Шпаргалки

Архітектура інформаційно-обчислювальних систем

Інформаційні системи і їх класифікація

Архітектурні особливості обчислювальних систем різних класів

Основні класи обчислювальних машин

Проблемно-орієнтовані комп’ютери

Спеціалізовані комп’ютери

Великі комп’ютери

Малі комп’ютери

Мікрокомп’ютери. КПК.

Персональні комп’ютери

Логічна організація файлової системи

Розміщення інформації на диску

Адресація інформації на диску

Управління файлами

Накопичувачі на гнучких магнітних дисках

Дисководи ZIP

Накопичувачі на оптичних дисках

Оптичні диски з одноразовим записом

Оптичні диски з багатократним записом

Цифрові диски DVD

Накопичувачі на магнітооптичних дисках

Накопичувачі на магнітній стрічці

Зовнішні пристрої ПК

Відеотермінальні пристрої

Відеомонітори на базі ЭЛТ

Монітори на рідкокристалічних індикаторах

Плазмові монітори

Модеми

Принтери

Матричні принтери

Струменеві принтери

Лазерні принтери

Сканери. Типи сканерів

Формати представлення графічної інформації в ПК

Плоттери. Типи плоттерів

Програмне управління — основа автоматизації обчислювального процесу

Програмне забезпечення комп’ютера

Системне програмне забезпечення

Операційні системи комп’ютерів

Прикладне програмне забезпечення комп’ютера

Інструментальні програмні засоби

1. Архітектура інформаційно – обчислювальних систем

Система (від грецького systema – ціле, складене з частин з’єднання) – це
сукупність елементів, що взаємодіють один з одним, створюючих певну
цілісність, єдність. Приведе деякі поняття, часто використовуються для
характеристики системи.

Елемент системи – частина системи, що має певне функціональне
призначення. Складні елементи систем, що в свою чергу складаються з
простіших взаємозв’язаних елементів, часто називають підсистемами.

1.  Організація системи – внутрішня впорядкованість, узгодженість
взаємодії елементів системи, що проявляє, зокрема, в обмеженні
різноманітності станів елементів в рамках системи.

2.  Структура системи – склад, порядок і принципи взаємодії елементів
системи, що визначають основні властивості системи. Якщо окремі елементи
системи рознесли по різних рівнях і внутрішні зв’язки між елементами
організовані тільки від вищестоящих до нижчестоячих рівнів, і навпаки,
то говорять про ієрархічну структуру системи. Чисто ієрархічні структури
зустрічаються практично рідко, тому, декілька розширюючи це поняття, під
ієрархічною структурою звичайно розуміють і такі структури, де серед
інших зв’язків ієрархічні зв’язки мають очолююче значення.

3.  Архітектура системи – сукупність властивостей системи, істотних для
користування.

4.  Цілісність системи – принципова не сводимость властивостей системи
до суми властивостей окремих її елементів (эмерджентность властивостей)
і в той же час залежність властивостей кожного елементу від його місця і
функції усередині системи.

Інформаційні системи і їх класифікація

Системи вельми різноманітні. У найзагальнішому плані всі системи можна
розділити на дві основні категорії:

·  математичні системи;

·  абстрактні системи;

Матеріальні системи є сукупністю матеріальних  об’єктів. Серед
матеріальних систем можна виділити технічні, эргатические і змішані.
Серед змішаних систем слід зазначити підклас эргатехнических систем
(систем “людина – машина“), що складаються з людини – оператора (групи
операторів) – эргатический елемент і машини (машин) – технічний елемент.

Абстрактні системи є продуктом людського мислення – знання, теорії,
гіпотези.

2. Інформаційні системи і їх класифікація

Інформаційні системи відносяться до категорії матеріальних, хоча продукт
праці в них і нематеріальний.

Під інформаційною системою (ІС) розуміють систему, організуючу,
зберігаючу і перетворюючу інформацію, тобто систему, основним предметом
і продуктом праці в якому є інформація. Як вже наголошувалося вище,
більшість сучасних ІС перетворять не інформацію, а дані. Тому часто їх
називають системами обробки даних. Систему обробки даних (СОД) можна
визначити як комплекс взаємозв’язаних методів і засобів перетворення
даних, необхідних користувачу.

По ступеню механізації процедур перетворення інформації СОД діляться на
наступні:

·  системи ручної  обробки  (СРОД);

·  механізовані (МСОД);

·  автоматизовані (АСОД);

·  системи автоматичної обробки даних (САОД);

У СРОД всі процедури перетворення даних виконуються уручну людиною, без
застосування яких-небудь технічних засобів. У МСОД люди для виконання
деяких процедур перетворення даних використовують технічні засоби. У
АСОД деякі (але не все) сукупності процедур перетворення даних
виконуються без участі людини, причому механізуються не тільки окремі
процедури перетворення даних, але і перехід від попередньої процедури до
подальшої – в цій якості відмінність автоматизації від механізації ( при
механізації переходи між процедурами виконуються уручну). У  САОД всі
процедури перетворення даних і переходи між ними виконуються
автоматично, людина як ланка управління відсутня. У САОД людина може
виконувати лише функції зовнішнього спостереження за роботою системи.

Зі всіх вищеперелічених типів СОД найбільш ефективними в більшості
складних систем управління складних систем управління є АСОД, що
включають в свій склад комп’ютери. У управління складними системами
головна роль належить людині; технічні засоби (і комп’ютери) є його
помічниками. Комп’ютер, наприклад, сам по собі далеко не всемогутній:
він діє по алгоритмах і програмах, складеною для нього людиною, а ці
програми часто далеко не ідеальні. Найважливішими принципами побудови
ефективних АСОД є:

·  принцип інтеграції, що полягає в тому, що оброблювані дані, одного
разу введені в АСОД, багато разів використовуються для вирішення можливо
великого числа завдань, чим максимально усувається дублювання даних і
операцій їх перетворення;

·  принцип системності, що полягає в обробці даних в різних розрізах,
щоб одержати інформацію, необхідну для ухвалення рішень на всіх  рівнях
і у всіх функціональних підсистемах управління;

·  принцип комплексності, що має на увазі механізацію і автоматизацію
процедур перетворення даних на всіх стадіях техпроцесса АСОД.

Розвинені АСОД, що мають спеціальне програмне забезпечення для аналізу
семантики інформації і гнучкої логічної її структуризації, часто
називають системами обробки знань (СОЗ).

Вищий розвиток інформаційні технології одержують в експертних системах,
що використовують бази знань і СОЗ з метою оптимізації потоків
інформації, пошуку, оцінки і вибору кращого управлінського рішення по
заданих критеріях, розробки рекомендацій по вибраних рішеннях.

ІС можна також класифікувати і за іншими ознаками.

?  Функціональному призначенню: виробничі ІС, комерційні ІС, фінансові
ІС, маркетингові ІС і т.д.;

?  Об’єктом управління: ІС автоматизованого проектування, ІС управління
технологічними процесами, ІС управління підприємствами (офісом, фірмою,
корпорацією, організацією) і т.п. (корпоративні ІС призначені для
автоматизації всіх функцій управління фірмою: від науково – технічної і
маркетингової підготовки її діяльності до реалізації її продукції і
послуг);

?  Характеру використання результатної інформації:

1.  інформаційно – пошукові, призначені для збору, зберігання і видачі
інформації по запиту користувача;

2.  інформаційно – певні рекомендації, що радять, пропонуючі
користувачу, для ухвалення рішень (системи підтримки ухвалення рішень);

3.  інформаційно – керівники, результатна інформація яких безпосередньо
бере участь у формуванні дій, що управляють.

3. Архітектурні особливості обчислювальних систем різних класів

Перші комп’ютери (автоматичні електронні обчислювальні машини з
програмним управлінням) були створені в кінці 40-х років ???століття і
були гігантські обчислювальні монстри, що використалися тільки для
обчислювальної обробки інформації. У міру розвитку комп’ютери істотно
зменшувалися в розмірах, але обросли додатковим устаткуванням,
необхідним для їх ефективного використання. У 70-х роках комп’ютери з
обчислювальних машин спочатку перетворилися на обчислювальні системи, а
потім в інформаційно — обчислювальні системи.

В даний час основні цілі використання комп’ютерів – інформаційне
обслуговування і управління, зараз обчислювальні машини і системи, по
суті, виконують функцію інформаційно – обчислювальних систем. Розглянемо
детальніше внутрішню архітектуру обчислювальних систем  (ОС).

Обчислювальна система – це сукупність одного або декількох комп’ютерів
або процесорів, програмного забезпечення і периферійного устаткування,
організована для виконання інформаційно — обчислювальних процесів. У
обчислювальній системі комп’ютер може бути один, але агрегований
багатофункціональним периферійним устаткуванням. Вартість периферійного
устаткування часто у багато разів перевищує вартість самого комп’ютера.
Як поширений приклад одномашинной ОС можна привести систему телеобробки
інформації. Все ж таки класичним варіантом ОС є багатомашинний і
багатопроцесорний варіанти.

Перші ОС створювалися з метою збільшення швидкодії і надійності роботи
шляхом паралельного виконання обчислювальних операцій. Як це не
парадоксально, гальмом в подальшому збільшенні швидкодії комп’ютера є
кінцева швидкість розповсюдження електромагнітних хвиль – швидкість
світла, рівна 300 000 км/с. Час розповсюдження сигналу між елементами ОС
може значно перевищувати час перемикання електронних схем. Тому чисто
послідовна модель виконання операцій, характерна для класичної структури
комп’ютера – структури фон Неймана, — не дозволяє істотно підвищити
швидкодію ОС.

                    

Укрупнена блок схема класичного комп’ютера

1.  Процесор (центральний процесор) – основний обчислювальний блок
комп’ютера, містить найважливіші функціональні пристрої:

·  Пристрій управління з інтерфейсом процесора (системою сполучення і
зв’язку процесора з іншими вузлами машини)

·  Арифметико – логічний пристрій

·  Процесорну пам’ять

Процесор, по суті, є пристроєм, що виконує всі функції елементарної
обчислювальної машини.

2.  Оперативна пам’ять – запамятовуючий пристрій, використовуваний для
оперативного зберігання та обміну інформації з іншими вузлами машини.

3.  Канали зв’язку (веутрімашинний інтерфейс) служать для сполучення
центральних вузлів машини з її зовнішніми пристроями.

4.  Зовнішні пристрої забезпечують ефективну взаємодію комп’ютера з
навколишнім середовищем: користувачами, об’єктами управління, іншими
машинами. До складу зовнішніх пристроїв обов’язково входять зовнішня
пам’ять і пристроїв введення-виведення.

Обчислювальна система може будуватися на базі або цілих комп’ютерів
(багатомашинна ОС), або на базі окремих процесорів (багатопроцесорна
ОС).

Обчислювальні системи бувають:

·  Однорідні;

·  Неоднорідні.

Однорідна ОС будується на базі однотипних комп’ютерів або процесорів.
Однорідні системи дозволяють використовувати стандартні набори
технічних, програмних засобів, стандартні протоколи (процедури)
сполучення пристроїв. Тому їх організація значно простіша, полегшується
обслуговування систем і їх модернізація.

Неоднорідна ОС включає в свій склад різні типи комп’ютерів або
процесорів. При побудові системи доводиться враховувати їх різні
технічні і функціональні характеристики, що істотно ускладнює створення
і обслуговування неоднорідних систем.

Обчислювальні системи працюють в наступних режимах:

·  Оперативному (on-line);

·  Неоперативному (off-line).

Оперативні системи працюють в реальному масштабі часу, в них
реалізується оперативний режим обміну інформацією – відповіді на запити
поступають негайно. У неоперативних ОС допускається режим “затриманої
відповіді”, коли результати виконання запиту можна одержати з деякою
затримкою (іноді навіть в наступному сеансі роботи системи).

Реалізують ОС з централізованим і децентралізованим управлінням. У
першому випадку управління виконує виділений комп’ютер або процесор, в
другому – ці компоненти рівноправні і можуть брати управління на себе.

Окрім цього, ОС можуть бути:

·  Територіально – зосередженими (всі компоненти розташовуються в
безпосередній близькості один від одного);

·  Розподіленими (компоненти можуть розташовуватися на значній відстані,
наприклад, обчислювальні мережі);

·  Структурно – однорівневими (є лише один загальний рівень обробки
даних);

·  Багаторівневими (ієрархічними) структурами. У ієрархічних ОС машини
або процесори розподілені по різних рівнях обробки інформації, деякі
машини (процесори) можуть спеціалізуватися на виконанні певних функцій.

