Скачать 1.39 Mb.
|
Сравнение технологий DSTN, TFT, DFPI Первой технологией, позволившей значительно повысить качество изображения на экране ЖК-монитора, стала технология DSTN (Dual-scan Super- Twisted Nematic – сверхзакрученные нематические ячейки с двойным сканированием). Эта технология основана на использовании ЖК-ячеек с более подвижными молекулами и большим углом поворота плоскости поляризации (120° по сравнению с 90°), а также двойного сканирования строк экрана. Благодаря увеличению угла поворота плоскости поляризации света, обеспечивается более высокая контрастность изображения, а использование вещества с более подвижными молекулами и двойное сканирование снизило время реакции ЖК-ячейки до 150 мс и позволило значительно повысить частоту обновления экрана. Хотя с помощью технологии DSTN и удалось повысить качество изображения на экране ЖК-монитора, но осталась неразрешенной проблема низкой контрастности изображения, вызванная частичной активацией соседних ячеек. Устранить этот недостаток позволила так называемая технология активных ЖК-ячеек. От обычной (пассивной) ЖК-ячейки активная отличается наличием собственного электронного ключа. Такой ключ позволяет сигналом низкого уровня (около 0,7 В) коммутировать высокое (десятки вольт) напряжение. На рис. 3.23 представлены схема простейшего транзисторного ключа на биполярном транзисторе и диаграммы его работы. Использование активных ЖК-ячеек позволило значительно снизить уровень сигнала управления и тем самым решить проблему частичной засветки соседних пикселов. Поскольку электронные ключи выполняются по тонкопленочной технологии, подобные ЖК-экраны получили название TFT-экранов (Thin Film Transistor- тонкопленочный транзистор). Технология TFT была разработана специалистами фирмы Toshiba. Она позволила не только улучшить показатели ЖК-мониторов (яркость, контрастность, угол зрения и др.), но и создать на основе активной ЖК-матрицы цветной монитор. Каждый элемент такой матрицы образован тремя тонкопленочными транзисторами и триадой управляемых ими ЖК-ячеек. Каждая ячейка триады снабжена светофильтром одного из трех основных цветов: красного, зеленого или синего. Изменяя уровень поданного на транзистор управляющего сигнала, можно регулировать яркость каждой ячейки триады. Таким образом, TFT-экран ЖК-монитора состоит из таких же триад, как экран обычного монитора на основе ЭЛТ. Рис. 3.23. Схема транзисторного ключа (а) и диаграммы его работы (б) Отметим, что формирование и подача управляющего сигнала видеоадаптера на каждую ЖК-ячейку экрана - задача очень сложная. Для ее решения в состав плоскопанельного монитора входит специальная электронная схема управления - контроллер ЖК-экрана. Контроллер является самым сложным элементом ЖК-монитора. Его задача заключается в синхронизации по частоте и фазе выходных сигналов видеоадаптера и управляющих ЖК-экраном синхросигналов, формируемых схемами управления строками и столбцами (рис. 3.21а). Рассогласование этих сигналов по частоте ведет к нарушению корректности обновления строк; нарушается соответствие положения элементов растра на экране временным параметрам видеосигнала. В результате изображение пропадает либо наблюдаются такие дефекты, как дрожание растра или вертикальные линии на изображении. После выравнивания частот указанных сигналов контроллер ЖК-экрана производит их синхронизацию по фазе, что позволяет добиться необходимой фокусировки изображения и полностью устранить дрожание изображения. Помимо адресации ячеек и синхронизации изображения, контроллер ЖК-экрана выполняет преобразование видеосигнала по уровню. Необходимость в таком преобразовании обусловлена тем, что уровень сигнала, подаваемого на ЖК-ячейку, отличается от уровня выходного сигнала видеоадаптера. Часто в результате этого преобразования значительно уменьшается количество оттенков цветов, отображаемых на экране ЖК-монитора; оно оказывается меньше, чем в состоянии обеспечить видеоадаптер, исходя из объема установленной на нем видеопамяти. Анализируя методы адресации элементов ЖК-экрана, нельзя не заметить определенного сходства между ячейками ЖК-экрана