Curs SIO

• Cap. 1 Introducere • Cap. 2 Imprimante • Cap. 3 Echipamente periferice de afişare • Cap. 4 Adaptoare video• Cap. 5 Unitatea de hard-disc • Cap. 6 Unitatea de floppy-disc • Cap. 7 Unităţi de discuri optice • Cap. 8 Unităţi de memorie portabile • Cap. 9 Alte echipamente periferice• Cap. 10 Interfeţe utilizate în sistemele PC • Cap. 11 Sistemul intrarilor- ieşirilor numerice si analogice

Cap. I – Introducere

Structura generală a unui calculator personal compatibil IBM PC este prezentată în figura 1.1.

1. Microprocesorul este cel ce realizează toate operaţiile logice, aritmetice şi transferurile de date, în conformitate cu programul stocat în memorie şi apelat la un anumit moment dat.

2. Memoria cache este o memorie de mare viteză, de tip RAM şi reprezintă un tampon între microprocesor şi memoria sistemului.

3. Memoria ROM poate fi doar citită de către microprocesor şi conţine programe de test şi de boot-are, împreună cu funcţiile de bază cunoscute sub denumirea de BIOS (Basic Input/Output System).

1

4. Memoria externă a sistemului este o memorie de mare capacitate, formată din: hard-disc, flash drive (stick), floppy-disc, compact disc, disc magneto-optic, unitate ZIP, unitate de bandă magnetică, etc..

5. Pentru introducerea datelor in calculator se folosesc tastatura si mouse-ul6. Monitorul sau display-ul este mediul prin care calculatorul afişează informaţia cerută prin

intermediul comenzilor trimise de la tastatură sau mouse. 7. Informaţia afişată poate să fie livrată şi pe hârtie dacă sistemul este conectat la o

imprimantă. Microprocesorul nu lucrează direct cu sistemele de memorie externă, întreaga rulare a unui

program făcându-se prin intermediul memoriei cache şi memoriei RAM.Magistralele sistemului sunt: magistrala de adrese (a), magistrala de date (d), magistrala de

comenzi şi stare (c). Acestea asigură suportul fizic pentru transferul informaţiilor în calculator.

Caracteristicile echipamentelor periferice

Subiect1 Caracterisiticile generale ale echipamentelor periferice (functionale, constructive, externe)

I) Caracteristicile funcţionale si constructive - se referă la modul de realizare a funcţiilor echipamentului periferic şi la modul de implementare a structurii acestuia;

a) sensul de transfer al datelor- date de ieşire: de la echipamentul periferic către unitatea centrala;- date de intrare: de la unitatea centrala către echipamentul periferic.; - date de intrare/ieşire.b) capacitatea de stocare si vehiculare a suportului c) structura datelor- structura fizica - structura logica d) viteza de transfer a informaţiei

II.a) Caracteristicile de interfaţă - se referă la suportul fizic de realizare a conexiunilor între echipamentul periferic şi unitatea centrală Clase de semnale vehiculate intre echipamentul periferic si unitatea centrala:

a)semnale de date- numerice (echipamentul periferic este numit numeric);- analogice (echipamentul periferic este numit analogic).

b) semnale de adresac) semnale de comanda (control), referinţe de timp

- semnale imperative (ordine); - semnale de sincronizare;- semnale definitorii.

d) semnale de răspuns - semnale de stare ale echipamentului periferic;- semnale de eroare;- semnale de timp; - semnale de sincronizare, de validare si de eşantionare a datelor .II.b) Caracteristicile de suprafaţa - se refera la relaţia dintre echipamentul periferic si operatorul uman.

• echipamente periferice care utilizează un mediu de transmitere (echipamente ce materializează datele pe un suport);

• echipament periferic cu intrări/ieşiri directe (exemplu: un echipament care primeşte datele de la o tastatura si afişează informaţiile pe un ansamblu de LED-uri).

2

Cap. II – Imprimante

Subiect 2 Scheme bloc ale imprimantelor, descrierea functionarii blocurilor functionale, explicarea notiunea de driver

Imprimantele sunt echipamente periferice cu ajutorul cărora se realizează transferul informaţiei pe hârtie sau alt tip de suport.Blocul de interfaţare cu sistemul de calcul asigură suportul fizic pentru transferul datelor de la unitatea de calcul la imprimantă.

Blocul de imprimare are rolul de a reproduce formele (imaginile) pe suportul folosit (hârtie, film, etc).

Blocul de gestionare al hârtiei are drept element principal subansamblul de preluare şi antrenare al hârtiei (sau alt suport) dintr-o magazie de intrare, trecerea ei prin faţa blocului de imprimare şi depozitarea într-o magazie de ieşire.

Unitatea de comandă şi control este organizată în jurul unuia sau mai multor microprocesoare dedicate şi asigură funcţionarea tuturor celorlalte blocuri funcţionale.

Sistemul logic de comanda al imprimantelor complexe

• Sistemele logice ale unor imprimante pot împarţi o pagina fizica în mai multe zone sau pagini logice. Fiecare zona poate fi mai mica sau egala cu o pagina fizica. Zonele se pot suprapune parţial, fiind posibila realizarea unor pagini complexe. Pe lângă definirea limitelor si a poziţiei zonelor în pagina, se pot specifica si unele operaţii de prelucrare asupra zonelor (de exemplu, o rotire).