Нарешті, як вже вказувалося, ОС діляться на наступні:

·  Одномашинні;

·  Багатомашинні;

·  Багатопроцесорні.

4. Основні класи обчислювальних машин

Електронна обчислювальна машина (ЕОМ), комп’ютер – комплекс технічних
засобів, призначених для автоматичної обробки інформації в процесі
рішення обчислювальних і інформаційних задач.

Обчислювальні машини можуть бути класифіковані по ряду ознак, зокрема:

·  Принцип дії

·  Етапи створення і елементна база

·  Призначення

·  Спосіб організації обчислювального процесу

·  Розмір, обчислювальна потужність

·  Функціональні можливості

·  Здатність до паралельного виконання програм і т.д.

За принципом дії обчислювальні машини діляться на три великі класи

·  Аналогові;

·  Цифрові;

·  Гібридні.

ЦОМ – цифрові обчислювальні машини або обчислювальні машини дискретної
дії – працюють з інформацією, представленою в дискретній, а точніше в
цифровій формі.

АОВ – аналогові обчислювальні машини або обчислювальні машини
безперервної дії – працюють з інформацією, представленою в безперервній
(аналогової) формі, тобто у вигляді безперервного ряду значень
якої-небудь фізичної величини (частіше за всю електричну напругу).

ГОМ – гібридні обчислювальні машини або обчислювальні машини
комбінованої дії – працюють з інформацією, представленою і в цифровій, і
в аналоговій формі; вони суміщають в собі достоїнства АОВ і ЦОМ. ГОМ
доцільно використовувати для вирішення завдань управління складними
швидкодіючими технічними комплексами.

У економіці (та і в науці і техніці) одержали переважне застосування ЦОМ
з електричним представленням дискретної інформації – електронним
представленням дискретної інформації – електронні цифрові обчислювальні
машини, звичайно звані просто електронними обчислювальними машинами
(ЕОМ), без згадки про їх цифровий характер.

По етапах створення і елементній базі комп’ютери умовно діляться на
покоління:

?  1-е покоління, 50-і роки: ЕОМ на електронних вакуумних лампах.

?  2-е покоління, 60-і роки: ЕОМ на дискретних напівпровідникових
приладах (транзисторах).

?  3-е покоління, 70-і роки: комп’ютери на напівпровідникових
інтегральних схемах з малим і середнім ступенем інтеграції (сотні –
тисячі транзисторів в одному корпусі).

?  4-е покоління, 80-90-і роки: комп’ютери на великих і надвеликих
інтегральних схемах, основна з яких – мікропроцесор (сотні тисяч –
десятки мільйонів активних елементів в одному кристалі).

?  5-е покоління, теперішній час: комп’ютери з багатьма десятками
паралельно працюючих мікропроцесорів, що дозволяють будувати ефективні
системи обробки знань; комп’ютери на понад складних мікропроцесорах з
паралельно – векторною структурою, одночасно виконуючих десятки
послідовних інструкцій програми.

?  6-е і подальші покоління: оптоелектронні комп’ютери з масовим
паралелізмом і нейронною структурою, розподіленою мережею великого числа
(десятки тисяч) нескладних мікропроцесорів, що моделюють архітектуру
нейронних систем.

За призначенням комп’ютери можна розділити на три групи

?  універсальні (загального призначення);

?  проблемно – орієнтовані;

?  спеціалізовані.

Універсальні комп’ютери призначені для вирішення різноманітних інженерно
– технічних, економічних, і т.д. завдань, алгоритмів, що відрізняються
складністю, і великих об’єктів оброблюваних даних. Вони широко
використовуються в обчислювальних центрах колективного користування і
інших могутніх обчислювальних комплексах.

Характерними рисами універсальних комп’ютерів є:

?  висока продуктивність;

?  різноманітність форм оброблюваних даних: двійкових, десяткових,
символьних, при великому діапазоні їх зміни і високої точності їх
уявлення;

?  обширна номенклатура виконуваних операцій, як арифметичних, логічних,
так і спеціальних;

?  велика місткість оперативної пам’яті;

?  розвинена організація системи введення-висновку інформації, що
забезпечує підключення різноманітних видів зовнішніх пристроїв.

5 . Проблемно – орієнтовані комп’ютери

Призначені для вирішення вужчого круга завдань, зв’язаних, як правило, з
управлінням технологічними об’єктами; реєстрацією, накопиченням і
обробкою щодо невеликих об’ємів даних; виконанням розрахунків по
порівняно нескладних алгоритмах; вони володіють обмеженими, в порівнянні
з універсальними комп’ютерами, апаратними і програмними ресурсами.

6. Спеціалізовані комп’ютери

Призначені для вирішення певного вузького круга завдань або реалізації
строго певної групи функцій. Така вузька орієнтація комп’ютерів дозволяє
чітко спеціалізувати їх структуру, істотно понизити їх складність і
вартість при збереженні високої продуктивності і надійності їх роботи.

До спеціалізованих комп’ютерів можна віднести, наприклад, програмовані
мікропроцесори спеціального призначення; адаптери і контролери, що
виконують логічні функції управління окремими нескладними технічними
пристроями, агрегатами і процесами; пристроїв узгодження і сполучення
роботи вузлів обчислювальних систем.

За розмірами і обчислювальною потужністю комп’ютери можна розділити на
надвеликі (суперкомп’ютери, супер ЕОМ), великі, малі, надмалі
(мікрокомп’ютери або мікро ЕОМ).

Функціональні можливості комп’ютерів обумовлені такими найважливішими
техніко-експлуатаційними характеристиками, як:

?  швидкодія, вимірювана усередненою кількістю операцій, що виконуються
машиною за одиницю часу;

?  розрядність і форми представлення чисел, з якими оперує комп’ютер;

?  номенклатура, місткість і швидкодія всіх пристроїв, що
запам’ятовують;

?  номенклатура і техніко-економічні характеристики зовнішніх пристроїв
зберігання, обміну і введення-висновку інформації;

?  типи і пропускна спроможність пристроїв зв’язку і сполучення вузлів
комп’ютера між собою (тип усередині машинного інтерфейсу);

?  здатність комп’ютера одночасно працювати з декількома користувачами і
виконувати одночасно декілька програм (багатопрограммність);

?  типи і техніко-експлуатаційні характеристики операційних систем,
використовуваних в машині;

?  наявність і функціональні можливості програмного забезпечення;

?  здатність виконувати програми, написані для інших типів комп’ютерів
(програмна сумісність з іншими типами комп’ютерів);

?  система і структура машинних команд;

?  можливість підключення до каналів зв’язку і обчислювальної мережі;

?  експлуатаційна надійність комп’ютера;

?  коефіцієнт корисного використання комп’ютера в часі, визначуваний
співвідношенням часу корисної роботи і часом профілактики.

7. Великі комп’ютери

Великі комп’ютери за кордоном часто називають мейнфреймами (mainframe);
до ним відносять, як правило, комп’ютери, що мають:

?  продуктивність не менше 100 MIPS;

?  основну пам’ять місткістю від 512 до 10 000 Мбайт;

?  зовнішню пам’ять не менше 100 Гбайт;

?  розрахований на багато користувачів режим роботи (обслуговують
одночасно від 16 до 1000 користувачів).

  Основні напрями ефективного використання мейнфреймів – рішення
науково-технічних задач, робота в обчислювальних системах з пакетною
обробкою інформації, робота з великими базами даних, управління
обчислювальними мережами і їх ресурсами. Останній напрям – використання
мейнфреймів як великі сервери обчислювальних мереж – часто наголошується
фахівцями як найбільш актуальне.

  Родоначальником сучасних великих комп’ютерів, за стандартами яких в
останні декілька десятиліть розвивалися машини цього класу в більшості
країн світу, є машини фірми IBM. Моделі IBM 360 і IBM 370 з їх
архітектурою і програмним забезпеченням узяті за основу і при створенні
вітчизняної системи великих машин ЄС ЕОМ.

Серед кращих розробок мейнфреймів за кордоном слід в першу чергу
відзначити американські:

?  IBM 3090, IBM 4300 (4331, 4341, 4361, 4381), що прийшли на зміну IBM
380 в 1979 році (2-е покоління мейнфреймів);

IBM ES/9000, створені в 1990 році (3-е покоління мейнфреймів).

8. Малі комп’ютери

мини-ЭВМ — это компьютеры, занимающие промежуточное положение между
персональными компьютерами и мэйнфреймами. За рубежом они используются в
большинстве сколько-либо крупных фирм, в университетах,
правительственных учреждениях, центрах обработки данных и т.д. — как для
тех задач, для которых производительности персональных компьютеров
недостаточно, так и для обеспечения централизованного хранения и
обработки данных. Обычно к мини-ЭВМ подключаются десятки или сотни
терминалов (дисплеев с клавиатурой) или персональных компьютеров для
работы пользователей. Основные производители мини-ЭВМ — DEC (Digital
Equipment Corp.), Sun, Hewlett-Packard, IBM, Silicon Graphics и др.
Компьютеры фирмы Silicon Graphics снабжаются специальными аппаратными
средствами для ускорения процессов трехмерного моделирования и анимации,
поэтому на этих компьютерах создается большинство спецэффектов в
выпускаемых сейчас кинофильмах;

9. Мікрокомп’ютери. КПК.

карманные компьютеры, или личные электронные помощники, — это небольшие
компьютеры весом около 300-500 грамм, помещающиеся на кисти одной руки.
Как правило, они работают на обычных батарейках и одного комплекта
батареек им хватает на несколько десятков часов. Большинство карманных
компьютеров не совместимо с настольными компьютерами типа IBM PC, но
есть и IBM PC-j совместимые. В карманных компьютерах нет ни жесткого
диска, ни дисковода для дискет, ни дисковода CD-ROM (из-за их большого
энергопотребления). Некоторые карманные компьютеры имеют миниатюрную
клавиатуру, но есть и модели без клавиатуры — в них ввод данных
осуществляется нажатиями или рисованием специальным пером по экрану.
Наиболее распространены карманные компьютеры фирм Apple,
Hewlett-Packard, Sony, Psion и др.

10. Персональні комп’ютери

Персональні комп’ютери, робота яких ґрунтується на принципі програмного
управління, мають схожу структуру. Вони включають такі апаратні засоби:
центральний мікропроцесор, внутрішню і зовнішню пам’ять, системну шину,
пристрої введення-виведення інформації.

Далі розглядатимемо апаратне забезпечення комп’ютерів архітектури IBM
PC.

Центральний мікропроцесор, внутрішня пам’ять і системна шина
конструктивно розташовані в окремому блоці, який називають системним.
Пристрої зовнішньої пам’яті звичайно також розміщують у системному
блоці, хоч інколи і розміщують в окремих блоках. Усі пристрої
введення-виведення, а також пристрої внутрішньої пам’яті підмикають до
системної шини через відповідні спеціальні плати, які називають
адаптерами та контролерами. Центральний мікропроцесор, внутрішню
пам’ять, системну шину, адаптери та контролери розміщують на одній
платі, яку називають материнською.

Зовнішня пам’ять — це, як правило, накопичувані на магнітних та оптичних
дисках.

Усі пристрої введення-виведення з точки зору порядку їх використання
можна розділити на дві групи: стандартні — пристрої введення-виведення
та нестандартні. Останні ще називають периферійними пристроями.
Стандартні пристрої — це пристрої за замовчуванням, тобто ті, з яких
комп’ютер чекає введення-виведення, якщо спеціально не обумовлені інші
пристрої. Такими пристроями є дисплей та клавіатура.

До нестандартних пристроїв можна віднести такі:

1. Накопичувачі на магнітних та оптичних дисках.

2. Пристрої виведення символьної та графічної інформації (принтери та
плоттери).

3. Пристрої введення інформації (миша, сканер).

4. Пристрої зв’язку комп’ютера з телефонною мережею (модем).

Системна шина виконує функцію зв’язку між мікропроцесором, внутрішньою
пам’яттю, стандартними та периферійними пристроями введення-виведення. У
системній шині виділяють адресну шину та шину даних. Адресну шину
використовують для зв’язку мікропроцесора з пам’яттю, а шину даних для
зв’язку з пристроями введення-виведення.