и ячейками оперативной памяти. В частности, в обоих случаях весь массив ячеек разбивается на строки и столбцы, и осуществляется их независимая адресация. Обновление информации как в памяти, так и на ЖК-экране происходит построчно. В этой связи становится очевидной нерациональность использования аналогового видеосигнала для управления ЖК-экраном. Ранее, когда видеоадаптер использовался только с обычными мониторами на основе ЭЛТ, последовательный способ передачи информации являлся единственно возможным, поскольку в таком мониторе имелся единственный развертывающий элемент - электронный луч, последовательно сканировавший все элементы растра. Иначе обстоит дело в ЖК-мониторах. Контроллер ЖК-экрана вынужден выполнять дополнительные преобразования видеосигнала: из аналогового в цифровой и обратно. Такие преобразования сопровождаются появлением дополнительных искажений (в частности, упомянутым выше ограничением палитры). Налицо наличие трех лишних преобразований: цифро-аналогового в видеоадаптере, аналого-цифрового и цифро-аналогового - в контроллере ЖК-экрана. Это снижает качество изображения на ЖК-экране и значительно усложняет его конструкцию. С целью устранения промежуточных преобразований была разработана новая технология DFPI (Digital Flat Panel Initiative - цифровая инициализация плоской панели), в соответствии с которой содержимое ячеек видеопамяти передается непосредственно в ячейки ЖК-экрана. Реализация этой технологии позволяет повысить скорость обновления экрана и устранить проблему синхронизации работы контроллера экрана и видеоадаптера. Контрольные вопросы
Система внешней памяти имеет два уровня - собственно внешнюю и архивную память. В состав системы внешней памяти входят ВЗУ (их часто называют накопителями), контроллеры ВЗУ, а также носители информации. Внешняя память не имеет адресной организации; кванты информации в ней отличаются от квантов ЦП и непосредственно недоступны для обработки в ЦП. Для обработки информация из внешней памяти должна быть загружена в основную память. В качестве ВЗУ используются накопители с подвижным носителем, среди которых наиболее распространены накопители на магнитных дисках (НМД), оптических дисках (НОД), магнитных лентах и накопители с неподвижным носителем - ВЗУ на основе цилиндрических магнитных доменов. Информация во ВЗУ может располагаться в виде линейной последовательности блоков либо в виде двумерного массива. В этой связи различают накопители с последовательным доступом (НМЛ) и накопители с прямым доступом. ВЗУ принято характеризовать следующими параметрами:
В наиболее быстродействующих на сегодня системах AT=0.5-2 мс (CD-ROM до 200 мс).
Максимальная емкость 5,25-дюймовых накопителей увеличилась от 5 и 10 Мбайт (1982 г.) до 300 Гбайт и более для 3,5-дюймовых накопителей половинной высоты (Maxtor MaXLine II). Емкость 2,5-дюймовых дисководов с высотой не более 12,5 мм, которые используются в портативных компьютерах, выросла до 80 Гбайт (Hitachi Travelstar 80GN).
Перечисленные параметры являются «внешними» характеристиками ВЗУ, которые интересуют пользователя. Эти внешние характеристики определяются внутренними, среди которых наиболее важной является информационная плотность записи. Под плотностью записи понимают число бит информации, записанных на единице поверхности носителя; это поверхностная плотность записи. Различают также продольную плотность (бит/мм), т.е. число бит на единице длины носителя вдоль вектора скорости его перемещения и поперечную плотность (бит/мм), т.е. число бит на единице длины носителя в направлении перпендикулярном вектору скорости . Плотность записи определяет геометрические размеры накопителя, параметры его быстродействия, а также объем памяти. В свою очередь, информационная плотность записи определяется принципами регистрации информации на носителе, материалами, конструктивными особенностями и технологией изготовления как носителя, так и средств записи-считывания.
Наиболее распространенными способами регистрации информации на ВЗУ является магнитная и оптическая запись на поверхности подвижного носителя и запись информации в МД-структурах.