• Imprimantele moderne dispun de un limbaj de comanda. Procesorul de comenzi controlează transferul datelor între calculator si imprimanta, interpretează comenzile, prelucrează informaţiile care descriu o pagina si memorează aceste informaţii în memoria de pagina.

• Procesorul de zona efectuează modificările specificate de utilizator asupra informaţiilor din memoria de pagina si le transfera în bufferul de zona, iar de aici către controlerul de

3

imagine. Acest controler defineşte starea fiecărui punct al imaginii care va apare pe hârtie pe baza informaţiilor primite si a formatelor de caractere care sunt memorate.

• Datele care sunt pregătite pentru imprimare se transfera într-unul din acumulatoare. Acestea sunt memorii de mare capacitate, conţinând harta de biţi a imaginii care se va transfera pe pagina de imprimat. Pentru creşterea vitezei, pot exista mai multe acumulatoare. În timp ce unul se utilizează pentru imprimare, al doilea (sau celelalte) pot fi încărcate cu o noua pagina.

• Un alt procesor comanda blocul de imprimare si sistemul de avans al hârtiei. Acest procesor interpretează comenzile referitoare la formatul de tipărire care vor determina si deplasarea hârtiei.

DRIVER

Într-o definiţie mai largă, prin driver se înţelege o colecţie de proceduri (rutine) de calcul care asigură legătura dintre un echipament periferic şi un sistem de calcul. Acesta acţionează ca un fel de translator între echipamentul periferic şi aplicaţia software care îl apelează în vederea executării unei funcţii de imprimare. Spre imprimantă se transmit comenzi specifice pentru diversele sale funcţii: preluarea foii de hârtie, deplasarea capului de imprimare, comanda capului de imprimare în vederea imprimării, etc. Aceste comenzi sunt cunoscute doar de driverul respectivei imprimante. În acelaşi timp, aplicaţiile ce folosesc driverul de imprimare (documente Word, Excel, etc.) folosesc comenzi mult mai complexe.

Driverul imprimantei va accepta aceste comenzi complexe, le va traduce într-o multitudine de comenzi elementare, specifice imprimantei şi le va furniza în acest mod blocului de interfaţare al imprimantei. Ex. de comenzi elementare: o comandă de imprimare urmată de un cod ASCII poate semnifica tipărirea unui caracter alfanumeric. O altă comandă de imprimare, urmată de un set de 5 coduri în hexazecimal poate însemna o comandă de tipărire a unei suprafeţe dreptunghiulare cu o anumită culoare.

Subiect 3 Clasificarea imprimantelor si a metodelor de imprimare (descriere succinta), marimi caracterisitice echipamentelor de imprimare (descriere succinta)

Clasificarea imprimantelor si a metodelor de imprimareI) Clasificarea după modul de obţinere pe suportul de imprimare al formei caracteruluia) imprimante cu caracter selectat - folosesc un suport comun pe care sunt materializate toate caracterele setuluib) imprimante matriciale - tipăresc pe suport o configuraţie de puncte după un contur prestabilit

II) Clasificarea imprimantelor după metoda de imprimarea) prin impact b) termicăc) electrofotograficăd) cu cerneală

• Imprimarea prin impact necesită prezenţa unui cap de imprimare cu ace, a unei benzi impregnate cu cerneală şi a unui sistem de antrenare al acesteia. Caracteristic acestor imprimante este faptul că imaginea se transferă pe suport imediat ce comanda este transmisă capului de imprimare, nemaifiind necesare operaţiuni intermediare. Din acest motiv aceste imprimante sunt considerate ca fiind cele mai rapide şi sunt încă mult folosite pe plan mondial. Liderul mondial al producătorilor de astfel de imprimante este Epson.

4

• Imprimantele termice folosesc o hârtie specială (hârtie termică) şi sunt asemănătoare imprimantelor cu ace, capul de imprimare fiind format dintr-o multitudine de elemente încălzitoare. Aceste elemente sunt extrem de subţiri (asemănătoare acelor) dar nu imprimă prin lovirea hârtiei ci prin încălzirea ei până ce aceasta îşi schimbă culoarea.

• Imprimantele electrofotografice se caracterizează prin prezenţa unui suport intermediar pe care imaginile de imprimat sunt reprezentate sub forma unui relief de potenţial. Suportul intermediar atrage apoi tonerul (pulbere fină de carbon în amestec cu particule de teflon) şi îl transferă ulterior pe hârtie.

• Imprimantele cu jet de cerneală au evoluat mult în ultimele decenii. Primele astfel de imprimante foloseau jeturi comandate de picături (similar fasciculului de electroni din televizor). Astăzi se foloseşte pe scară mondială imprimarea cu picături de cerneală furnizate de duze minuscule, funcţionând fie pe principiul termic, fie pe principiul piezo-electric.

Mărimi caracteristice echipamentelor de imprimare:

• a) Viteza de imprimare• b) Rezoluţia• c) Timpul de iniţializare• d) Timpul necesar tipăririi primei pagini• e) Alfabetul• f) Forma caracterului• g) Calitatea imprimării

a) Viteza de imprimare - Unitatea de măsură a vitezei de imprimare depinde de tipul imprimantei. La imprimantele ce folosesc metoda prin impact, viteza se măsoară în caractere/sec. Pentru imprimantele cu jet de cerneală şi LASER, viteza de imprimare se măsoară în pagini/minut.

