Преобразование непрерывных сообщений в дискретные

4.Преобразование цифровых сообщений в дискретные и аналоговые

Нередко в ходе информационного процесса получатель информации для адекватного ее восприятия должен иметь сообщение в той форме, в какой оно было на стороне источника. Пример: передача звукового сообщения. Если, например, в ходе передачи непрерывное сообщение было преобразовано в цифровое, то при приеме необходимо осуществить обратное преобразование - из цифрового в непрерывное.

Суть процесса преобразования цифрового сообщения в непрерывное показана на рисунке.

Преобразование происходит в 2 этапа. На первом этапе по данным цифрового сообщения восстанавливаются отсчеты дискретного сообщения. На втором этапе по отсчетам производится построение аппроксимирующей кривой - непрерывного сообщения.

Еще раз можно повторить, что исходное сообщение будет восстановлено тем точнее, чем меньше интервал дискретизации (больше частота) и больше уровней квантования (меньше шаг квантования).

Устройства, преобразующие цифровые сообщения в непрерывные (аналоговые) называются цифро-аналоговыми преобразователями (ЦАП).

Адрес ячейки памяти - это ее номер.

Устройства памяти, подключаемые к ядру, называются внешними запоминающими устройствами(ВнЗУ).

Отличительные особенности ВнЗУ:

· они энергонезависимы, т.е. при отключении питания данные в них сохраняются;

· они имеют относительно большой (по сравнению с ОЗУ) объем памяти;

· у них относительно большое (по сравнению с ОЗУ) время доступа к данным. (Ориентировочно разница составляет 2 порядка (около 100 раз), т.е. примерно во столько раз медленнее происходит чтение/запись данных).

Основные типы ВнЗУ:

· накопители на магнитных дисках;

· накопители на оптических дисках;

· флэш-память (или флеш-память, как предпочитают писать некоторые авторы).

                Жесткий диск

Для жесткого диска применяются следующие названия и обозначения:

· Накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД);

· Винчестер;

· Hard Disk Drive (HDD);

· Винт, хард (но это уже жаргон).

     Диск (жаргонное название "блин") изготавливается из немагнитного материала (обычно это алюминиевый сплав), на который наносится магнитное покрытие. Над поверхностью диска перемещается коромысло, на конце которого находится магнитная головка. Вращение диска и поворот коромысла обеспечивают магнитной головке доступ к любой точке рабочей поверхности диска.

Информация на диске записывается на концентрически расположенных дорожках. Дорожки разбиты на сектора. Емкость одного сектора обычно равна 512 байт.

Для увеличения емкости накопителя на одной оси размещают несколько дисков, и чтение/запись осуществляются с помощью блока головок.

Применяемые ныне технологии теоретически позволяют достичь плотности записи примерно 12 Гб/см², т.е. на одном квадратном сантиметре поверхности диска может быть записано до 12-и гигабайт информации. В ближайшее время в продажу должны поступить НЖМД, изготовляемые по технологиям, допускающим, как утверждают их разработчики, плотность записи до 1 Тб/см² (!!!).

На сегодняшний день (2008 г.) типичная емкость НЖМД для ПК - примерно 200 Гб.

Скорость вращения шпинделя в НЖМД современных ПК - 7200 или 10000 об/мин, что обеспечивает скорость чтения/записи (с учетом и других характеристик) примерно 44-110 Мб/с.

Время позиционирования магнитных головок на нужной дорожке - примерно 10 мс (0,01 секунды).

                    Оптические диски

В оптических дисках чтение информации осуществляется с помощью луча лазера (отсюда и название этого типа накопителей).

             Компакт-диски

По-русски их называют "Си-Ди" (CD - Compact Disk).

Информация на компакт-дисках, в отличие от винчестеров, записывается на одной-единственной дорожке, образующей спираль. Данные кодируются путем изменения отражающей способности поверхности диска вдоль дорожки, т.е. физически представляют собой последовательность отражающих и не отражающих участков. Отражение интерпретируется как единица, не отражение - как ноль (так, во всяком случае, принято). Рабочая длина волны лазера - 780 нм (1 нм = 10^-9 м). Объем записываемых данных - около 700 Мб.

Существует несколько разновидностей CD, отличающихся способом записи данных.

· CD-ROM (Compact Disk - Read Only Memory). Буквальный перевод: компакт-диск - память только для чтения). Изготавливается обычно в заводских условиях методом штамповки углублений, называемых питами (pit - углубление), с матрицы. Перезапись такого диска невозможна.