Запись и считывание информации происходят в процессе взаимодействия магнитного покрытия, т.е. «поверхности носителя» и магнитной головки (МГ). МГ представляет собой электромагнит, сердечник которого выполнен из магнитомягкого материала, обладающего малой коэрцитивной силой и большим значением индукции насыщения, и токовых обмоток. Слой носителя, в котором происходит непосредственная регистрация информации и ее хранение, выполняется из магнитотвердого материала со сравнительно большими значениями коэрцитивной силы и остаточной индукции (Hc=12000-80000А/м, Bm=0,1-0,6Тл). Материал магнитного покрытия носителя можно представить в виде множества хаотически расположенных магнитных доменов, ориентация которых изменяется под действием внешнего магнитного поля. ВЗУ используют для записи информации два противоположных состояния намагниченности. Домены материала образуют более крупные единицы участков поверхности - магнитные биты (или магнитные триггеры - МТ), которые более устойчивы к магнитным помехам и поэтому способны надежно сохранять свое состояние намагниченности. Размер МТ есть произведение его ширины на длину. Ширина МТ равна ширине дорожки (ширине головки). Между дорожками имеется интервал, чтобы исключить влияние соседних дорожек, поэтому эффективная ширина бита равна расстоянию между дорожками. На минимальную длину магнитного триггера (бита) влияют следующие факторы:
Наряду с минимальной длиной магнитного триггера вторым критическим параметром оказывается порог силы магнитного поля, необходимого для намагничивания поверхностного покрытия (коэрцитивная сила). Минимальный размер участков МТ делается все меньше, что позволяет упаковать больше битов. Коэрцитивная сила повышается, что позволяет образовать на поверхности устойчивые магнитные участки. Современные ВЗУ используют для записи информации два противоположных состояния намагниченности. МТ ориентируются вдоль силовых линий внешнего магнитного поля и, благодаря высокому значению коэрцитивной силы материала, сохраняют полученную ориентацию в течение длительного времени после окончания действия магнитного поля. Внешнее магнитное поле создается магнитной головкой при записи. Если поле МГ ориентирует МТ в плоскости носителя, то запись называется горизонтальной (рис. 4.1б в), если поле МГ ориентирует МТ перпендикулярно плоскости носителя, то - вертикальной (рис.4.1г, д). а б в г д Рис. 4.1. Горизонтальная и вертикальная записи на магнитной поверхности Из двух методов записи сейчас наиболее распространена горизонтальная запись. Поскольку каждый из методов записи может использовать лишь два состояния намагниченности покрытия, то для регистрации информации особое значение приобретают переходы от одного состояния к противоположному состоянию. Этот переход является «отпечатком», который может быть обнаружен с помощью МГ чтения.
МГ записи представляет собой магнитопровод из магнитомягкого материала с зазором. На этом магнитопроводе размещается обмотка, в которую подается ток записи Iw, как показано на рис. 4.2а. а) б) Рис. 4.2. Горизонтальная магнитная запись При протекании тока Iw по обмотке МГ в магнитопроводе создается магнитный поток, который замыкается через зазор “g”. Поскольку магнитное сопротивление зазора “g” велико, то поток частично замыкается через магнитный слой носителя толщиной “s” , отстоящий от зазора головки на расстоянии “d”. Этот боковой магнитный поток МГ приводит к изменению ориентации доменов (и МТ) в запоминающем слое. Ориентация МТ будет изменяться на противоположную при изменении направления тока в обмотке записи. На рис. 4.2б показано воздействие тока на различные участки носителя при его движении. При равномерном движении сохраняется пропорциональная зависимость между временем протекания тока в МГ и перемещением носителя. В результате в магнитном слое остаются отпечатки в тех местах носителя, которые находились под МГ записи в моменты переключения тока Iw. Каждый такой отпечаток соответствует переходу (границе) между участками носителя с противоположными состояниями намагниченности. Количество переходов, которые могут быть размещены на единице площади носителя, называют физической плотностью записи. Предельное значение физической плотности записи зависит от метода магнитной записи (вертикальной или горизонтальной), величины зазора в МГ и ее конструкции, расстояния между МГ и покрытием носителя, от характеристик магнитного материала носителя и ряда других факторов. МГ чтения позволяет определять моменты времени, когда при движении носителя под ней оказываются границы между участками с противоположными состояниями намагниченности носителя. Магнитный поток, создаваемый доменами носителя (МТ), частично замыкается через магнитопровод МГ чтения. При прохождении под МГ чтения отпечатка потокосцепление ее обмотки изменяется, и в ней наводится ЭДС. Величина ЭДС считывания Ur, согласно закону Фарадея, пропорциональна скорости изменения потока Ф, т.е. Ur=-k(dФ/dt). На рис. 4.3а показано формирование ЭДС самоиндукции, которая создает напряжение Ur на сопротивлении нагрузки. Закон изменения Ur показан на рис. 4.3б. а) б) Рис. 4.3. ЭДС самоиндукции создаёт напряжение Ur на сопротивлении r Уменьшение длительности импульса воспроизведения может быть достигнуто путем уменьшения зазора в головке g , толщины магнитного покрытия s, расстояния d и длины перехода между соседними участками с противоположными направлениями намагниченности. Длина перехода определяется взаимодействием соседних участков носителя и для заданного материала ограничена снизу. Важным параметром является расстояние (d) от зазора МГ до поверхности носителя. Если оно равно нулю, то реализуется контактная запись, характерная для МЛ и ГМД. При использовании жестких дисков реализуют бесконтактную запись, при которой МГ «летит» над поверхностью носителя.