Pentru imprimantele matriciale cu impact, vitezele diferă foarte mult, funcţie de producător, fiind cuprinse uzual între 300-600 cps, cele mai performante atingând 1500 - 2000 cps. Producători: EPSON, LEXMARK, SEIKO, PRINTONICS.

Pentru imprimantele cu jet de cerneală viteza uzuală este cuprinsă astăzi între 15-22 pag/min alb-negru si 12- 15 pag/min color.

Cu imprimantele LASER se obţin viteze cuprinse intre 15-30 pag/min alb-negru (dar se ajunge si la 52 pag/min) si 5-20 pag/min color, (dar se ajunge si la 36 pag/min).

b) Rezoluţia - Rezoluţia reprezintă raportul dintre numărul de puncte (negre sau colorate) şi unitatea de suprafaţă. Unitatea de măsură a rezoluţiei este dpi (dots per inch – puncte/inch; 1 inch = 2,54 cm ).

Rezoluţiile imprimantelor matriciale cu impact au valori uzuale de 120-360 dpi. Imprimantele cu jet de cerneală şi cele de tip LASER au rezoluţii ce pot ajunge pana la 3000

dpi, atât pe orizontala cat si pe verticala.c) Timpul de iniţializareTimpul de iniţializare reprezintă timpul socotit de la pornirea alimentării şi până ce

imprimanta este gata să primească informaţia de imprimat. Acest timp este practic zero la imprimantele cu impact si ajunge la zeci de secunde pentru imprimantele performante, de mare rezoluţie.

d) Timpul necesar tipăririi primei paginiPentru înţelegerea acestui parametru trebuie ştiut faptul că odată cu operaţia de imprimare

propriu-zisă a unei pagini, imprimanta transferă continuu informaţie de imprimat de la sistemul de calcul (dacă sunt mai multe pagini de imprimat). De cele mai multe ori transferul informaţiei durează mai puţin decât procesul de imprimare şi imprimanta tipăreşte continuu, atingând viteza maximă de imprimare (cea din specificaţiile tehnice). Cu toate acestea, tipărirea primei pagini se

5

face cu o anumită întârziere, necesară transferului informaţiei, motiv pentru care unii producătorii specifică acest parametru, separat de viteza de imprimare. Acest parametru este des specificat la imprimantele LASER şi uneori la cele cu jet de cerneală, având valori uzuale cuprinse între 3 - 20 secunde.

e) Alfabetul - se referă la alfabetul limbii în care se face imprimarea.f) Forma caracterului - Pe piaţa imprimantelor există o diversitate foarte mare de stiluri,

alfabete şi dimensiuni ale matricii caracterului utilizat la imprimare. Imprimantele moderne pot lucra cu numeroase seturi de caractere cu forme şi dimensiuni ce pot fi uşor alese de către utilizatori.

g) Calitatea imprimării – reprezintă o caracteristică subiectivă a procesului de imprimare, cuantificata prin:

- corectitudinea reprezentării formei caracterului;- continuitatea conturului mediu al caracterului;- fineţea punctului elementar;- absenţa unor defecte de imprimare (pete, caractere “fantomă”, porţiuni lipsă ale

caracterului, etc);- contrastul imaginii;- nivelul de zgomot.

Subiect 4 Imprimante matriciale cu impact, matricea caracterului, functionarea si structura capului de imprimare, stabilirea pozitiei capului de imprimare

Imprimante cu imprimare prin impact

Există două mari tipuri de imprimante cu imprimare prin impact:a) imprimante cu caracter selectat - imprimă un singur caracter la un anumit moment dat. b) imprimante matriciale cu impact - sunt caracterizate de obţinerea caracterului prin imprimarea unei serii de puncte minuscule, produse prin lovirea benzii tuşate de către ace elastice.

Matricea caracterului

Toate caracterele, în toate formele dorite, sunt caracterizate de o matrice specifică numita matricea caracterului.Un exemplu este prezentat in figura 2.2

Structura constructiva a unui cap de imprimare

În figurile 2.3 şi 2.4 sunt prezentate două variante constructive ale acului şi sistemul sau de acţionare: ac solidar cu armătura mobilă (figura 2.3), ac separat de armatura mobila (figura 2.4).

6

ac din oţel

bobine de acţionare

hârtia

banda tuşată

bloc de ghidare

dispunerea bobinelor de acţionare curbarea acelor spre blocul de ghidare

Figura 2.5 Cap de imprimare cu 9 ace

Când prin înfăşurarea bobinei din figura 2.3 trece un curent de comandă, armătura mobilă este atrasă şi acul este împins cu forţă spre dreapta (spre banda tuşată şi hârtie). În figura 2.4 este prezentat de fapt un mod de comandă balistică a acului, armătura mobilă nemaifiind solidară cu acul. Revenirea armăturii în poziţia iniţială se realizează datorită

resortului, iar revenirea acului se face datorită elasticităţii impactului cu hârtia.Din punctul de vedere al numărului de ace din capul de imprimare întâlnim imprimante cu 9

ace (fig 2.5) şi cu 24 de ace (fig 2.6).

Pentru comanda acţionării acelor dintr-un cap de imprimare se utilizează circuite electronice specifice, controlate de circuite specializate.

Tranzistoarele Ti au rol de comutatoare electronice si permit sau nu sa treacă un curent prin bobinele de acţionare a acelor Li

.

