - оптический разъем для подключения оптоволоконного кабеля.
При наличии нескольких разъемов одновременно они использоваться не могут.
Многопортовые серверные карты имеют несколько независимых адаптеров, каждый - со
своим интерфейсом.
BNC-разъем предназначен для подключения Т-коннектора (тройниковый соединитель). Т-
коннектор с одной стороны подключается к сетевому адаптеру, а с двух других сторон к
нему подключаются отрезки тонкого коаксиального кабеля с соответствующими разъемами
на концах.
На открытых концах сети помещаются специальные заглушки - терминаторы, которые
подключаются к свободным конца Т-коннекторов (коаксиальные разъемы, в корпусе
которых установлен резистор с сопротивлением 50 Ом). Корпус одного из терминаторов
должен быть заземлен. В каждом сегменте сети можно соединять только один терминатор.
AUI-розетка предназначена для подключения трансиверного кабеля. Этот многожильный
экранированный кабель соединяет рабочую станцию с устройством, называемым
трансивером. Трансивер служит для подключения рабочей станции к толстому
коаксиальном кабелю. На корпусе трансивера имеется 3 разъема: два - для подключения
толстого коаксиального кабеля и один - для подключения трансиверного кабеля.
Между собой трансиверы соединяются отрезками толстого коаксиального кабеля с
припаянными к их концам коаксиальными разъемами.
Системные ресурсы
Сетевые карты потребляют следующие системные ресурсы компьютера:
 Пространство ввода-вывода -
используется для обращения к регистрам адаптера при инициализации, текущем
управлении, опросе состояния, передаче данных.
 Запрос прерывания -
это одна линия (IRQ 3, 5, 7, 9, 10, 11, 12 или 15), активизируемая по приему кадра,
адресованного данному узлу, а также по окончании передачи кадра. Прерывания -
самый дефицитный ресурс ПК, из-за него часто возникают конфликты. Без
прерываний сетевые карты работать не могут, при некорректном назначении
обращения к сети - "зависают". Используемый номер прерывания должен быть с
помощью CMOS Setup компьютера закреплен за шиной, на которой установлен
адаптер.

99. Ф. 28 СМК АГПК СТП 11 Издание 1
 Канал прямого доступа к памяти (DMA) -
используется в некоторых старых картах ISA/EISA.
 Разделяемая память адаптера (adapter RAM) -
буфер для передаваемых и принимаемых кадров. Для карт ISA обычно
приписывается к области верхней памяти (UMA). Карты PCI могут располагаться в
любом месте адресного пространства, не занятого оперативной памятью
компьютера. Разделяемую память используют не все модели карт.
 Постоянная память адаптера (adapter ROM) -
область адресов для модулей расширения ROM BIOS. Используется для установки
ПЗУ удаленной загрузки и антивирусной защиты.
Конфигурирование
Конфигурирование адаптера - настройка на использование системных ресурсов
компьютера и выбор среды передачи. Способы конфигурирования зависят от модели карты:
 с помощью переключателей (джамперов), установленных на карте.
Используется на адаптерах первых поколений шины ISA;
Если сетевой адаптер не поддерживает стандарт Plug&Play, то, перед тем как
вставить сетевой адаптер в материнскую плату компьютера, необходимо с помощью
переключателей, расположенных на плате адаптера задать правильные значения для
портов ввода/вывода, канала прерывания, базовый адрес ПЗУ дистанционной
загрузки бездисковой станции.
 с помощью специальных утилит - для карт на шинах ISA, EISA, MCA;
 автоматическое конфигурирование - P&P для шин ISA и PCI. Распределение
ресурсов осуществляется на этапе загрузки ОС.