На перших персональних комп’ютерах фірми IBM використовувались
8-розрядні системні шини, які працювали з частотою 4,77 МГц.

Потім з’явились 16- і 32-розрядні системні шини. Тактова частота
сучасних комп’ютерів досягла 200 МГц.

11. Логічна організація файлової системи

При роботі користувача з даними, що зберігаються на дисках, повинна
забезпечуватися певна зручність. Для цього операційна система підміняє
фізичну структуру даних, що зберігаються, деякою зручною для користувача
логічною моделлю. Логічна модель файлової системи матеріалізується у
вигляді дерева каталогів, що виводиться на екран такими утилітами, як
Norton Commander або Windows Explorer, в символьних складових іменах
файлів, в командах роботи з файлами. Базовим елементом цієї моделі є
файл, який так само, як й файлова система в цілому, може
характеризуватися як логічної, так й фізичною структурою.

Цілі й задачі файлової системи

Файл — це іменована область зовнішньої пам’яті, в яку можна записувати й
з якої можна прочитувати дані. Файли зберігаються в пам’яті, на залежній
від енергоживлення, звично — на магнітних дисках. Проте немає правил без
виключення. Одним з таких виключень є так званий електронний диск, коли
в оперативній пам’яті створюється структура, що імітує файлову систему.

Основні цілі використовування файлу перераховані нижче.

— Довготривале й надійне зберігання інформації. Довготривалість
досягається за рахунок використовування пристроїв, що запам’ятовують, не
залежних від живлення, а висока надійність визначається засобами захисту
доступу до файлів і загальною організацією програмного коду ОС, при якій
збої апаратури найчастіше не руйнують інформацію, що зберігається у
файлах.

— Сумісне використовування інформації. Файли забезпечують природний й
легкий спосіб розділення інформації між додатками і користувачами за
рахунок наявності зрозумілого людині символьного імені й постійності
інформації й розташування файлу, що зберігається. Користувач повинен
мати зручні засоби роботи з файлами, включаючи каталоги-довідники,
об’єднуючі файли в групи, засоби пошуку файлів по ознаках, набір команд
для створення, модифікації й видалення файлів. Файл може бити створений
одним користувачем, а потім використовуватися зовсім іншим користувачем,
при цьому творець файлу або адміністратор можуть визначити права доступу
до нього інших користувачів. Ці цілі реалізуються в ОС файловою
системою.

Файлова система (ФС) — це частина операційної системи, включаюча:

— сукупність всіх файлів на диску;

— набори структур даних, використовуваних для управління файлами, такі,
наприклад, як каталоги файлів, дескриптори файлів, таблиці розподілу
вільного і зайнятого простору на диску;

— комплекс системних програмних засобів, що реалізовують різні операції
над файлами, такі як створення, знищення, читання, запис, іменування й
пошук файлів.

Файлова система дозволяє програмам обходитися набором достатньо простих
операції для виконання дій над деяким абстрактним об’єктом, що
представляє файл. При цьому програмістам не потрібно мати справу з
деталями дійсного розташування даних на диску, буферизацією даних і
другими низькорівневими проблемами передачі даних з довготривалого
пристрою, що запам’ятовує. Всі ці функції файлова система бере на себе.
Файлова система розподіляє дискову пам’ять, підтримує іменування файлів,
відображає імена файлів на відповідні адреси в зовнішній пам’яті,
забезпечує доступ до даних, підтримує розділення, захист й відновлення
файлів.

Таким чином, файлова система виконує роль проміжного шару, що екранує
всі складнощі фізичної організації довготривалого сховища даних, й
створюючого для програм простішу логічну модель цього сховища, а також
надаючи їм набір зручних у використовуванні команд для маніпулювання
файлами.

Задачі, вирішувані ФС, залежать від способу організації обчислювального
процесу в цілому. Найпростіший тип — це ФС в розрахованих на одного
користувача й однопрограмних ОС, до числа яких відноситься, наприклад,
MS-DOS. Основні функції в такій ФС націлені на рішення наступних задач:

— іменування файлів;

— програмний інтерфейс для додатків;

— відображення логічної моделі файлової системи на фізичну організацію
сховища даних;

— стійкість файлової систем до збоїв живлення, помилок апаратних й
програмних засобів.

Задачі ФС ускладнюються в операційних розрахованих на одного користувача
мультипрограмних ОС, які. Хоча і призначені для роботи одного
користувача, але дають йому можливість запускати одночасно декілька
процесів. Однією з перших ОС цього типу стала OS/2. До перерахованих
вище задач додається нова задача сумісного доступу до файлу з декількох
процесів. Файл в атом випадку є ресурсом, що розділяється, а значить,
файлова система повинна вирішувати весь комплекс проблем, пов’язаних з
такими ресурсами. Зокрема, у ФС повинні бути передбачені засоби
блокування файлу і його частин, запобігання гонкам, виключення
безвиході, узгодження копій і т.п.

У розрахованих на багато користувачів системах з’являється ще одна
задача: захист файлів одного користувача від несанкціонованого доступу
іншого користувача.

12. Розміщення інформації на диску

Користувачі звертаються до файлів по символьних іменах. Проте здібності
людської пам’яті обмежують кількість імен об’єктів, до яких користувач
може звертатися по імені. Ієрархічна організація простору імен дозволяє
значно розширити ці межі. Саме тому більшість файлових систем має
ієрархічну структуру, в якій рівні створюються за рахунок того, що
каталог нижчого рівня може входити в каталог вищого рівня (мал. 1).

Мал. 1. Ієрархія файлових систем

Граф, що описує ієрархію каталогів, може бути деревом або мережею.
Каталоги утворюють дерево, якщо файлу дозволено входити тільки в один
каталог (мал. 1, б), й мережа — якщо файл може входити відразу в
декілька каталогів (мал. 1, в). Наприклад, в MS-DOS й Windows каталоги
утворюють деревовидну структуру, а в UNIX — мережеву. У деревовидній
структурою кожен файл є листом. Каталог самого верхнього рівня
називається кореневим каталогом, або коренем (root).

При такій організації користувач звільнений від запам’ятовування імен
всіх файлів, йому достатньо приблизно представляти, до якої групи може
бути віднесений той або інший файл, щоб шляхом послідовного перегляду
каталогів знайти його. Ієрархічна структура зручна для розрахованої на
багато користувачів роботи: кожен користувач з своїми файлами
локалізується в своєму каталозі або піддереві каталогів, і разом з тим
всі файли в системі логічно зв’язані.

Окремим випадком ієрархічної структури є однорівнева організація, коли
всі файли входять в один каталог (мал. 1, а).

13. Адресація інформації на диску

Всі типи файлів мають символьні імена. У ієрархічно організованих
файловых системах звичайно використовуються три типи імен файлів:
прості, складові й відносні.

Просте, або коротке, символьне ім’я ідентифікує файл в межах одного
каталога. Прості імена привласнюють файлам користувачі й програмісти,
при цьому вони повинні враховувати обмеження ОС як на номенклатуру
символів, так й на довжину імені. До порівняно недавнього часу ці межі
були вельми вузькими. Так, в популярній файловій системі FAT довжина
імен обмежувалися схемою 8.3 (8 символів — власне ім’я, 3 символи —
розширення імені), а у файловій системі s5, підтримуваній багатьма
версіями ОС UNIX, просте символьне ім’я не могло містити більше 14
символів. Проте користувачу набагато зручніше працювати з довгими
іменами, оскільки вони дозволяють дати файлам легко запам’ятовуються
назви, що ясно говорять про те, що міститься в цьому файлі. Тому сучасні
файлові системи, а також вдосконалені варіанти вже існуючих файлових
систем, як правило, підтримують довгі прості символьні імена файлів.
Наприклад, у файлових системах NTFS й FAT32, що входять до складу
операційної системи Windows NT, ім’я файлу може містити до 255 символів.

Приклади простих імен файлів і каталогів:

quest_ul.doc

task-entran.exe

Installable filesystem manager.doc

У ієрархічних файлових системах різним файлам дозволено мати однакові
прості символьні імена за умови, що вони належать різним каталогам.
Тобто тут працює схема «багато файлів — одне просте ім’я». Для
однозначної ідентифікації файлу в таких системах використовується так
зване повне ім’я. є ланцюжком простих символьних імен всіх каталогів,
через які проходить шлях від коріння до даного файлу. Таким чином, повне
ім’я є складовим, в якому прості імена відокремлені один від одного
прийнятим в ОС роздільником. Часто як роздільник використовується прямий
або зворотний слеш, при цьому прийнято не указувати ім’я кореневого
каталога. На мал. 7.3, би два файли мають просте ім’я main.exe, проте їх
складові імена /depart/main.ехе й /user/anna/main.exe розрізняються.

У деревовидній файловій системі між файлом і його повним ім’ям є взаємно
однозначні відповідність «один файл — одне повне ім’я». У файлових
системах, що мають мережеву структуру, файл може входити в декілька
каталогів, а значить, мати декілька повних імен; тут справедлива
відповідність «один файл — багато повних імен». У обох випадках файл
однозначно ідентифікується повним ім’ям.

Файл може бити ідентифікований також відносним ім’ям. Відносне ім’я
файлу визначається через поняття «поточний каталог». Для кожного
користувача в кожен момент часу один з каталогів файлової системи є
поточним, причому цей каталог вибирається самим користувачем по команді
ОС. Файлова система фіксує ім’я поточного каталогу, щоб потім
використовувати його як доповнення до відносних імен для утворення
повного імені файлу. При використовуванні відносних імен користувач
ідентифікує файл ланцюжком імен каталогів, через які проходить маршрут
від поточного каталогу до даного файлу. Наприклад, якщо поточним
каталогом є каталог /user, то відносне ім’я файлу /user/anna/main.exe
виглядає таким чином: anna/ main.exe.

У деяких операційних системах дозволено привласнювати одному й тому ж
файлу декілька простих імен, які можна інтерпретувати як псевдоніми. В
цьому випадку, так само як в системі з мережевою структурою,
встановлюється відповідність «один файл — багато повних імен», оскільки
кожному простому имени файлу відповідає принаймні одне повне ім’я.

Й хоча повне ім’я однозначно визначає файл, операційній системі простіше
працювати з файлом, якщо між файлами й їх іменами є взаємно однозначна
відповідність. З цією метою ома привласнює файлу унікальне ім’я, так що
справедливе співвідношення «один файл — одне унікальне ім’я». Унікальне
ім’я існує разом з одним або декількома символьними іменами,
привласнюваними файлу користувачами або додатками. Унікальне ім’я являє
собою числовий ідентифікатор і призначено тільки для операційної
системи. Прикладом такого унікального імені файлу є номер індексного
дескриптора в системі UNIX.

Управління файлами

У загальному випадку обчислювальна система може мати декілька дискових
пристроїв. Навіть типовий персональний комп’ютер звичайно має один
накопичувач на жорсткому диску, один накопичувач на гнучких дисках й
накопичувач для компакт-дисків. Могутні ж комп’ютери, як правило,
оснащені великою кількістю дискових накопичувачів, на які встановлюються
пакети дисків. Більш того, навіть один фізичний пристрій за допомогою
засобів операційної системи може бути представлене у вигляді декількох
логічних пристроїв, зокрема шляхом розбиття дискового простору на
розділи. Виникає питання, яким чином організувати зберігання файлів в
системі, що має декілька пристроїв зовнішньої пам’яті?

Перше рішення полягає у тому, що на кожному з пристроїв розміщується
автономна файлова система, тобто файли, що знаходяться на цьому
пристрої, описуються деревом каталогів, ніяк не пов’язаним з деревами
каталогів на інших пристроях. У такому разі для однозначної
ідентифікації файлу користувач разом з складовим символьним ім’ям файлу
повинен указувати ідентифікатор логічного пристрою. Прикладом такого
автономного існування файлових систем є операційна система MS-DOS, в
якій повне ім’я файлу включає буквений ідентифікатор логічного диска.
Так, при зверненні до файлу, розташованого на диску А, користувач
повинен вказати ім’я цього диска: A:\privat\letter\uni\let1.doc.