Odată deschis tranzistorul de comanda, curentul care trece prin acesta (si deci si prin bobina) creste liniar. Limitarea valorii maxime a curentului de comandă este absolut necesara pentru evitarea distrugerii tranzistoarelor si se realizează prin limitarea duratei de deschidere a lor la o valoare t1<t2, unde t2 reprezintă durata totala a comenzii pentru acţionarea unui ac.

Aceasta durata t1 se poate stabili cu ajutorul unor circuite electronice. Un prim circuit care stabileşte durată t1 şi, implicit, raportul t1/t2 foloseşte un monostabil (figura 2.9).

7

Clock-ul monostabilul este furnizat de ieşirea Qi a registrului din figura 2.7 si are perioada t2. Monostabilul furnizează la ieşirea sa un impuls de durată t1 la sosirea fiecărui front pozitiv al semnalului de clock. Astfel, durata stării instabile a monostabilului va stabili durata t1 cat tranzistorul Ti este deschis si valoarea maximă a curentului de comandă care trece prin bobină şi prin tranzistor.

În figura 2.10 este prezentată o modalitate de stabilire a duratei t1 cu ajutorul unui circuit RC. Când ieşirea Qi trece în 1 logic (adică la apariţia frontului crescător la ieşirea registrului din fig. 2.7), tranzistorul Ti se deschide, condensatorul C (iniţial descărcat) începe să se încarce prin rezistenţa Ri. Tensiunea Vc începe să scadă exponenţial şi după o durată t1 (dictată de constanta RiCi de încărcare a condensatorului), aceasta scade sub valoarea VBE necesară deschiderii lui Ti, curentul prin Ti întrerupându-se (figura 2.11).

O schemă de protecţie a tranzistorului, folosit ca element de comutare în schema din figura 2.7 este prezentată în figura 2.12. Când tranzistorul se blochează, momentul t1+, curentul prin bobină tinde către zero şi în bobină apare o tensiune electromotoare indusă e având semnul din figura 2.12, tensiune ce poate fi periculoasă pentru tranzistor. Dioda Di montată cu anodul în colectorul tranzistorului are rolul de a descărca energia înmagazinată în bobina Li când apare o astfel de tensiune electromotoare indusă.

8

Stabilirea poziţiei capului de imprimare

Cea mai eficientă şi mai des utilizată metodă este folosirea traductoarelor de poziţie relativă. În imprimantă, sub tamburul de rulare al hârtiei şi de-a lungul acestuia există o bandă cu o singură fâşie, prevăzută cu striaţii (dungi opace), aşa cum este prezentat în figura 2.13.

Striaţiile reflecta diferit lumina comparativ cu suprafeţele nestriate. Traductoarele de poziţie T1 si T2 se deplasează prin fata acestei benzi si recepţionează permanent lumina reflectata de aceasta.

Când recepţionează multa lumina, traductoarelor vor furniza la ieşire un nivel înalt de tensiune, iar când recepţionează putina lumina – adică in dreptul unei striaţii – vor furniza la ieşire un nivel scăzut de tensiune.

Cele 2 traductoare se deplasează solidar cu capul de imprimare, cu viteza constanta si furnizează la ieşire trenuri de impulsuri. Striaţiile se afla in dreptul fiecărei coloane din matricile caracterelor ce se pot scrie pe un rând. Numărând impulsurile generate de traductorul T1 putem afla cu cate coloane de caracter s-a deplasat capul de imprimare, fara a şti insa sensul de deplasare S (stânga) sau D (dreapta). Sensul de deplasare S®D sau D®S este determinat cu ajutorul traductorului T2, ce este poziţionat la o distanţă dT1,T2 =(k+1/4)P, unde P este lăţimea coloanei de caracter (distanta intre doua striaţii). Un circuit electronic special proiectat determina sensul de deplasare pe baza celor doua trenuri de impulsuri furnizate de T1 si T2.

Un circuit de stabilire a sensului de deplasare este prezentat in figura 2.16. Valoarea ieşirii Q a bistabilului din această figură se poate determina in ambele situaţii prezentate cu ajutorul fig. 2.14 şi 2.15. Dacă are loc o deplasare S®D, impulsurile generate de traductorul T2 vor fi de aceeaşi formă cu cele generate de traductorul T1 dar întârziate cu aproximativ 1/4*TP (fig 2.14). In conformitate cu tabelul de funcţionare a unui bistabil de tip D, la ieşirea Q a bistabilului vom obţine valoarea 1 logic iar numărătorul reversibil NR va număra înainte (UP). Pentru o deplasarea D®S, semnalul furnizat de T2 va fi în avans cu TP/4 (fig. 2.15), ieşirea va fi Q=0, iar NR va număra înapoi (DOWN).

9

Subiect 5 Imprimante cu jet de cerneala (explicarea principiilor de imprimare)

Imprimante cu jet de cerneală

Pe piaţa mondială se cunosc astăzi două tipuri principale de imprimante cu jet de cerneală: imprimante cu jet de cerneală ce funcţionează pe principiul termic (bubble-jet); imprimante cu jet de cerneală ce funcţionează pe principiul piezo-electric.