· CD-R (Compact Disk - Recordable). Предназначен только для записи в домашних условиях. Данные записываются с помощью луча лазера, вызывающего изменение оптических свойств материала регистрирующего слоя диска (он перестает пропускать свет). Перезапись данных на такой диск невозможна. Впрочем, этот недостаток обусловливает и его достоинство - сравнительно высокую надежность и долговечность хранения данных.

· CD-RW (Compact Disk - ReWritеabe). Допускает многократную перезапись в домашних условиях. Материал, из которого изготавливается регистрирующий слой, под воздействием луча лазера способен многократно менять (терять и снова восстанавливать) свою прозрачность. CD-RW диски выдерживают до 1000 циклов перезаписи. Но за это приходится расплачиваться - надежность хранения данных значительно ниже по сравнению с дисками CD-R. Особенно опасен для них нагрев. Эти диски просто не предназначены для длительного хранения данных.

        DVD-устройства

Название возникло как аббревиатура Digital Video Disc - цифровой видео диск. Разработка формата DVD была продиктована необходимостью высококачественной записи видеоинформации (попросту говоря - фильмов) длительностью до 2-х часов. Со временем область использования DVD стала значительно шире, и теперь его название-аббревиатуру трактуют как Digital Versatile Disc - цифровой многофункциональный диск.

Физические явления, лежащие в основе функционирования DVD, мало отличаются от используемых в CD. Различия носят в основном технологический характер. Так, например, в DVD используется лазер с длиной волны 650 или 635 нм (против 780 нм в CD). Это значит, что луч лазера "тоньше", а значит, и расстояние между витками спирали информационной дорожки можно сделать меньше, и расстояние между информационными элементами вдоль информационной дорожки тоже можно сделать меньше. С учетом этого и еще целого ряда усовершенствований удалось значительно повысить плотность записи данных и довести стандартную емкость DVD до 4,7 Гб.

Разработаны двухслойные DVD, т.е. содержащие 2 информационных слоя, один из которых (внешний) полупрозрачный, благодаря чему луч лазера может "добраться" до следующего слоя и прочитать с него данные. Емкость двухслойных дисков - 8,5 Гб.

Следующий ход - создание двусторонних дисков, т.е. таких дисков, в которых обе стороны являются информационными. Емкость таких дисков - до 17 Гб.

Так же, как и CD, в заводских условиях DVD изготавливаются методом штамповки. В домашних условиях запись данных производится воздействием луча лазера на материал регистрирующего слоя. Как и для CD, существует 2 вида DVD-дисков: DVD-R и DVD-RW с теми же достоинствами и недостатками.

           Устройство Blu-ray

Это сравнительно новое устройство (привод) для работы с оптическими дисками. В нем используется лазер с синим лучом (отсюда и название: Blue ray - синий луч). Поскольку у синего цвета длина волны меньше, чем у инфракрасного излучения (как в CD) и красного (как в DVD), то и луч лазера "тоньше", и вместе с другими технологическими решениями удается значительно повысить плотность записи. Так однослойный Blu-ray диск имеет емкость 25 Гб, а двухслойный - 50 Гб.

В силу новизны и относительной дороговизны доля этих устройств и носителей в общем объеме продаж пока сравнительно невелика.

Магнитооптические диски

В магнитооптических дисках способ чтения данных - оптический (с помощью луча лазера), а записи - комбинированный (с помощью лазера и намагничивания). Не вникая в тонкости физических процессов, отметим, что используется явление, заключающееся в том, что намагниченные и не намагниченные участки поверхности диска по разному отражают свет, что и позволяет записывать данные. В процессе записи нужные участки поверхности диска точечно прогреваются с помощью луча лазера и намагничиваются с помощью магнита. Кстати, эта особенность обусловливает высокую надежность хранения данных, поскольку для перезаписи, а следовательно, и разрушения данных, необходимо предварительное нагревание диска с последующим перемагничиванием.

В силу относительно высокой стоимости магнитооптические диски широкого применения пока не находят.

Флэш-память

В русскоязычных источниках можно встретить (пока) 2 варианта написания: флэш-память и флеш-память (по-английски: flash). Устройства флэш-памяти часто называют флэш-каратами. Будем использовать вариант "флэш-память" и аббревиатуру "ФП".

ФП состоит из элементарных ячеек, формируемых на поверхности кристалла с помощью микроэлектронных технологий. Главная особенность ячейки ФП - способность сохранять электрический заряд длительное время (до нескольких лет) без энергоподпитки. Величина заряда может быть измерена (это дает возможность читать данные) и изменена (а это возможность записывать данные).