Іншим варіантом є така організація зберігання файлів, при якій
користувачу надається можливість об’єднувати файлові системи, які
знаходяться на різних пристроях, в єдину файлову систему, описувану
єднаємо деревом каталогів. Така операція називається монтуванням.
Розглянемо, як здійснюється ця операція на прикладі ОС UNIX.

Серед всіх логічних дискових пристроїв, що є в системі, операційна
система виділяє один пристрій, званий системним. Хай є дві файлові
системи, розташовані на різних логічних дисках (мал. 2), причому один з
дисків є системним.

Файлова система, розташована на системному диску, призначається
кореневою. Для зв’язку ієрархій файлів в кореневій файловій системі
вибирається деякий існуючий каталог, в даному прикладі — каталог man.
Після виконання монтування вибраний каталог man стає кореневим каталогом
другої файлової системи. Через цей каталог вмонтовувана файлова система
під’єднується як піддерево до загального дерева (мал. 3).

Після монтування загальної файлової системи для користувача немає
логічної різниці між кореневою й змонтованої файловими системами,
зокрема іменування файлів виробляється так само, як якби вона із самого
початку била єдиною.

На практиці частіше використовується відносна форма іменування, яка не
включає ім’я диска і ланцюжок імен каталогів верхнього рівня, що
задаються за умовчанням.

Рис. 3 Загальна схема після монтування

Накопичувачі на гнучких магнітних дисках

Пристрій НГМД включає гнучкий магнітний диск, п’ять основних систем
(приводний механізм, механізм позиціонування, механізм центрування і
кріплення, систему управління і контролю, систему запису і прочитування)
і три спеціальні датчики. Існують різні види НГМД. Найширше поширені
пристрої з діаметром носія 133мм (5,25″) і 89мм (3,5″). Застосовуються
НГМД з одностороннім і двостороннім записом. ГДМ є гнучкою пластиковою
(звичайно лавсанову) пластиною, на поверхню якої нанесений феромагнітний
матеріал. Для захисту від механічних пошкоджень і пилу гнучкий диск
діаметром 89мм поміщається в пластикову касету, а діаметром 133мм — в
картонну або з жорсткого синтетичного матеріалу. Центральним отвором
дискета одягається на усічений конусоподібний вал шпіндель (маточину),
який обертається з постійною швидкістю. У касеті є вікно овальної форми
— отвір головки витягнуте в радіальному напрямі. Через цей отвір
магнітна головка притискається до диска, проводячи в необхідних місцях
його поверхні запис — прочитування даних контактним способом. Магнітна
головка переміщаючись в прорізі касети дозволяє записувати
електромагнітним способом дані у вигляді послідовності біт на
концентричні кола — доріжки. Два невеликі вирізи на кромці касети
розташовані симетрично щодо вікна головки забезпечують її позиціонування
і фіксацію в НГМД. Праворуч від них на касеті є прямокутний виріз,
заклеєний спеціальною світлонепроникне смужкою, який забороняє запис і
ненавмисне стирання. У НГМД є спеціальний датчик що виявляє наявність
даного вирізу.

Гнучкий носій 89мм дискети поміщений в жорстку оболонку з пластмаси.
Доступ магнітних головок запису/прочитування до носія здійснюється через
ковзаючу металеву заслінку на корпусі дискети. Коли дискета вставляється
в дисковод заслінка автоматично зміщується. Конструкція даної дискети
має ключ (зрізаючий кут корпусу), що запобігає її некоректній установці
в дисковод. Пристосування для захисту від запису розміщене нижній
частині дискети. Для ідентифікації параметрів щільності запису на
дискеті з лівого боку розташовується квадратний отвір.

Корисна поверхня диска, призначена для запису/прочитування інформації, є
набір доріжок розташованих з певним кроком. На 133мм дискетах
розташовуються 40 або 80 доріжок. Нумерація доріжок починається із
зовнішньої сторони (нульової доріжки) і закінчується останньою
внутрішньою. Позиція доріжки 00 визначається в накопичувачі за допомогою
спеціального фотоелектричного датчика. Сама доріжка розбивається на
окремі сектори. У 133мм дискети звичайно 8, 9 або 16 секторів на
доріжці. Інформаційна місткість сектора 128, 256, 512 або 1024 байт.
Почало ділянок запису визначається що є на диску і в касеті спеціальним
круглим індексним отвором. Коли індексний отвір при обертанні проходить
під відповідним отвором касети ще один спеціальний фотоелектричний
датчик виробляє короткий електричний сигнал, по якому виявляється
позиція почала доріжки. Дисководи 3,5″ працюють з двосторонніми
дискетами місткістю 512 байт по 9 або 18 секторів на доріжку. Звичайно
на диску використовується 80 доріжок.

Головки жорстких дисків переміщаються над поверхнею диска на повітряній
подушці, а у дискет головки торкаються поверхні. В результаті і самі
дискети, і головки дуже швидко зношуються. Тому коли не відбувається
прочитування і запис інформації, головки забираються з поверхні, а
комп’ютер зупиняє обертання диска. Це дозволяє продовжити термін служби
дискет. Але при цьому, якщо поступає команда прочитування або запису,
відбувається невелика затримка (приблизно півсекунди) перед тим, як
мотор почне працювати.

Найбільш важливі параметри 4 типів дискет показані в табл.

Таблиця . Параметри чотирьох видів дискет

Параметри LD5.25 HD5.25 LD3.5 HD3.5

Розмір, дюйми 5,25 5,25 3,5 3,5

Місткість 360 Кбайт 1,2 Мбайт 720 Кбайт 1,44 Мбайт

Кількість доріжок 40 80 60 80

Кількість секторів в доріжці 9 15 9 18

Кількість головок 2 2 2 2

Число оборотів в мин. 30 0 360 300 300

Швидкість передачі даних, Кбит/с 250 500 250 500

Тип Гнучкий Гнучкий

Жорсткий

16. Дисководи ZIP

Об’єм стандартних гнучких дисків 1,44 Мбайт, вживаних в персональних
комп’ютерах, за сучасними поняттями невеликий, тому ряд фірм розробили і
випускають оригінальні типи гнучких дисків і дисководів. Найбільшу
популярність у користувачів здобули накопичувачі на гнучких магнітних
дисках Zip (мал. ), розроблені фірмою Iomega. Іноді можна зустріти і
інші типи, наприклад Jaz.

Зараз випускаються гнучкі диски Zip об’ємом 100 і 250 Мбайт. Збільшення
об’єму дискового простору було зроблено за рахунок якіснішої поверхні
магнітного шару і використання аеродинамічного ефекту Бернуллі для
підйому головок над площиною диска під час його обертання. Диск Zip
вмонтовується в картріджі, що нагадує корпус стандартного гнучкого
диска, але більшої товщини. Диск обертається із швидкістю 3000
про./мин., тому за рахунок особливої форми головок вони підіймаються над
ним на відстань в декілька мікрон. Максимальна швидкість обміну
інформацією між диском і комп’ютером близько 1 Мбайт/с, а час доступу —
30 мс.

Мал. Внутрішній дисковод Zip з інтерфейсом IDE

Основний недолік накопичувачів Zip — це висока ціна змінних картріджів,
тому ціна зберігання одиниці інформації надмірно висока. Понизити
істотно ціну не можна, оскільки в картріджах використовується
високоточна механіка. А оскільки всього більшого поширення набувають
флеш-карти і 80-мм компакт-диски, то область використання накопичувачів
Zip постійно звужується.

Дисководи Zip випускаються в самих різних варіантах. Внутрішні дисководи
Zip зовні майже такі ж, як дисководи для 3,5-дюймових гнучких дисків,
відмінність тільки в товщині прямокутного отвору для установки
картріджа. Як інтерфейс найчастіше використовується IDE, тобто дисковод
Zip підключається точно так, як і вінчестер. Зовнішні дисководи Zip
випускаються з самими різними інтерфейсами. Раніше використовувався
інтерфейс принтера або SCSI, а зараз популярніший USB.

При установці накопичувача Zip в комп’ютер він реєструється Windows як
Знімний диск, а у вікні Диспетчер пристроїв (Windows 2000) в категорії
Дискові пристрої з’являється пристрій IOMEGA ZIP 250. Яких-небудь
додаткових драйверів для накопичувачів Zip з інтерфейсом IDE
встановлювати не потрібно. Звернення до такого диска не відрізняється
від подібних операцій з вінчестером.

17. Компакт-диски

Останніми роками крім магнітних дисків сталі доступні оптичні диски.
Вони володіють вищою щільністю запису, чим звичайні магнітні диски.
Оптичні диски спочатку використовувалися для запису телепередач, але
пізніше вони стали використовуватися як засоби зберігання інформації в
комп’ютерній техніці.

У 1980 році корпорація Philips разом з Sony розробила CD (Compact Disc —
компакт-диск), який швидко витіснив вінілові диски, що використалися для
музичних записів. Всі компакт-диски повинні бути 120 мм в діаметрі і 1,2
мм в товщину, а діаметр отвору у середині повинен складати 15 мм.

Аудіо-компакт-диски були першим засобом зберігання цифрової інформації,
яке вийшло на масовий ринок споживання. Компакт-диск виготовляється з
використанням потужного інфрачервоного лазера, який випалює отвори
діаметром 0,8 мікрон в спеціальному скляному контрольному диску. По
цьому контрольному диску робиться шаблон з виступами в тих місцях, де
лазер пропалив отвори. У шаблон вводиться рідка смола (полікарбонат), і
таким чином виходить компакт-диск з тим же набором отворів, що і і
скляному диску. На смолу наноситься дуже тонкий шар алюмінію, який в
свою чергу покривається захисним лаком. Після цього наклеюється
етикетка. Поглиблення в нижньому шарі смоли в англійській мові
називаються терміном «впадина» (pit), а рівні простори між впадинами
називаються терміном «площадка» (land). Під час відтворення лазерний
діод невеликої потужності світить інфрачервоним світлом з довжиною хвилі
0,78 мікрон на впадини, що змінялися, і площадки. Лазер знаходиться на
тій стороні диска, де шар смоли, тому впадини для лазера виявляються
виступами на рівній поверхні. Оскільки впадини мають висоту в чверть
довжини хвилі світла лазера, довжина хвилі світла, відображеного від
впадини, складає половину довжини хвилі світла, відображеного від
оточуючої виступ рівної поверхні. В результаті, якщо світло
відображається від виступу, фотодетектор програвача одержує менше
світла, ніж при віддзеркаленні від площадки. Саме таким чином програвач
відрізняє впадину від площадки. Хоча, здавалося б, простіше всього
використовувати западину для запису 0, а площадка для запису 1,
надійніше використовувати перехід впадина/площадка або площадка/впадина
для 1 і його відсутність для 0. Впадини і площадки записуються по
спіралі. Запис починається на деякій відстані від отвору в центрі диска
і просувається до краю, займаючи 32 мм диска. Спіраль проходить 22 188
оборотів навколо диска (приблизно 600 на 1 мм). Якщо її розпрямити, її
довжина складе 5,6 км. Спіраль зображена на мал..

Мал.. Структура запису компакт-диска

Щоб музика звучала нормально, впадини і площадки повинні змінятися з
постійною лінійною швидкістю. Отже, швидкість обертання компакт- диска
повинна поступово знижуватися у міру просування прочитуючої головки від
центру диска до зовнішнього краю.