Principiul termic

Metoda termică de imprimare constă în împroşcarea unei picături de cerneală pe pagina de hârtie prin intermediul unui cap foarte subţire numit duză. Capul de imprimare conţine o mulţime de astfel de duze comandate independent. Fiecare duză conţine câte o minusculă cameră plină cu cerneală. În interiorul fiecărei duze există câte un rezistor folosit la încălzirea cernelii. În momentul în care apare comanda de tipărire pentru respectiva duză, un comutator electronic se închide şi prin rezistorul respectiv trece un curent. Încălzirea rapidă a rezistorului provoacă evaporarea unei părţi a cernelii aflate în imediata apropiere a rezistorului. Astfel se formează o bulă din vapori de cerneală care se dilată şi provoacă, datorită presiunii create, ieşirea unei picături prin orificiul duzei. Odată cu eliminarea picăturii, bula colapsează şi provoacă un vacuum destul de puternic pentru a atrage din rezervorul de cerneală, prin canale prevăzute în acest sens, cerneală nouă pentru completarea necesarului în minuscula cămăruţă a duzei.

Metoda termică este ieftină dar prezintă şi câteva dezavantaje. Unul dintre acestea este legat de faptul că cerneala folosită trebuie să fie rezistentă la temperatură, adică să nu-şi schimbe proprietăţile în urma încălzirilor şi răcirilor repetate. Utilizarea în procesul de tipărire a unei încălziri implică imediat necesitatea introducerii unei metode de răcire. Astfel, fie se poate aştepta ca cerneala să se răcească datorită mediului înconjurător ce este mult mai rece, fie se foloseşte o metodă de ventilaţie. Prin însăşi esenţa lor, încălzirea şi răcirea unui dispozitiv electric şi a cernelii prin intermediul său conduce la apariţia unor întârzieri, motiv pentru care această metodă nu este una dintre cele mai rapide.

Principiul piezo-electric

Această tehnologie a fost propusă de către firma EPSON care este şi proprietara patentului. Capul de imprimare conţine, ca şi în cazul tehnologiei termice, un număr de duze care au câte o cameră minusculă cu cerneală. În acest caz însă, un perete al camerei este constituit dintr-o lamelă elastică în contact direct cu un element piezo-electric. Acest element este caracterizat de faptul ca îşi modifică forma sub acţiunea curentului electric, adică vibrează. Frecvenţa cu care această lamelă vibrează este direct proporţională cu frecvenţa curentului electric stimulator. Atunci când se trimite comanda pentru împroşcarea unei picături de cerneală, un curent electric va excita elementul piezo-electric. Vibraţiile acestuia se transmit lamelei elastice care provoacă unde de şoc în camera cu cerneală. Presiunea în şocuri apărută astfel va determina eliminarea unei picături de cerneală prin capul duzei.

10

sub-pixel galben

sub-pixel magenta

pixel de culoare sub-pixel cyan

Figura 2.19 Formarea unui pixel de culoare

Metoda prezintă o serie de avantaje notabile faţă de cea termică:- procesul poate fi mult mai fin controlat, dimensiunile picăturilor fiind determinate de

amplitudinea vibraţiilor elementului piezo-electric; - metoda nu necesită o încălzire urmată de o răcire a cernelii, ceea ce conduce la creşterea vitezei de imprimare şi la o mai mare libertate la alegerea proprietăţilor chimice ale cernelurilor folosite, motiv pentru care preţul de cost al acestui consumabil este mai redus.

Cernelurile folosite sunt mai ieftine şi mult îmbunătăţite din punctul de vedere al interacţiunii cu foaia de hârtie, asigurând contururi mai precise şi un timp de uscare mai mic.

Subiect 6 Imprimarea in culori la imprimantele cu cerneala (explicarea principiului de imprimare).Imprimarea în culori

• Spre deosebire de monitoare care emit radiaţii luminoase cu lungimea de undă corespunzătoare celor 3 culori fundamentare RGB (roşu, verde şi albastru), în cazul imprimării lumina mediului ambiant este reflectată de cerneala de pe hârtie care poate avea una dintre culorile CMY (cyan, magenta, galben).

• Un punct de culoare pe hârtie este practic format din 3 sub-puncte distincte, fiecare sub-punct fiind colorat cu o anumită intensitate a uneia din cele 3 culori fundamentale. Pentru îmbunătăţirea paletei de culori s-au creat algoritmi

specifici (halftoning) care creează senzaţia unor intensităţi diferite de culoare. Astfel, fiecare sub-punct de culoare este împărţit într-o grilă cu mai multe celule. Doar un anumit număr din totalul celulelor din grilă se imprima cu culoarea fundamentală dorită, obţinându-se senzaţia unor intensităţi diferite.

Subiect 7 Imprimante LASER alb negru (explicarea principiului de functionare).Imprimante LASER

Principiul imprimării electrofotografice constă în încărcarea electrostatică diferenţială, prin expunere la lumină, a unui suport intermediar (de obicei un tambur fotoconductor). Materialul fotosensibil ce acoperă tamburul este de cele mai multe ori seleniul. Imaginea caracterelor pe suport este obţinută prin acoperirea tamburului cu toner în punctele unde acesta este atras electrostatic, puncte ce corespund celor ce vor fi tipărite. Procesul de tipărire se încheie cu transferarea tonerului pe hârtie şi fixarea lui pe aceasta, la temperatură şi presiune.