При регистрации информации на магнитном носителе производится изменение направления тока записи Iw в обмотке МГ при записи «1». Таким образом при записи каждой 1 магнитный поток в МГ меняет направление на противоположное, т.е. происходит «переключение потока», и на поверхности носителя остаются отпечатки - переходы от одного направления намагниченности к противоположному направлению. При записи «0» направление тока записи и, следовательно, состояние носителя не изменяются, таким образом, при записи «0» на поверхности носителя отпечатков не остаётся. В процессе считывания информации с носителя в МГ чтения индуцируются импульсы в моменты времени, когда под головкой оказываются переходы-отпечатки; эти импульсы соответствуют «1» в записанной цифровой последовательности. Диаграмма, показывающая изменение тока записи Iw и считываемого сигнала Ur, приведена на рис. 4.4. Для восстановления цифровой последовательности при чтении необходимо осуществить синхронизацию, например, с помощью дополнительной дорожки с синхроимпульсами либо с помощью дополнительного синхрогенератора. Метод БВН-1 не обладает свойством самосинхронизации.
Для ограничения максимальной длины непрерывной последовательности нулей при записи может быть использован принцип группового кодирования. Вся подлежащая записи на носителе цифровая последовательность разбивается на группы из (m) бит в каждой. Затем каждая такая группа из (m) бит заменяется промежуточной группой из (m+1) бит, таким образом, чтобы уменьшить количество подряд идущих «0». Это даст возможность осуществить синхронизацию, используя только информационные биты, т.е. осуществить самосинхронизацию.
В начале каждого такта записи производится переключение направления тока, причём при записи «1» направление одно, а при записи «0» - противоположное, что отражено на графике «ФК» рис.4.4. Из графика видно, что размер битовой ячейки или длина информационного бита T реализуется посредством 2MT (2 магнитных триггеров). Способ обладает свойством самосинхронизации.
Этот способ также называют двухчастотным способом записи, что соответствует изменению частоты получаемых импульсов в МГ при чтении, (рис. 4.4). В этом случае размер битовой ячейки или длина информационного бита T реализуется посредством 2MT (2-х магнитных триггеров), так же, как и в предыдущем случае. Способ обладает свойством самосинхронизации.