У 1984 році Philips і Sony почали використовувати компакт-диски для
зберігання комп’ютерних даних. Вони опублікували Жовту книгу, в якій
визначили точний стандарт того, що вони назвали CD-ROM (Compact Disc —
Read Only Memory — компакт-диск — що постійне запам’ятовує пристрій).
Щоб влитися в ринок аудио-компакт-дисків, що широко розвернувся на той
час, комп’ютерні компакт-диски повинні були бути такого ж розміру, як
аудио-диски, механічно і оптично сумісними з ними і проводитися за тією
ж технологією. Унаслідок такого рішення було потрібно мотори, що
працюють з низькою швидкістю і здатні міняти швидкість. Стандартний
аудио-компакт-диск має в своєму розпорядженні місткість для 74 хвилин
музики, що відповідає 681 984 000 байтів. Це число рівно 650 Мбайт. У
1986 році корпорація Philips опублікувала Зелену книгу» додавши графіку
і можливість поміщати аудио-, видео- і звичайні дані в одному секторі,
що було необхідно для мультимедійних компакт-дисків. Остання проблема,
яку потрібно було вирішити при розробці компакт- дисків, — сумісність
файлової системи. Щоб можна було використовувати один і той же
компакт-диск на різних комп’ютерах, необхідна була угода з приводу
файлової системи компакт-дисків. Щоб випустити таку угоду, представники
різних комп’ютерних компаній зустрілися на озері Тахо в ХайСьерраз (the
High Sierras) на межі Каліфорнії і Невади і розробили файлову систему,
яку вони назвали High Sierra. Пізніше ця система перетворилася на
Міжнародний Стандарт (IS 9660). Існує три рівні цього стандарту. На
першому рівні допустимі імена файлів до 8 символів, за ім’ям файлу може
слідувати розширення до трьох символів (угода для найменування файлів в
MS-DOS). Імена файлів можуть містити тільки прописні букви, цифри і
символ підкреслення. Директорії можуть вкладатися одна в іншу, причому
допускається не більше 8 ієрархічних ступенів. Імена директорій можуть
не містити розширення. На першому рівні потрібний, щоб всі файли були
суміжними, що не представляє особливих труднощів у випадку з носієм, на
якого інформація записується тільки один раз. Будь-який компакт-диск,
який відповідає Міжнародному Стандарту IS 9660 першого рівня, може бути
прочитаний з використанням системи MS-DOS, комп’ютерів Apple, Unix і
практично будь-якого іншого комп’ютера. Виробники компакт-дисків
вважають цю властивість великим плюсом. Другий рівень Міжнародного
Стандарту IS 9660 допускає імена файлів до 32 символів, а на третьому
рівні допускається несуміжне розташування файлів. Розширення Rock Ridge
(названі так химерно на честь міста у фільмі Джина Уайлдера сідла, що
«Горять») допускають дуже довгі імена файлів (для Unix), UID, GID і
символічні зв’язки, але компакт-диски, не відповідні першому рівню, не
читатимуться на всіх комп’ютерах.

Компакт-диски стали дуже популярні для розповсюдження комп’ютерних ігор,
художніх фільмів, енциклопедій, атласів і різного роду довідників. В
даний час на компакт-дисках випускається велика частина комерційного
програмного забезпечення. Поєднання великої місткості і низької ціни
робить компакт-диски відповідними для незліченної безлічі додатків.

18. CD-R

Спочатку устаткування, необхідне для виготовлення контрольних
компакт-дисків (як аудио-, так і комп’ютерних), було дуже дорогим. До
середини 90-х років записуючі пристрої для компакт-дисків розміром не
більше програвача стали звичайними і загальнодоступними, їх можна було
придбати в будь-якому магазині комп’ютерної техніки. Ці пристрої все ще
відрізнялися від магнітних дисків, оскільки інформацію, записану одного
разу на компакт-диск, вже не можна було стерти. Проте вони швидко
знайшли сферу застосування як додаткових носіїв інформації, а основними
носіями продовжували служити жорсткі диски. Крім того, окремих осіб і
компанії, що починають, могли випускати свої власні компактдиски
невеликими партіями або проводити контрольні диски і відправляти їх па
крупні комерційні підприємства, що займаються виготовленням копій.

Такі диски називаються CD-R (CD-Recordable). CD-R проводиться на основі
полікарбонатних заготовок. Такі ж заготовки використовуються при
виробництві компакт-дисків. Проте диски CD-R відрізняються від
компакт-дисків тим, що CD-R містять канавку шириною 0,6 мм, щоб
направляти лазер при записі. Канавка має синусоїдальне відхилення 0,3 мм
на частоті рівно 22,05 кГц для забезпечення постійного зворотного
зв’язку, щоб можна було точно визначити швидкість обертання і у разі
потреби відрегулювати її. CD-R виглядає як звичайний диск, тільки він не
сріблястого, а золотистого кольору, оскільки для виготовлення шару, що
відображає, замість алюмінію використовується справжнє золото. На
відміну від звичайних компакт-дисків з фізичними поглибленнями, CD-R
моделюються за допомогою зміни відбивної здатності западин і площадок.
Для цього між шаром полікарбонату і шаром золота, що відображає,
поміщається шар фарбника, як показано на мал. 2.21. Використовується два
види фарбників: ціанин зеленого кольору і пталоціанин
жовтувато-оранжевого кольору. На початковій стадії шар фарбника
прозорий, що дає можливість світлу лазера проходити крізь нього і
відображатися від шару золота. При записі інформації потужність лазера
збільшується до 8-16 мВт. Коли промінь досягає фарбника, фарбник
нагрівається, і в результаті руйнується хімічний зв’язок. Така зміна
молекулярної структури створює темну пляму. При читанні (коли потужність
лазера складає 0,5 мВт) фотодетектор уловлює різницю між темними
плямами, де фарбник був пошкоджений, і прозорими областями, де фарбник
не зворушений. Ця відмінність сприймається як відмінність між впадинами
і площадками навіть при читанні на звичайному пристрої для прочитування
компакт-дисків або на аудіопрогравачі.

Жоден новий вигляд компакт-дисків не обходився без публікації параметрів
в книзі певного кольору. У випадку з CD-R це була Оранжева книга, що
вийшла в 1989 році. Цей документ визначає диск CD-R, а також новий
формат, CD-ROM XA, який дозволяє записувати інформацію на CD-R
поступово: декілька секторів сьогодні, декілька секторів завтра,
декілька секторів через місяць. Група послідовних секторів, записуваних
за 1 раз, називається доріжкою компакт-диска.

Проте з появою такого типу запису виникла нова проблема. До появи
Оранжевої книги у всіх компакт-дисків був єдиний VTOC (Volume Table of
Contents — зміст диска). При такій системі дозаписувати диск було
неможливо. Рішенням даної проблеми стала пропозиція давати для кожної
доріжки компакт-диска окремий VTOC. У список файлів VTOC можуть
включатися всі файли з попередніх доріжок або деякі з них. Після того,
як диск CD-R вставлений в прочитуючий пристрій, операційна система
починає шукати серед доріжок самий останній VTOC, який видає поточний
стан диска. Якщо в поточний VTOC включити тільки деякі, а не всі файли з
попередніх доріжок, може створитися враження, що файли були видалені.
Доріжки можна групувати в сесії. В цьому випадку ми говоримо про
багатосесійні компакт-диски. Стандартні аудио-проигрыватели не можуть
працювати з багатосекційними компакт-дисками, оскільки вони чекають
єдиний VTOC на початку диска. Кожна доріжка повинна записуватися
безперервно без зупинок. Тому жорсткий диск, від якого поступають дані,
повинен працювати достатньо швидко, щоб вчасно їх доставляти. Якщо
файли, які потрібно скопіювати, розташовані в різних частинах жорсткого
диска, тривалий час пошуку може послужити причиною зупинки потоку даних
на CD-R і, отже, причиною недобору даних буфера. В результаті недобору
даних буфера у вас з’явиться чудова блискуча (правда, трохи дорога)
підставка для стаканів і пляшок. Програмне забезпечення CD-R звичайно
пропонує параметр збору всіх необхідних файлів у вигляді блоку
послідовних даних. Тобто до передачі файлів на CD-R створюється копія
компакт-диска в 650 Мбайт. Проте цей процес звичайно подвоює час запису,
вимагає наявність 650 Мбайт вільного дискового простору і не захищає від
того, що жорсткі диски починають совешать рекалибровку у разі перегріву.

19. CD – RW

Хоча люди і звикли до таких носіїв інформації, яких не можна
перезаписувати (такими носіями є, наприклад, папір або фотоплівка), все
одно існує попит на перезаписувані компакт-диски. В даний час з’явилася
технологія CD-RW (CD-ReWritable — перезаписуваний компакт- диск). При
цьому використовується носій такого ж розміру, як і CD-R. Проте замість
фарбника (цианина або пталоцианина) при виробництві CD-RW
використовується сплав срібла, индия, сурми і теллура для записуючого
шару. Цей сплав має два стани: кристалічне і аморфне, які володіють
різною відбивною здатністю. Пристрої для запису компакт-дисків
забезпечені лазером з трьома варіантами потужності. При найвищій
потужності лазер розплавляє сплав, переводячи його з кристалічного стану
з високою відбивною здатністю в аморфний стан з низькою відбивною
здатністю, так виходить впадина. При середній потужності сплав
розплавляється і повертається назад в природний кристалічний стан, при
цьому впадина перетворюється знову на площадка, При низькій потужності
лазер визначає стан матеріалу (для прочитування інформації), ніякого
переходу станів при цьому не відбувається. CD-RW не замінили CD-R,
оскільки заготовки дисків CD-RW набагато дорожчі за заготовки CD-R. Крім
того, для додатків, що підтримують жорсткі диски, великим плюсом є той
факт, що з CD-R не можна випадково стерти інформацію.

20. DVD

Основний формат компакт-дисків використовувався з 1980 року. З тих пір
технології просунулися вперед, тому оптичні диски з високою місткістю
зараз цілком доступні за ціною і мають великий попит. Голлівуд з радістю
замінив би аналогові відеозаписи на цифрові диски, оскільки вони краще
за якістю, їх дешевше проводити, вони довше служать, займають менше
місця на полиці в магазині і їх не потрібно перемотувати. Компанії, що
випускають побутову техніку, займаються пошуками нового масового
продукту, а багато комп’ютерних компаній хочуть додати до свого
програмного забезпечення мультимедіа. Такий розвиток технологій і попиту
на продукцію трьох надзвичайно багатих і могутніх індустрії привело до
появи

DVD (спочатку скорочення від Digital Video Disk — цифровий відеодиск, а
зараз офіційно Digital Versatile Disk — цифровий універсальний диск).
Диски DVD в цілому схожі на компакт-диски. Як і звичайні компакт-диски,
вони мають 120 мм в діаметрі, створюються на основі полікарбонату і
містять впадини і площадкаи, які освітлюються лазерним діодом і
прочитуються фотодетектором. Проте існує не- скільки відмінностей:

1. Впадини меншого розміру (0,4 мікрона замість 0,8 мікрона, як у
обычно- го компакт-диска).

2. Щільніша спіраль (0,74 мікрона між доріжкам і замість 1,6 мікрона).

3. Червоний лазер (з довжиною хвилі 0,65 мікрона замість 0,78 мікрона).
У сукупності ці удосконалення дали семикратне збільшення місткості (до
4,7 Гбайт). Що прочитує пристрій для DVD 1х працює із швидкістю 1,4
Мбайт/с (швидкість роботи прочитуючого пристрою для компакт-дисків
складає 150 Кбайт/с). До нещастя, із-за переходу до червоного лазера
було потрібно DVD-програвачі з двома лазерами або з складною оптичною
системою, щоб можна було читати існуючі музичні і комп’ютерні
компакт-диски. Таким чином, не всі DVD-програвачі можуть працювати із
старими компакт-дисками. Крім того, не завжди можливо прочитування
дисків CD-R і CD-RW. Чи досить 4,7 Гбайт? Можливо. Якщо використовувати
стиснення MPEG-2 (стандарт IS 13346), DVD-диск об’ємом 4,7 Гбайт може
вміщати повноекранний відеозапис на 133 хвилини з високою роздільною
здатністю (720×480) разом з озвучуванням на 8 мовах і субтитрами на 32
інших мовах. Близько 92% фільмів, знятих в Голлівуді, по тривалості
менше 133 хвилин. Проте для деяких додатків (наприклад, ігор мультимедіа
або довідкові видання) може знадобитися більше місця, а Голлівуд міг би
записувати по не- скільки фільмів на один диск. Тому було розроблено 4
формати:

1. Односторонні одношарові (4,7 Гбайт).

2. Односторонні двошарові (8,5 Гбайт).

3. Двосторонні одношарові (9,4 Гбайт).

4. Двосторонні двошарові (17 Гбайт).