11

Figura 2.21 Impresionarea tamburului

Oglindă poligonală

Modulator Sistem de baleiere

Unitate LASER

Tambur

Raza LASER

După ce un material dielectric, cum este seleniul este încărcat electrostatic cu ajutorul unor perii speciale, sarcina acumulată pe suprafaţa ramane relativ constanta în timp. Dacă o porţiune de suprafaţă este iluminată (impresionată), de exemplu cu ajutorul unei raze LASER, potenţialul suprafeţei scade brusc în acel punct. În cazul imprimantelor LASER, impresionarea se face cu ajutorul unei raze laser modulată, rază care baleiază rând după rând suportul fotoconductor (după generatoarea cilindrului) modificând corespunzător potenţialul punctele de pe suprafaţa tamburului acolo unde se doreşte a se imprima un punct negru. În acest mod se formează practic pe tambur o “hartă” electrostatică în conformitate cu harta de pixeli ce trebuie tipărită. Imprimanta trebuie să deţină o capacitate de memorie suficientă pentru a memora toate punctele caracterelor sau a imaginilor grafice de pe o pagină întreagă. Pentru un nou ciclu de imprimare, imaginea veche trebuie să fie ştearsă prin expunerea la o lampă de descărcare ce utilizează lumina fluorescentă. Particulele de toner sunt neutralizate şi îndepărtate în staţia de curăţire ajungând în recipientul pentru colectarea tonerului.

În figura 2.21 este prezentat modul de impresionare a suprafeţei tamburului cu ajutorul unei raze laser. Un sistem de baleiere modifică permanent poziţia unei oglinzi poligonale, fapt ce determină deplasarea razei LASER modulate pe o generatoare a tamburului. Dacă nu este expus la lumină (LASER), potenţialul suprafeţei cu seleniu se

stabilizează la aproximativ -750V. Dacă un punct de pe suprafaţă este însă impresionat de raza LASER, potenţialul acestuia creşte la aproximativ -200V.

Sistemul de baleiere asigură ca raza LASER să baleieze punct după punct şi linie după linie întreaga suprafaţă a tamburului. Modulatorul lucrează ca un simplu opturator care fie lasă să treacă raza LASER spre oglindă şi tambur, fie o opturează. În acest mod, figurile grafice sau caracterele de imprimat sunt reconstituite pe tambur sub forma unui relief de potenţial. Punctelor cu potenţial înalt (~ -200V) le vor corespunde în final puncte de toner imprimat pe hârtie.

În etapa imediat următoare impresionării se face developarea. Acest proces constă în acoperirea porţiunilor de pe tambur ce au un potenţial înalt (~ -200V) cu toner. Pentru developare se foloseşte toner solid care este o pulbere de carbon cu o granulaţie de aproximativ 0,14mm amestecat cu particule de teflon care ajută la menţinerea separată a particulelor fine de carbon. În dreptul zonelor impresionate tonerul este atras din cartuş pe tambur.

În etapa următoare are loc depunerea tonerului pe suportul final. Transferul tonerului de pe tambur pe hârtie se face aplicând o sarcină electrostatică pozitiva pe rola de transfer din spatele hârtiei (figura 2.20), sarcină care va atrage tonerul de pe tambur. Fixarea tonerului pe hârtie se face prin presare, la temperatură si presiune.

Subiect 8 Imprimante LASER in culori (explicarea principiilor de functionare).Imprimarea LASER în culori

Un prim procedeu implică imprimarea în patru paşi, la fiecare pas depunându-se pe hârtie una din cele patru culori CMYB. Tonerul corespunzător celor 4 culori este depozitat în casete individuale, numite cartuşe de culoare. Aceste cartuşe se rotesc la fel ca gloanţele într-un revolver care “încarcă” culoarea necesară la fiecare trecere a hârtiei pe sub cap. Din acest motiv acest procedeu mai este numit şi principiul revolverului.

12

Sensul de deplasare a hârtiei

Casetă de hârtie

Bandă de transport Role de fixare

Unitate de impresionare Cartuşe cu

toner CMYB

Figura 2.22 Imprimarea în culori pe baza principiului revolverului

Un al doilea procedeu de tipărire în culori, asemănător cu procedeul offset utilizat în tipografii, utilizează 4 tamburi fotoconductori (de obicei din seleniu), câte unul corespunzător fiecăreia dintre cele 4 culori fundamentale. Cei 4 tamburi şi cartuşele cu tonerul corespunzător sunt dispuşi unul după altul, în linie, de unde vine şi denumirea procedeului “in-line”. Datele ce corespund imaginii color de imprimat pot fi transmise simultan la cele patru unităţi de impresionare. Imprimarea pe baza procedeului “in-line” este descrisă în figura 2.23. Exista deci 4 unitati LASER. Fiecare unitate de impresionare este activata pe rând, corelat cu înaintarea hârtiei.

Sensul de deplasare al hârtiei

Casetă pentru hârtie

Unitate de fixare Bandă de transport

Cartuşe cu toner CMYB

Figura 2.23 Imprimarea în culori pe baza principiului “in-line”

Subiect 9 Comunicatia imprimanta – unitate de calcul, descrierea succinta a limbajelor de descriere a paginii de imprimat, PPA – Printing Performance Architecture

Comunicaţia dintre imprimantă şi unitatea de calcul

• O imagine afişată pe un monitor poate fi tipărită dacă respectiva imagine este transformată într-un şir de comenzi şi date care pot fi înţelese de imprimantă. Această transformare este asigurată de aşa-numitul driver de imprimantă.