Процесс записи и воспроизведения способом МФМ иллюстрируется примером на рис. 4.4. При записи «1» производится изменение направления тока в обмотке МГ в моменты, соответствующие началам тактовых интервалов. Для записи «0» необходимо сдвинуть фазу записи и производить переключение тока в обмотке записи в моменты, соответствующие серединам тактовых интервалов. Каждому изменению тока в МГ записи соответствует отпечаток на носителе, причём единицам соответствуют отпечатки в началах, а нулям - в середине тактовых интервалов. Направление изменения намагниченности при этом значения не имеет. При таком алгоритме отпечатки будут располагаться друг от друга на расстоянии, соответствующем длительности интервала записи T при записи непрерывных последовательностей одинаковых бит нулей или единиц; на расстоянии, соответствующем 1.5T при переходе от «1» к «0», на расстоянии, соответствующем 0.5 T при переходе от «0» к «1». Поскольку интервал 0.5T является “невыгодным”, то переключение в этом случае не производят, но при воспроизведении этот факт учитывают. При такой модификации алгоритма записи расстояние между отпечатками на носителе будут соответствовать трём интервалам: T, 1.5T, 2T, поэтому такой способ называют 3х - интервальным. Логические схемы тракта воспроизведения, как и в случаях способов ФМ и ЧМ, должны быть предварительно настроены посредством служебной последовательности на начало тактового интервала. Алгоритм воспроизведения имеет следующий вид:
В MFM-кодировании размер битовой ячейки уменьшается до минимальной длины, равной длине магнитного триггера (MT), но можно достичь лучшего результата при дальнейшем сокращении числа сигналов синхронизации. В RLL-кодировании совершенно нет сигналов синхронизации. Это стало возможно при записи на диск наборов, которые отличаются от наборов сохраняемых данных (рис. 4.5). Рассмотрим способ 2,7 RLL. Математики и инженеры считают этот способ разновидностью способа группового кодирования. Идея группового кодирования состоит в том, что группа битов данных заменяется большей группой записываемых битов, но нам удобных, что в конечном итоге даёт экономию. Рис. 4.4. Способы кодирования информации Рис. 4.5. Схема преобразования двоичного потока данных в магнитные переходы T и промежутки между ними O в 2,7 RLL-кодировании RLL-кодирование использует два ограничения на набор переходов магнитных полей. Во-первых, переходы по минимуму ограничены минимальной длиной магнитного триггера, а по максимуму переходы не должны вызвать потерю контроллером текущую позицию на диске. Рассмотрим пример преобразования двоичного потока данных в магнитные переходы T и промежутки между ними O в 2,7 RLL-кодировании, который приведён на рис. 4.6. Рис. 4.6. Пример преобразования двоичного потока данных в магнитные переходы T и промежутки между ними O в 2,7 RLL-кодировании Как определить выгоду 2.7 RLL по сравнению с MFM?
В этой связи выгода RLL по отношению к MFM будет равна 3/2=1.5 раза; это означает, что на одной и той же длине магнитной поверхности размещается в 1.5 раза больше информации. Пусть входной битовый поток, соответствующий ASCII-коду литеры “X” имеет вид 01011000. После преобразования в соответствии со схемой на рис. 4.5 получим выходной код магнитных переходов T и промежутков между ними O в виде TOOTOO-TOOO-OOOTOO. На рис. 4.7 приведены сигналы, формируемые при записи ASCII-кода символа “X” = 01011000 при способах кодирования FM, MFM и RLL 2,7, на котором символ T показывает изменение ориентации магнитного поля, символ N показывает отсутствие изменения, символ * показывает границы битовых ячеек. На рис. 4.8, 4.9 для большей наглядности представлены схемы преобразования двоичного потока данных в магнитные переходы T и промежутки между ними O в FM и MFM - кодировании соответственно. Рис. 4.7. Сигналы, формируемые при записи ASCII-кода символа “X” (01011000), при способах кодирования FM, MFM и 2,7 RLL Рис. 4.8. Схема преобразования двоичного потока данных в магнитные переходы T и промежутки между ними O в FM-кодировании Рис. 4.9. Схема преобразования двоичного потока данных в магнитные переходы T и промежутки между ними O в MFM-кодировании
Поверхностная плотность записи неуклонно увеличивается. При появлении первого устройства магнитного хранения данных IBM RAMAC в 1956 году рост поверхностной плотности записи достигал 25% в год, а с начала 1990 годов - 60%. Разработка и внедрение магниторезистивных (1991 год) и гигантских магниторезистивных головок (1997 год), а также накопителей, использующих антиферромагнитные двойные слои (2001 год), еще больше ускорили увеличение поверхностной плотности записи. За 47 лет, прошедших с момента появления первых устройств магнитного хранения данных, поверхностная плотность записи повысилась более чем в 17 млн. раз. В следующие пять лет (при сохранении существующих темпов роста) плотность записи достигнет 100 Гбит/дюйм2. Эта плотность записи соответствует точке суперпарамагнитного