Итак: флэш-память - это твердотельная энергонезависимая перезаписываемая память.

При чтении данных не происходит никаких изменений в структуре вещества ячейки, поэтому количество циклов чтения не ограничено.

При записи (и перезаписи) данных, к сожалению, происходят структурные изменения в ячейке, в результате чего количество циклов записи для одной ячейки ограничено (приводится цифра примерно 10 000 циклов).

В силу небольших размеров и низкого энергопотребления используется в портативных устройствах: цифровых фото- и видеокамерах, мобильных телефонах, аудиоплеерах и др.

Ведутся интенсивные работы по созданию устройств на основе ФП для замены жестких дисков. Такие устройства уже созданы, но пока (пока!) они уступают магнитным дискам по емкости и стоимости (рассчитанной на 1 Гб памяти). Но все совершенствуется, и в любой момент можно ожидать очередного технологического прорыва. Впрочем, и магнитные диски еще далеко не исчерпали своих возможностей.

Сейчас мы в основном используем ФП как средство временного хранения и переноса данных. Для этого устройства в русском языке уже прочно закрепилось название "флэшка". Вот что следует учитывать владельцу и пользователю флэшки:

· Флэшка - это все-таки средство переноса и временного хранения данных. Для ценных данных всегда следует делать резервную копию на другом носителе.

· Перед извлечением из компьютера всегда следует выполнять операцию безопасного извлечения.

· Ни в коем случае не извлекать из компьютера в момент чтения и, в особенности, в момент записи данных. Это может привести не только к разрушению данных, но и выходу флэшки из строя.

· Следует избегать воздействия электромагнитных полей. Источники полей: различные энергоустановки, досмотровые системы (например, в аэропортах), мобильные телефоны (да-да!) и др.

· Для подключения лучше всего использовать разъем в корпусе компьютера. При использовании шлейфа (удлинителя) следует проследить, чтобы он не проходил поблизости от проводов электропитания.

Если все-таки с Вашей любимой флэшкой что-то случилось, не нужно сразу паниковать. Следует обратиться к специалисту (если знаете такового), и вполне возможно, что удастся восстановить если не полностью, то хотя бы частично, ее работоспособность и данные.

                    Другие устройства

 Гибкие диски

Долгое время - почти 20 лет - гибкие диски были чуть ли не основным средством переноса данных с одного компьютера на другой и средством резервного копирования. В настоящее время выпуск как приводов, так и носителей, прекращен.

 Стримеры

Это накопители на магнитных лентах. Скорость чтения/записи данных у них сравнительно невелика. Используются в организациях как средство резервного копирования больших объемов данных.

Устройства ввода.Клавиатура

Клавиатура - это устройство ввода текстовых данных.

Вот очень упрощенное описание принципа действия клавиатуры.

При нажатии клавиши (или комбинации клавиш) специальная микросхема, встроенная в клавиатуру, формирует код (называемый скан-код), соответствующий этой клавише или комбинации клавиш, и сообщает об этом центральному процессору (ЦП). ЦП приостанавливает текущую работу, запускает специальную программу, называемую обработчиком прерываний клавиатуры. Эта программа считывает скан-код, расшифровывает его, т. е. формирует код соответствующего символа, и помещает код символа в сравнительно небольшую по объему область памяти, называемую буфером клавиатуры. После этого ЦП возвращается к выполнению прерванной работы, а код символа хранится в буфере клавиатуры до тех пор, пока не будет изъят программой, для которой он предназначен.

Возможна ситуация, когда программа, для которой предназначены символы, извлекает их из буфера медленнее, чем мы нажимаем на клавиши. Происходит так называемое переполнение буфера клавиатуры и вводимые символы игнорируются.

М/М клавиатура

                             Мышь

Мышь - это устройство манипуляторного типа.

Мышь как устройство обслуживается специальной программой - драйвером мыши. Эта программа формирует курсор (указатель) мыши и осуществляет его перемещение на экране монитора в соответствии с нашими манипуляциями.

Перемещение мыши и щелчки её кнопок являются событиями с точки зрения программы-драйвера. Анализируя эти события, драйвер устанавливает, когда и какое событие (перемещение курсора, нажатие той или иной кнопки) произошло и в каком месте экрана в этот момент находится указатель. Полученная информация передается программе, с которой происходит работа. Программа определяет команду, соответствующую событию и положению указателя и приступает к ее исполнению.

Тип вводимой информации

Сканер