Навіщо так багато форматів? Якщо говорити коротко, основна причина —
переконання компаній. Philips і Sony вважали, що потрібно випускати
односторонні диски з подвійним шаром, а Toshiba і Time Warner хотіли
проводити двосторонні диски з одним шаром. Philips і Sony думали, що
покупці не захочуть перевертати диски, а компанія Time Warner вважала,
що якщо помістити два шари на одну сторону диска, він не працюватиме.
Компромісне рішення — випускати всі варіанти, а ринок вже сам визначить,
який з варіантів виживе. При двуслойній технології на нижній шар, що
відображає, поміщається шар, що напіввідображає. Залежно від того, де
фокусується лазер, він відображається або від одного шару, або від
іншого. Щоб забезпечити надійне прочитування інформації, впадини і
площадка нижнього шару повинні бути трохи більше за розміром, тому його
місткість трохи менше, чим у верхнього шару. Двосторонні диски
створюються шляхом склеювання двох односторонніх дисків по 0,6 мм. Щоб
товщина всіх версій була однаковою, односторонній диск завтовшки 0,6 мм
приклеюється до порожньої підкладки (можливо, в майбутньому ця под- DVD
був розроблений корпорацією, що складається з 10 компаній по виробництву
побутової техніки, сім з яких були японськими, в тісній співпраці з
головними студіями Голлівуду (японські компанії були власниками деяких з
цих студій). Ні комп’ютерна, ні телекомунікаційна промисловість не були
залучені в розробку, і в результаті упор був зроблений на використання
DVD для видеопрокатов і розпродажів. Перерахуємо деякі стандартні
особливості DVD: можливість виключати непристойні сцени з фільму (щоб
батьки могли перетворювати фільм типу NC17 у фільм, який можна дивитися
дітям), шестиканальний звук, підтримка для перемасштабування. Остання
особливість дозволяє DVD-програвачу вирішувати, як обрізати правий і
лівий край фільмів (у яких співвідношення ширини і висоти 3:2) так, щоб
вони підходили до сучасних телевізорів (з форматом 4:3). Ще одна
особливість, яка, ймовірно, ніколи не прийшла б в голову розробникам
комп’ютерних технологій, — навмисна несумісність дисків для Сполучених
Штатів і для європейських країн і інші стандарти для інших континентів.
Голлівуд ввів таку систему, тому що нові фільми завжди спочатку
випускаються на екрани в Сполучених Штатах і лише після появи відеокасет
відправляються до Європи. Це робиться для того, щоб європейські магазини
відеопродукції не могли купувати відеозаписи в Америці дуже рано
(внаслідок цього міг скоротитися об’єм продажів нових фільмів в Європі).
Якби Голлівуд стояв во главі комп’ютерної промисловості, то в Америці
були б дискети 3,5 дюйма, а в Європі — 9 см. Оскільки DVD-диски
користуються великою популярністю, можливо, що і швидкому часі диски
DVD-R (на яких можливий запис інформації) і DVD-RW (на яких можливий
перезапис інформації) стануть продуктами масового споживання. Проте
успіх DVD не гарантований, оскільки кабельні компанії планують
доставляти фільми декілька іншим способом — по кабелю, і боротьба вже
почалася.

21. Накопичувачі на магнітооптичних дисках

Магнитооптические съемные диски. Магнитооптические диски применяются для
резервирования данных и для хранения редко используемых данных. Они
значительно удобнее кассет стримера, поскольку пользователь может
работать с такими дисками как с обычными жесткими дисками, только
съемными и несколько более медленными. Дисководы для магнитооптических
дисков выпускаются емкостью от 230 Мбайт до 4,6 Гбайт. Наиболее
популярны относительно дешевые модели для дисков размером 3,5 дюйма и
емкостью диска 230 или 640 Мбайт. А более дорогие дисководы большой
емкости (2,6 и 4,6 Гбайта) лишь немного уступают в быстродействии
жестким дискам.

22. Накопичувачі на магнітній стрічці

Стримеры. Для создания резервных копий информации, размещенной на
жестких дисках компьютера, широко используются cmpuмеры — устройства для
записи информации на кассеты (картриджи) с магнитной лентой (см. рисунок
слева). Стримеры просты в использовании и обеспечивают самое дешевое
хранение данных. Разные стримеры отличаются по емкости (от 20 Мбайт до
40 Гбайт на одной кассете), типу используемых кассет, исполнению
(внутреннему или внешнему), интерфейсу, скорости чтения-записи данных
(от 100 Кбайт/с до 5 Мбайт/с и более), надежности записи на ленту и т.д.
В продаже имеются стримеры самого разного назначения — от недорогих мода
лей, рассчитанных на потребности индивидуальных пользователей, не очень
быстрых и надежных стримеров с автоматической сменой касет, используемых
для резервирования десятков и сотен Гбайт данный

24. Відеотермінальні пристрої

Відеотермінал складається з відеомонітора (дисплея) і відеоконтроллера
(адаптера).Відеомонітори — пристрої відображення текстової і графічної
інформації на екрані. Екрани можуть бути на основі:

1) електропроменевих трубок — ЭЛТ (у стандартних ПК);

2) рідкокристалічними (на плоскому екрані в портативних і промислових
ПК).

Дисплей на базі ЭЛТДо складу монітора входять:

==> панель ЭЛТ;

==> блок розгорток;

==> відеопідсилювач;

==> блок живлення і ін.

Залежно від виду керівника променем сигналу монітори аналогові і
цифрові. Аналогові монітори дозволяють якісніше з великою кількістю
півтонів і колірних відтінків формувати зображення. Важливою
характеристикою монітора є частота його кадрової розгортки. Зміна кадрів
з частотою 25 Гц сприймається оком як безперервне зображення, але очі
при цьому із-за мерехтіння екрану втомлюються. Для більшої стійкості
зображення і зниження втоми очей у якісних моніторів частота зміни
кадрів підтримується на рівні 70-80 Гц, а частота рядкової розгортки
досягає 40-50 КГц. Оскільки частота розгорток в моніторі повинна бути
узгоджена з частотою відеоадаптера, зручніші мультичастотні монітори з
частотами, що кадруються і рядковою розгортокою відповідно 50 120 Гц і
30 60 КГц. Рядкова розгортка може бути відрядковою і черезстрочною.
Черезстрочна розгортка дозволяє одержати ту, що велику вирішує
здатність, але удвічі знижує фактичну кадрову частоту, тобто збільшує
мерехтіння екрану. Режими роботи і що вирішує здатність моніторів
Відеомонітори звичайно можуть працювати в двох режимах: текстовому і
графічному.У текстовому режимі зображення на екрані монітора складається
з символів розширеного ASCII коду, що формуються знакогенератором
(можливі примітивні малюнки, гістограми, рамки, складені з символів
псевдографіки).У графічному режимі на екран виводяться складніші
зображення і написи з різними шрифтами і розмірами букв, що формуються з
окремих мозаїчних елементів — пікселів (pixel -Picture
Element).Роздільна здатність актуальна в графічному режимі і пов’язана з
розміром пікселів. Вона визначається максимальною кількістю пікселів
тих, що розміщуються по горизонталі і вертикалі на екрані. Роздільна
здатність залежить від характеристик як відеоадаптера, так і монітора.
Стандартні значення роздільної здатності сучасних моніторів: 640 480;
800 600; 1024 768; 1600 1200, але реально можуть бути і інші значення.
Важливою характеристикою монітора, що визначає чіткість зображення, є
розмір зерна люмінофора екрану. Величина зерна має значення від 0,41 до
0,18 мм. Спільно з ПЕВМ типу IBM PC можуть використовуватися як
монохромні, так і кольорові монітори.

Відеоконтроллер

Відеоконтроллери є внутрішньосистемними пристроями монітора, що
безпосередньо управляють, і виведенням інформації на екран.
Відеоконтроллер містить:

схему управління ЭЛТ;

растрову пам’ять (відеопам’ять), що зберігає відтворну на екрані
інформацію і що використовує поле відеобуфера в ОЗУ;

змінні мікросхеми ПЗП (матриці знаків);

порти введення/виведення.

Загальноприйнятий стандарт формують наступні відеоконтроллери:

1. Hercules — монохромний графічний адаптер;

2. MDA — монохромний дисплейний адаптер;

3. MGA — монохромний графічний адаптер;

4. GGA — кольоровий графічний адаптер;

5. EGA — поліпшений графічний адаптер;

6. VGA — відеографічний адаптер (відеографічна матриця);

7. SVGA — поліпшений відеографічний адаптер;

8. PGA — професійний графічний адаптер.

Параметр MGA GGA EGA VGA SVGA

1. Роздільна здатність, пікселя по горизонталі і вертикалі 720×350
640x200320x200 640x350720x350 720x350640x480 800×600

1024×768

2. Число кольорів

216 16 16256 16256

3. Число рядків і стовпців (у текстовому режимі) 80×25 80×25 80×25
80x2580x50 80x2580x50

4. Місткість відеобуфера, Кбайт 64 128 128/512 256/512 512/1024

5. Число сторінок в буфері (у текстовому режимі) 1 4 4-8 8 8

6. Розмір матриці символів, пікселі по горизонталі і вертикалі 14×9 8×8
8x814x8 8x814x8 8x814x8

7. Частота кадрів, Гц 50 60 60 60 60

 

Відеоконтроллери SVGA або VESA з об’ємом відеопам’яті 1-2 Мбайта
забезпечують роздільну здатність 1280 1024 пікселів. Відеокарта Twin
Turbo — 128M2 має відеопам’ять місткістю 2 Мбайта (з можливістю
нарощувати її до 4 Мбайт), дві 64-розрядні шини даних (що спільно з
шиною PCI дозволяє організувати 128-розрядну передачу даних із швидкістю
кольоровості, що не змінюється при зміні режиму, з 256 до 65000 колірних
відтінків), функцію миттєвого лінійного масштабування зображення на
екрані.

25. Відеомонітори на базі ЭЛТ

Монохромні монітори

Монохромні монітори значно дешевше за кольорових, але мають велику
роздільну здатність. Серед монохромних моніторів
використовуються:монохромні монітори прямого управління — забезпечують
високу роздільну здатність при відображенні текстових і псевдографічних
символів, але не призначені для формування графічних зображень і
працюють спільно тільки з монохромними відеоконтроллерами;композитні
монохромні монітори — забезпечують якісне відображення і символьної, і
графічної інформації при спільній роботі з кольоровим графічним
адаптером (видають монохромне зелене або Янтарне зображення).

Кольорові монітори

Як кольорові монітори використовуються:композитні кольорові монітори і
телевізори — забезпечують колір і графіку, але мають низьку роздільну
здатність;кольорові RGB монітори — найякісніші, мають високу роздільну
здатність графіки і кольору. Для кожного з кольорів (червоного, зеленого
і синього) використовують свій дріт, а в композитних всі три колірні
сигнали передаються по одному дроту. RGB монітори працюють спільно з
кольоровим графічним контроллером.Для настільних комп’ютерів
використовуються різні типи відеомоніторів:

CD (Color Display — кольоровий дисплей) ;

ECD (Enhanced CD — поліпшений CD);

PGS (Professional Grafics System — професійна графічна система).

Найбільшу роздільну здатність з хорошою передачею півтонів мають
монохромні композитні монітори з чорно-білим зображенням типу «Paper
White», використовувані в настільних видавничих системах. Їх роздільна
здатність при спільній роботі з відеоконтроллером SVGA — 1280 1024
пікселів. Серед інших характеристик слід зазначити наявність плоского
екрану, що має велику прямокутність і менші відблиски, рівень
високочастотних випромінювань збільшується із збільшенням смуги частот
відеосигналу. Монітори з низьким рівнем випромінювання мають маркіровку
LR (Low Radiation). Монітори захистом від статичної електрики
маркіруються AS. Монітори що мають систему енергопостачання маркіруються
як G.

Монітори для IBM PC

Параметр CD ECD PGS

1. Роздільна здатність, пікселі по горизонталі і вертикалі 640×200
800×600 1024×768

2. Число кольорів 16 64 256

3. Частота кадрів, Гц 60 60 60

4. Смуга відеопідсилювача, Мгц 15 16 30

5. Відеоконтроллер CGA EGA VGA

28.Модеми

Модем — це пристрій призначений для під’єднання комп’ютера до звичайної
телефонної лінії. Назва походить від скорочення двох слів — МОдуляція та
ДЕМодуляція.

Комп’ютер виробляє дискретні електричні сигнали (послідовності двійкових
нулів та одиниць), а по телефонних лініях інформація передається в
аналоговій формі (тобто у вигляді сигналу, рівень якого змінюється
безперервно, а не дискретно). Модеми виконують цифрово-аналогове й
обернене перетворення. При передачі даних модеми накладають цифрові
сигнали комп’ютера на безперервну носійну частоту телефонної лінії
(модулюють її), а при їх прийманні демодулюють інформацію і передають її
в цифровій формі в комп’ютер. Модеми передають дані по звичайних, тобто
комутованих, телефонних каналах зі швидкістю від 300 до 56 000 біт за
секунду, а по орендованих (виділених) каналах ця швидкість може бути і
вищою. Окрім того, сучасні модеми здійснюють стиснення даних перед
відправленням, і відповідно, реальна швидкість може перевищувати
максимальну швидкість модему.