• Driver-ul reprezintă o colecţie de rutine de calcul care realizează legătura dintre echipamentul periferic şi sistemul de operare al unităţii de calcul. Driver-ul acţionează astfel ca un translator între aplicaţia care a generat imaginea de tipărit şi echipamentul periferic.

• Cel mai simplu mod de a tipări o imagine afişată pe monitorul unui sistem de calcul constă în transmiterea informaţiei de imprimat sub forma unui fişier de date bitmap.

• Pentru creşterea conţinutului de informaţie despre imaginea de tipărit se utilizează astăzi o descriere a paginii de tipărit utilizându-se vectori de imagine care descriu în special figurile grafice care trebuiesc tipărite. O astfel de descriere a paginii de imprimat, numită PDL - Page Description Language, poate fi transmisă oricăror imprimante care înţeleg acest limbaj, imaginea fiind tipărită funcţie de capacităţile fiecărei imprimante.

13

• PostScript - este primul limbaj de descriere a unei pagini de tipărit care utilizează vectori de imagine. Descrierea sub forma de vectori ai imaginii este trimisă imprimantei care o rasterizează, adică o transformă într-o hartă de puncte la rezoluţia cea mai bună a sa.

• PCL – Printer Command Language - propus de HP a fost iniţial folosit pentru imprimantele matriciale. Combinat cu un procesor bun şi un accelerator hardware se obţin cele mai bune viteze de transfer, o calitate bună la tipărire şi o durată scăzută a timpului de tipărire a primei pagini.

• GDI - Graphical Device Interface propus de Microsoft, este utilizat mai ales la imprimantele cu jet de cerneală şi cu impact. Procesorul unităţii de calcul realizează o traducere într-o imagine rasterizată a comenzilor utilizate în aplicaţia ce generează o comandă de imprimare. Procesorul creează apoi un set de coduri ce definesc nuanţele de gri sau de culoare ale tuturor pixelilor imaginii rasterizate. Harta de pixeli este însă optimizată pentru a se potrivi cât mai bine cu caracteristicile imprimantei (rezoluţie, nivele de culoare, etc.). Informaţia ce este transmisă către imprimantă constă în acel set de coduri ce corespunde imaginii rasterizate. În cazul acestui limbaj nu este necesar ca imprimanta să deţină un procesor sofisticat iar memoria din imprimantă se reduce la un minim necesar operaţiei de imprimare a unei pagini rasterizate. Acest fapt a condus la lansarea pe piaţă a unor imprimante extrem de ieftine.

PPA– Printing Performance Architecture

• În abordarea clasică folosind limbajului PCL, listarea documentelor electronice din Windows presupune câţiva paşi importanţi, cu cerinţe foarte mari privind puterea de calcul necesară. Driverul soft trebuie să primească descrierea paginii de imprimat şi să creeze apoi un şir de comenzi într-un format independent de mecanismul imprimantei (secvenţe de comenzi standard PCL). În continuare, aceste date sunt transmise şi interpretate de către microprocesorul imprimantei.

• Sub Windows, aplicaţiile care primesc o comandă de imprimare trimit descrierile de pagini sub forma unor obiecte grafice (curbe, poligoane, haşururi). Acestea sunt rasterizate de către procesorul PC-ului, sub comanda driverului soft al imprimantei şi, de la caz la caz, se mai fac anumite transformări suplimentare (interpolări, aproximări ale culorilor).

• Toate aceste prelucrări, descrise mai sus, necesită o putere de calcul semnificativă, datorită numărul mare de puncte listate şi faptului că pentru fiecare punct sau set de puncte în parte se fac transformări succesive complexe. Pentru aceasta, fie se foloseşte şi procesorul din imprimantă pentru unele sarcini, fie se aglomerează cu sarcini procesorul sistemului.

Noua arhitectură PPA porneşte de la conceptul că PC-urile actuale dispun de procesoare puternice din generaţia Pentium, şi de o memorie semnificativă. Astfel, sarcina de formatare a datelor poate să fie făcută în computer, în modul dictat de driverul imprimantei, astfel ca datele care vor fi trimise către imprimantă să poată fi imprimate fără prelucrări importante.

Avantajul principal adus de PPA constă în obţinerea unei viteze de lucru superioare, în condiţiile renunţării la o parte din costisitoarele memorii RAM şi ROM şi simplificării ASIC-urilor folosite, adică prin utilizarea unor componente hardware mai ieftine în imprimantă. Dezavantajele aduse de PPA ar fi: imposibilitatea listării din aplicaţii DOS, calculatorul gazdă trebuie să fie un model mai performant iar driverul soft trebuie să fie extrem de bine corelat cu hardware-ul din imprimantă.

14

Subiect 10 Alte tehnologii de imprimare; tehnologie LED, tehnologia Direct Imaging, imprimarea cu transfer termic.

Tehnologia LED

Tehnologia LED are acelaşi principiu de bază ca şi tehnologia LASER cu deosebirea că încărcarea electrostatică a tamburului se realizează cu lumina emisă de o mulţime de LED-uri.Fiecare punct din rândul de imprimare necesită un LED, numărul total de LED-uri definind astfel rezoluţia imprimantei. Impresionarea tamburului are loc astfel: LED-ul va emite lumină când se doreşte ca punctul din dreptul acestuia să fie încărcat electrostatic (şi deci acoperit cu toner). LED-ul nu va emite lumina atunci când se doreşte ca acel punct să nu fie încărcat electrostatic (şi deci neacoperit cu toner). Principalul avantaj al acestei tehnologii

constă în faptul că nu există elemente mecanice în mişcare care să asigure încărcarea electrostatică a tamburului, aşa cum sunt la imprimanta LASER.