эффекта (магнитные домены настолько малы, что становятся нестабильными при комнатной температуре). Использование новых технологий, например, материалов с высокой коэрцитивностью и записи с вертикальной поляризацией, позволит увеличить плотность записи до 400 Гбит/дюйм2 и более. Одна из перспективных технологий недалекого будущего - голографические устройства хранения информации, в которых данные записываются с помощью лазера в “трехмерном пространстве” (кристаллические пластина или куб). Дальнейшее повышение поверхностной плотности записи связано с созданием новых типов носителей (с использованием некристаллических стекловидных материалов) и конструкций головок, с применением метода псевдоконтактной записи, а также более совершенных методов обработки сигналов. Для достижения более высокого уровня поверхностной плотности необходимо создать такие головки и диски, которые могли бы функционировать при минимальном зазоре между ними. Чтобы увеличить количество данных, размещаемых на жестком диске определенного размера, необходимо уменьшить расстояние между дорожками и повысить точность позиционирования головки чтения/записи по отношению к дорожкам носителя. Это означает также, что с увеличением емкости жесткого диска расстояние между головкой и поверхностью носителя во время операций чтения/записи должно уменьшаться. В некоторых накопителях зазор между головкой и поверхностью жесткого диска не превышает 10 нанометров (0,01 микрона), что примерно соответствует толщине клеточной мембраны. Для сравнения, толщина человеческого волоса в среднем равна 80 микрон, что в 8000 раз больше величины зазора между головкой чтения/записи и поверхностью носителя в некоторых накопителях. В перспективе дальнейшее повышение поверхностной плотности будущих накопителей возможно только при контактной (или почти контактной) записи данных. |
Учебное пособие рпк «Политехник» Гринчук Ф. Ф., Хавроничев С. В. Комплектные распределительные устройства напряжением 610 кВ. Часть II: Учеб пособие / Воггту, Волгоград,... |
Учебное пособие рпк «Политехник» Гринчук Ф. Ф., Хавроничев С. В. Комплектные распределительные устройства напряжением 610 кВ. Часть I: Учеб пособие / Воггту, Волгоград,... |
||
Учебное пособие Иркутск 2006 Учебное пособие предназначено для студентов III v курсов специальности «Технология художественной обработки материалов» |
Тема управление ресурсами вычислительных систем Цель темы: раскрыть принципы функционирования современных операционных систем по управлению ресурсами вычислительных систем |
||
Учебное пособие Казань 2005 удк 65. 01 (075. 8) Ббк 65. 29 Б 69 Бурганова... В текст пособия введены программа дисциплины «Теория управления», материалы по организации самостоятельной работы студентов, включая... |
Учебное пособие "Архитектуры графических систем" машинная графика... Назначение курса обучение машинной графике студентов физико-технического профиля. Курс ориентирован на две основные категории будущих... |
||
Учебное пособие Челябинск 2006 Этому способствуют контрольные вопросы и тестовые задания. Дополнительная литература и источники, перечень которых находится в прилагаемой... |
Современные т ех нологии обучения: теория и практика учебное пособие Современные технологии обучения: теория и практика: Учебное пособие / А. О. Блинов, Т. Н. Парамонова, Е. Н. Шереметьева, Г. В. Погодина.... |
||
Материально-техническое обеспечение кабинета №6 по профессии «Оператор... Материально-техническое обеспечение кабинета №6 по профессии «Оператор электронно-вычислительных и вычислительных машин» |
Учебное пособие Москва 2012 год Настоящее учебное пособие предназначено... Учебное пособие предназначено для изучения и проведения практических занятий по дисциплинам «Бизнес планирование транспортных предприятий»,... |
||
Учебное пособие содержит ответы на вопросы Государственного Образовательного... Информационный менеджмент: ответы на вопросы государственного стандарта. Часть Пособие для самостоятельной работы студентов. – Кафедра... |
Учебное пособие к практическим занятиям по курсу «Фармацевтическое товароведение» Учебное пособие предназначено для подготовки студентов к лабораторно-практическим занятиям и включает название темы, цель занятия,... |
||
Интерфейсы и периферийные устройства 12 Семиконтактный разъем на задней панели дефектоскопа предназначен для двунаправленного интерфейса rs-232. Он служит для передачи данных... |
Учебное пособие Самара Самарский государственный технический университет... Сапр систем электроснабжения: Учеб пособие/ Самар гос тех ун-т; Ю. Ф. Лыков. Самара, 2008. 65 с |
||
Методическое пособие подготовлено под редакцией: Овчинниковой Е.... Информационно-методические материалы по профилактике экстремизма для специалистов |
Методические указания к расчетно-графическим заданиям по учебной... Целью ргз является закрепление и лучшее усвоение теоретического материала. Предлагаемые задания направлены на выявление архитектурных... |
Поиск |