За конструктивним виконанням модеми бувають вбудованими (вставляються в
системний блок комп’ютера в один із слотів розширення) і зовнішніми
(підключаються через один із комунікаційних портів, маючи окремий корпус
і власний блок живлення). Однак без відповідного комунікаційного
програмного забезпечення, найважливішою складовою якого є протокол,
модеми не можуть працювати. Найбільш поширеними протоколами модемів є
v.32 bis, v.34, v.42 bis та інші.

Сучасні модеми для широкого кола користувачів мають вбудовані можливості
відправлення і отримання факсимільних повідомлень. Такі пристрої
називаються факс-модемами. Також є можливість підтримки мовних функцій,
за допомогою звукового адаптеру.

29. Принтери

Пристрої друку призначені для виводу інформації на папір.Інформація є
двох типів: текстова, графічна.

Мал.4.

Принтери бувають трьохтипів:

1.Матричні (гольчаті) спосіб друку на якому а) текстовий (подібен до
виводу символів на моніторз клавіатури),б)графічний (голки вдаряють по
красячій плівці та виводить зображення на папір).

2.Струмні принтери відображають інформацію на папері шляхом нанесення на
папір красячої речовини, яка зберігається в головці та виприскується з
форсунок.

3.Лазерні принтери забезпечують найліпшу швидкість та зображення, спосіб
друку відтиск порошком на папері .

30. Матричні принтери

До недавнього часу були найпоширенішими пристроями виведення інформації,
оскільки лазерні були дорогими, а струменеві мало надійними. Основною
перевагою є низька ціна та універсальність, тобто спроможність друкувати
на папері любої якості.

Принцип дії. Друкування відбувається за допомогою вбудованої у друкуючий
вузол матриці, що складається з декількох голок. Папір втягується у
принтер за допомогою валу. Між папером та друкуючим вузлом
розташовується фарбуюча стрічка. При ударі голки по стрічці, на папері
з’являються точки. Голки, що розташовані у друкуючому вузлі керуються
електромагнітом. Сам друкуючий вузол пересувається по горизонталі і
керується кроковим двигуном. Під час просування друкуючого вузла по
рядку, на папері з’являються відбитки символів, складених із точок. В
пам’яті принтера містяться коди окремих літер, знаків тощо. Ці коди
визначають, які голки і в який момент слід активізувати для друкування
певного символу. Матриця може мати 9, 18 або 24 голки. Якість друкування
9-голковими принтерами невисока. Для підвищення якості, можливе
друкування 2-х та 4-х кратним проходженням по рядку. Матриця з 24
голками є стандартом для сучасних матричних принтерів. Голки розташовані
у два ряди по 12 у кожному. Якість друкування значно вище. Матричні
принтери дозволяють друкувати відразу декілька копій документа. Для
цього аркуші перекладають копіювальною калькою. Матричні принтери не
вимогливі і можуть друкувати на поверхні любого паперу — картках з
картону, рулонному папері тощо.

31. Струменеві принтери

Перші струменеві принтери випустила фірма Hewlett Packard. Принцип дії
подібний до принципу дії матричних принтерів, але замість голок у
друкуючому вузлі розташовані капілярні розпилювачі та резервуар із
чорнилом. У середньому, число розпилювачів від 16 до 64, але існують
моделі, де кількість розпилювачів сягає для чорних чорнил до 300, а для
кольорових до 416. Резервуар із чорнилами може розташовуватися окремо і
через капіляри з’єднуватись з друкуючим вузлом, а може бути вбудованим у
друкуючий вузол і замінятись разом із ним. Кожна конструкція має свої
недоліки та переваги. Вбудований у друкуючий вузол резервуар являє собою
конструктивно окремий пристрій (картридж), який дуже легко замінити.
Більшість сучасних струменевих принтерів дозволяють використовувати
картриджі для чорно-білого та кольорового друку.

Принцип дії. Існує два методи розпилення чорнила: п’єзоелектричний метод
та метод газових пухирців. У кожному розпилювачі п’єзоелектричного вузла
встановлено плоский п’єзоелемент, що зв’язаний з діафрагмою. При друці
він стискує й розтискує діафрагму, викликаючи розпилення чорнил через
розпилювач. При попаданні потоку аерозолю на носій, друкується точка
(використовується в моделях принтерів фірм Epson, Brother). При методі
газових пухирців, кожний розпилювач обладнано нагріваючим елементом.
Якщо через цей елемент проходить мікросекундний імпульс току, чорнила
нагріваються до температури кипіння, і утворюються пухирці, які
витискують чорнила з розпилювача, що утворюють відбитки на носії
(використовується в моделях принтерів фірм Hewlett Packard, Canon).

Кольоровий друк виконується шляхом змішування різних кольорів у певних
пропорціях. Переважно, у струменевих принтерах реалізується колірна
модель CMYK (Cyan-Magenta-Yellow). Змішування не може надати чистий
чорний колір і тому в складову входить чорний колір (Black). При
кольоровому друкуванні картридж містить 3 або 4 резервуари з чорнилами.
Друкуючий вузол проходить по одному місцю аркуша декілька разів, додаючи
потрібну кількість чорнил різного кольору. Після змішування чорнил, на
аркуші з’являється ділянка потрібного кольору.

32. Лазерні принтери

Сучасні лазерні принтери дозволяють досягнути найбільш високої якості
друку. Якість наближена до фотографічної. Основний недолік лазерних
принтерів є висока ціна, але ціни мають тенденцію до зниження.

Принцип дії. У більшості лазерних принтерів використовується механізм
друкування, як у копіювальних апаратах. Основним вузлом є рухомий
барабан, що наносить зображення на папір. Барабан являє собою металічний
циліндр, що покритий шаром напівпровідника. Поверхня барабана статично
заряджається розрядом. Промінь лазера, що скерований на барабан, змінює
електростатичний заряд у точці попадання і створює на поверхні барабана
електростатичну копію зображення. Після цього, на барабан наноситься шар
фарбуючого порошку (тонера). Частки тонера притягаються лише до
електрично заряджених точок. Папір втягується з лотка і йому передається
електричний заряд. При накладанні на барабан, аркуш притягає на себе
частки тонера з барабана. Для фіксації тонера, папір знов заряджається й
проходить між валами, нагрітими до 180 градусів. По закінченні, барабан
розряджається, очищується від тонера і знов використовується.

При кольоровому друці зображення формується змішуванням тонерів різного
кольору за 4 проходження аркуша через механізм. За кожен прохід на папір
наноситься певна кількість тонера одного кольору. Кольоровий лазерний
принтер є складним електронним пристроєм з 4 резервуарами для тонера,
оперативною пам’яттю, процесором та жорстким диском, що відповідно
збільшує його габарити та ціну.

33. Сканери. Типи Сканерів

Сканер — це пристрій, який дає змогу вводити в комп’ютер чорно-біле або
кольорове зображення, прочитувати графічну та текстову інформацію.
Сканер використовують у випадкові, коли виникає потреба ввести в
комп’ютер із наявного оригіналу текст і/або графічне зображення для його
подальшого оброблення (редагування і т.д.). Введення такої інформації за
допомогою стандартних пристроїв введення потребує багато часу і праці.
Сканована інформація потім обробляється за допомогою спеціального
програмного забезпечення (наприклад, програмою FineReader) і
зберігається у вигляді текстового або графічного файлу.

Принцип дії. Основним елементом сканера є CCD-матриця (Charge Coupled
Device — пристрій із зарядовим зв’язком) або PMT (PhotoMultiplier Tube —
фотомножник). Колби-фотомножники використовуються лише у складних і
дорогих барабанних професійних сканерах, тому доцільніше розглядати
принцип дії сканерів із CCD-матрицею. CCD-матриця — це набір діодів, що
реагують на світло при дії зовнішньої напруги. Від якості матриці
залежить якість розпізнавання зображення.

Дешеві моделі розпізнають наявність/відсутність кольору, складні моделі
— відтінки сірого кольору, ще складніші — всі кольори. Аркуш, що
сканується, освітлюється ксеноновою лампою або набором світлодіодів.
Відбитий промінь за допомогою системи дзеркал або лінз проектується на
CCD-матрицю. Під дією світла та зовнішньої напруги, матриця генерує
аналоговий сигнал, що змінюється при переміщенні відносно неї аркуша та
інтенсивності відображення різних елементарних фрагментів. Сигнал
подається на аналогово-цифровий перетворювач, де він оцифровується
(представляється у вигляді набору нулів та одиниць) і передається у
пам’ять комп’ютера. Існує два способи сканування: переміщення аркуша
відносно нерухомої CCD-матриці або переміщення світлочутливого елемента
при нерухомому аркуші.

Класифікація сканерів. Існує чимало моделей сканерів, що різняться
методом сканування, допустимим розміром оригіналу та якістю оптичної
системи. За способом організації переміщення зчитуючого вузла відносно
оригіналу сканери поділяються на планшетні, барабанні та ручні. У
планшетних сканерах оригінал кладуть на скло, під яким рухається
оптико-електронний зчитуючий пристрій. У барабанних сканерах оригінал
через вхідну щілину втягується барабаном у транспортний тракт і
пропускається повз нерухомий зчитуючий пристрій. Барабанні сканери не
дають змоги сканувати книги, переплетені брошури тощо. Ручний сканер
необхідно плавно переміщувати вручну по поверхні оригіналу, що не дуже
зручно. При систематичному використанні краще мати, хоча і дорожчий,
настільний планшетний сканер.

35. Плоттери.Типи плоттерів

Плоттери використовуються для виводу графічної інформації на паперовий
чи інші носії інформації. Його ще називають графопобудовувачем. З а
допомогою плоттерів різними, технологіями виводяться графічні зображення
великого формату такого як А1, а також і інших – менших.

Плоттери бувають різних типів зокрема:

1- піряні плоттери

2- струменні

3- електростатичні

4- плоттери на основі термопередачі

6- світлодіодні (лазерні) плоттери

Пір’яні плоттери (PEW PLOTTER).

Пір’яні плоттери – це електромеханічні пристрої векторного типу. Як
правило на пір’яних плоттерах виводять графічні зображення, векторні
т.д.

ПП. Створюють зображення за допомогою пишучих елементів, які називають
перами. Пера бувають одноразові і багаторазові. Крім того допускається
перезарядження.

ПП. Бувають двоє типів:

-1- планшетні – в них папір не рухомий, а перо переміщається по всій
площині зображення;

-2- барабанні (рулонні) – перо переміщається вздовж однієї з осей
координат, а папір – вздовж іншої за рахунок захворювання транспортним
валом.

Струменевіі плоттери

Принцип роботи струменевих плотерів починає в напрямленому розчиненні
чорнила на папір за допомогою сотень дрібних форсунок одноразової
друкуючої голівки. Кожній форсунці відповідає окремий мікроскопічний
нагріваючий елемент (терморезистор). Друкуючі голівки можуть бути також
кольоровими і мати відповідне число груп форсунок. Струминні плоттери
мають переваги за рахунок простоти, високої якості, низької потужності
споживання, висока швидкість друку, доступна ціна.

Електростатичні плоттери.

Електростатичні плоттери мають принцип роботи на основі схованого
електричного зображення на поверхні спеціального електростатичного
паперу поверхня якого покрита тонкими шаром діелектрика, а основа
просочена солями для забезпечення необхідної вологості і
електропровідності.

Електростатичні плоттери є високопродуктивним і якісними, щодо утворення
зображення. Електростатичні плоттери використовуються користувачами у
яких високі вимоги до продуктивності і якості. Їх використовують при
високій автоматизації проектних робіт, в потужних організаціях і в
геоінформаційних системах.

Плоттери прямого виводу зображення.

Зображення в таких плоттерах створюються на спеціальному термопапері
довгою гребінкою мініатюрних нагрівачів.

Термопапір – це папір пресований теплочутливою речовиною. Термопапір як
правило подається з рупору, він рухається вздовж гребінки і змінює колір
в місцях нагрівання.

Зображення одержується високої якості, але лише монохромним.

Плоттери прямого виводу зображення використовуються при розв’язані
прикладних задач від інжереного проектування. Міського планування,
архітектури, електросхемотежніки та ін.

Лазерні плоттери.

Дані плоттери основані на технології покладеної на основі фізичних
процесів внутрішнього фотоефекту у світлочуттєвих напівпровідникових
шарах.

Проміжний носій зображення у темряві заряджений до потенціалу 100 Вт, а
промінь світла знімає цей заряд створюючи електростатичне зображення, що
механічним шляхом притягує намагнічений тонер на папір.

Після цього папір з тонером проходить через нагрівач і частки тонера
запікаються створюючи зображення.

Лазерні плоттери найчастіше використовуються в тих аспектах коли високі
вимоги до якості і результативності, але не потрібно кольорового
зображення. Найчастіше це є архітектура, технічні розробки, картографія
та інше.

37. Програмне забезпечення комп’ютера

Програмне забезпечення (ПЗ) – є спеціально-організований складний
програмний комплекс, який призначений для отримання проектних розв’язків
в автоматизованому режимі.

До складу ПЗ відносяться:

програмні системи;

прикладні;

сервісні програми, всі які забезпечують цілісне функціонування
технічного забезпечення та проектування.

Вимоги до ПЗ:

забезпечення одноразової автоматичної передачі між всіма компонентами;

максимальне застосування спеціальних мовних засобів близьких до мови
проектування;

простота подання результатів проектування;

можливість спостереження за ходом проектування та оперативного втручання
в нього;

автоматичне внесення необхідних змін в список об’єктів проектування.

ПЗ поділяють на:

загальносистемне;

та прикладне.

Основними компонентами загальносистемного ПЗ являються: операційні
системи, які вирішують задачі взаємозв’язаного функціонування окремих
компонентів.

Існують 4 типи операційних систем:

операційні системи пакетної обробки: порівняно велика швидкість логічних
і автоматичних операцій, але в свою чергу мала швидкість вводу і виводу
завантаженість процесора на 20 – 30%.

операційна система з розподілом задач по часу (організовується черга
вводу і виходу задач, і обслуговується до 15 користувачів і процесор
завантажений на 80-90%).

операційна система реального часу, використовується для керування
різними процесами.

сучасні операційні системи, які використовуються на переносних
комп’ютерах: MS-DOS: OS/2: UNIX, PS-DOS.

Розробка ППЗ здійснюється за наступним алгоритмом:

побудова автоматичної моделі (якихось меблевих виробів або відповідних
технічних процесів).

розробка алгоритму.

реалізація алгоритму за допомогою мовних засобів.

Системне програмне забезпечення

Системне ПЗ призначено для управління роботою комп’ютера, розподілу його
ресурсів, підтримки діалогу з користувачами, надання їм допомоги в
обслуговуванні комп’ютера, а також для часткової автоматизації розробки
нових програм.

Системне ПЗ — це комплекс програм, багато з яких постачаються разом з
комп’ютером та документацією до неї. Системне ПЗ можна розділити на три
основні частини: операційні системи (ОС), системи програмування та
сервісні програми.

Операційна система — це комплекс програм, які призначені для керування
роботою машини і організації взаємодії користувача з ПК.

Програмні модулі ОС, як правило, зберігаються на магнітних дисках та в
міру необхідності передаються до оперативної пам’яті для виконання.
Однак деяка частина ОС, яку називають ядром чи супервізором операційної
системи, після вмикання комп’ютера та ініціалізації системи постійно
знаходиться в оперативній пам’яті. Самі ці програми одержали назву
резидентних програм.

На одному ПК можуть використовуватися декілька різних ОС.

Системи програмування призначені для полегшення та для часткової
автоматизації процесу розробки та відлагодження програм. Основними
компонентами цих систем є транслятори з мов високого рівня, наприклад,
Паскаль, Сі, Бейсик та ін. Особлива роль належить Ассамблерам. Програму
мовою Ассамблера називають машинно-орієнтованою. Мовою Ассамблера
користуються, як правило, системні програмісти.

Сервісні програми розширюють можливості ОС. Їх, звичайно, називають
утілітами. Утіліти дозволяють, наприклад, перевірити інформацію у
шістнад-цятковому коді, яка зберігається в окремих секторах магнітних
дисків; організувати виведення на принтер текстових файлів у визначеному
форматі, виконувати архівацію та розархівацію файлів та ін.

39. Операційні системи

Операційна система — це комплекс програм, які призначені для керування
роботою машини і організації взаємодії користувача з ПК.

Різні операційні системи, до яких відносять OC MS-DOS, OC Windows, OC
Linux, OC Unix та багато інших не таких популярних, використовують ті чи
інші можливості обслуговування компонентів комп’ютера і організації
діалогу з користувачем. До числа основних характеристик операційних
систем відносяться: розрядність, підтримка багатопроцесорності,
багатозадачності, підтримка багатокористувацького режиму.

Розрядність операційної системи показує, яку розрядність внутрішньої
шини даних центрального процесора здатна підтримувати операційна
система. Розрядність операційної системи говорить про те, з якими
програмами вона буде працювати. Всі сучасні операційні системи
підтримують 32-розрядний інтерфейс прикладних програм.

Багатозадачність. З точки зору керування виконання додатку, розрізняють
однозадачні і багатозадачні операційні системи. Однозадачні операційні
системи (нааприклад DOS) передають всі ресурси обчислювальної системи
одному виконуваному додатку і не допускають ні паралельного виконання
іншого додатку (повна багатозадачність), ні зупинки і запуску іншого
додатку (витісняюча багатозадачність).

Більшість сучасних операційних систем – багатозадачні. Вони керують
розприділенням ресурсів обчислювальної системи між задачами і
забезпечують:

можливість одночасної чи послідовної роботи декількох додатків;

можливість обміну між додатками;

можливість спільного використання програмних, апаратних і інших ресурсів
обчислювальної системи декількома додатками.

Багатопролцесорність – це здатність операційної системи, центрального
процесора і системних контролерів комп’ютера обслуговувати одночасно
роботу декількох процесорів. Багатопроцесорна операційна система
забезпечує контроль одночасної паралельної роботи декількох процесорів
над виконанням однієї і тієї ж задачі.

Переносимість операційної системи – це можливість операційної системи
працювати на комп’ютерах, які базуються на центральних процесорах з
різною архітектурою.

40. Програмне забезпечення комп’ютера

У структурі прикладного ПЗ можна виділити: прикладні програми як
загального, так і спеціального призначення.

Прикладне ПЗ загального призначення — це комплекс програм, який одержав
широке використання серед різних категорій користувачів. Найбільш
відомими серед них є: текстові редактори, графічні системи, електронні
таблиці, системи управління базами даних та ін.

Текстові редактори дозволяють готувати текстові документи: технічні
описи, службові листи, статті та ін. Найбільш відомі такі текстові
редактори: Writer, Word.

Графічні системи багаточисельні, а їх функції — різноманітні. Серед них
можна виділити системи ділової графіки (Microsoft PowerPoint, Lotus
Freelance Graphics), художньої графіки (Раіntbrush), інженерної графіки
та автоматизованого проектування (Autodesk AutoCad), системи обробки
фотографічних зображень (Adobe Photoshop), а також універсальні графічні
системи (CorelDRAW!).

Програми роботи з електронними таблицями (ЕТ) дозволяють розв’язувати
широке коло задач, зв’язаних з числовими розрахунками. Найширше
використовують серед програм такого класу Supercalk, Місrosoft Excel та
Lotus 1-2-3.

Системи управління базами даних (СУБД) призначені для об’єднання наборів
даних з метою створення єдиної інформаційної моделі об’єкта. Ці програми
дозволяють накопичувати, обновляти, коригувати, вилучати, сортувати
інформацію, організовану спеціальним засобом у вигляді банку даних.
Найпоширеніші СУБД: dВаsе III Рlus, FохBase+, Сlірреr, Оrасlе, Ассеs,
FохРrо, Раrаdох.

Крім перерахованих систем до складу прикладного ПЗ загального
призначення слід віднести й інтегровані системи. Ці системи об’єднують у
собі можливості текстових редакторів, графічних систем, електронних
таблиць та систем управління базами даних. Головна перевага інтегрованих
систем перед окремими системами прикладного ПЗ загального призначення
полягає у тому, що вони створюють єдині правила роботи для користувача,
тобто вони мають єдиний інтерфейс як при роботі з текстом, так і при
роботі з електронними таблицями та ін. Найвідоміші серед них: Місrosoft
Works, Місrosoft Office, Lotus SmartSuite, Perfect Office.

Прикладні програми спеціального призначення використовують у специфічній
діяльності користувачів.

Функції специфічних систем залежать від їх призначення. Наприклад, для
систем навчального призначення це можуть бути інструментальні засоби для
розробки комп’ютерних уроків (гіпермедійні та гіпертекстові системи,
авторські та інші системи), імітаційне моделюючі програми навчального
призначення, програми для розробки та підтримки шкільного розкладу,
педагогічні про- грамні засоби різного призначення та ін.

41. Інструментальні програмні засоби

У будь-якій сфері повсякденної практичної діяльності користувачу рано
або пізно потрібно забезпечити виконання таких функцій, які не
забезпечуються доступними йому програмними засобами. Для розв’язання
подібних проблем і призначені системи програмування або інструментальні
програми, які забезпечують написання нових оригінальних програм.

Звичайно до складу системи програмування входять: У будь-якій сфері
повсякденної практичної діяльності користувачу рано або пізно потрібно
забезпечити виконання таких функцій, які не забезпечуються доступними
йому програмними засобами. Для дозволу подібних проблем і призначені
системи програмування або інструментальні програми, які забезпечують
написання нових оригінальних програм.

1. Транслятор — програма, що забезпечує перетворення програми, написаної
на мові високого рівня, в послідовність виконуваних машиною команд —
двійкових кодів.

За принципом роботи транслятори можуть бути компілюючого типу
(компілятори) і інтерпретуючого типу. У першому випадку компілятор
забезпечує переклад всієї програми в сукупність машинних команд.
Інтерпретатором же виконується безпосередньо програма на мові високого
рівня, оператори якої при їх виконанні послідовно перетворяться в
машинні команди.

2. Бібліотеки стандартних підпрограм, які можуть використовувати
користувачі.

3. Допоміжні програми — відладчики, редактори і т.д.

Системи програмування розрізняються головним чином по використовуваній
в них мові високого рівня. В даний час для програмування на ПЕВМ
найбільшого поширення набули наступні мови: Pascal, C, C++, Basic.

Мова С поєднує можливості мови високого рівня з можливістю ефективного
використання ресурсів, характерною раніше для програмування на
Асемблері. Проте мова С не дуже проста в освоєнні і вимагає, подібно до
Асемблера, великої акуратності і ретельності при виконанні програм.
Проте, на мові С зручно створювати вельми ефективні з погляду
використання ресурсів машини і продуктивності програми. Тому в першу
чергу така мова програмування може бути рекомендована для написання
програм, час виконання яких жорстко регламентується верхньою межею, а
також написання драйверів для спеціальних пристроїв, моделювання
(емуляції) інших мікропроцесорних пристроїв.

Подальший розвиток цієї мови — мова С++, яка реалізує принципи
об’єктно-орієнтованого програмування. В даний час широко поширені версії
цієї мови фірми Borland ( Turbo C++, Borland C++), а також фірми
Microsoft (Microsoft C++, Visual C++). Ці версії забезпечують роботу як
для MS DOS, так і для Windows.

Мова Pascal значно простіше в освоєнні (він і створювався як учбова
мова) і дозволяє проте створювати вельми складні програмні засоби, у
тому числі і що забезпечують багатовіконні меню для діалогу з
користувачем, а також графічний інтерфейс.

В даний час ниболее поширені наступні версії мови: Turbo Pascal,
Borland Pascal, Borland Pascal for Windows, розроблені фірмою Borland.

Мова Basiс була спочатку орієнтована на написання простих програм і
рекламувався як мова для програмістів, що починають. У зв’язку з цим він
дуже простий в освоєнні, але мало придатний для написання складних
програм. В даний час на сучасних моделях IBM PC ця мова використовується
досить рідко.

Похожие записи