Principalul dezavantaj constă în disponibilitatea limitată de a crea diferite forme şi mărimi de caractere, numărul de LED-uri fiind fixat prin construcţie (nu mai există sistemul de tip lupă care ne permitea mărirea sau micşorarea oricărei imagini).

Tehnologia Direct Imaging

Acestă tehnologie se bazează pe utilizarea hârtiei termice. Cele două elemente principale ale acestei tehnologii sunt hârtia specială şi o zonă lungă (dispusă de-a lungul rândului de imprimare), cu mii de elemente încălzitoare, controlate în mod independent de microprocesorul imprimantei. Când hârtia termică trece prin dreptul elementelor încălzitoare, aceasta reacţionează în dreptul acelor elemente care sunt încălzite, schimbându-şi culoarea. Astfel, punct după punct şi rând după rând, se va obţine pe hârtie imaginea dorită. Este posibilă chiar şi tipărirea în două culori diferite dacă hârtia specială permite evidenţierea acestora (se poate folosi o hârtie care, la diferite temperaturi, să evidenţieze culori diferite).

Imprimarea cu transfer termic

Esenţa acestei tehnologii constă în transferul culorilor de pe o panglică (ribon) impregnată cu cerneală bazată pe o ceară colorată. Imprimantele pot imprima monocrom sau chiar color, caz in care cernelurile cu care sunt impregnate riboanele corespund celor trei culorile fundamentale, uneori adăugându-se şi culoarea neagră. Toate aceste culori sunt aplicate pe hârtie în paşi succesivi. La începutul procesului de tipărire se introduce în imprimantă o pagină de hârtie albă împreună cu porţiunea de ribon ce conţine prima culoare. Ribonul colorat şi hârtia se deplasează împreună, lipite una de alta şi trec printr-un minicuptor. În acest minicuptor există mii de elemente de încălzire controlate foarte precis, care formează capul de imprimare. Prin comanda unora dintre elementele încălzitoare se determină ca numai anumite porţiuni ale capului de imprimare să fie încălzite. Pe măsură ce hârtia şi ribbonul trec împreună peste capul de imprimare, cerneala pe bază de ceară se topeşte şi se lipeşte de hârtie în dreptul punctelor încălzite. În această primă trecere se aplică doar o

15

culoare. Dacă se doreşte imprimarea cu mai multe culori, hârtia trebuie să se reîntoarcă în magazia de intrare pentru următorul pas şi, în acelaşi mod descris mai sus se vor aplica pe hârtie următoarele culori.

Cap. III - Echipamente periferice de afişare

Subiect 11 Parametrii echipamentelor de afisare – definitii

PARAMETRII

• Intensitatea luminoasă (numită şi strălucire) - cantitatea de lumină emisă de monitor, raportată la unitatea de arie.

• Contrastul - raportul dintre intensitatea luminoasă corespunzătoare celui mai luminos pixel şi cea corespunzătoare celui mai întunecat pixel.

• Diagonala ecranului • Factorul de formă• Timpul de răspuns• Frecvenţa de împrospătare – de câte ori într-o secundă acelaşi pixel este bombardat de

fasciculul de electroni sau de un fascicul de lumină • Distanţa dintre două puncte (dot pitch) se referă la distanţa dintre două puncte de aceeaşi

culoare

Subiect 12 Tubul cinescop alb negru si color

Tubul cinescop alb-negru

Construcţia internă de principiu a unui tub cinescop alb-negru este prezentată în figura 3.1. Ecranul are un contur aproximativ dreptunghiular, cu colţurile rotunjite. Balonul de sticlă are forma unui con şi este standardizat.

Structura internă a tubului cinescop

Catodul K, este un cilindru, având în partea frontală depus un strat electrono-emisiv. În interiorul lui, izolat de catod se află filamentul care încălzeşte catodul fără să-l atingă, favorizând astfel termoemisia electronilor. În spaţiul din jurul zonei frontale a catodului, se formează un ,,nor” de electroni liberi. Aceşti electroni sunt atraşi de un anod format de grafitarea interioară a tubului pe care se aplică o tensiune foarte mare (11-18 kV), numită tensiune anodică. Între catod şi anod se formează un fascicul de electroni. Deplasarea electronilor este controlată de o serie de grile şi electrozi de comandă.

16

Pentru obţinerea imaginii pe ecranul tubului cinescop este necesar ca fasciculul de electroni să se deplaseze pe ecran pixel după pixel de la stânga la dreapta şi linie după linie de sus în jos, după un tipar numit rastru. Deplasarea este comandată cu ajutorul a două câmpuri magnetice, unul orientat sus-jos pentru comanda deplasării fasciculului pe orizontală şi altul orientat stânga-dreapta pentru comanda deplasării fasciculului pe verticală. Cele două câmpuri magnetice sunt furnizate de către două seturi de bobine aşezate pe gâtul tubului, numite bobine de deflexie (pe orizontală - H şi pe verticală –V).

Ecranul tubului cinescop are depus pe partea interioară un strat de luminofor care are rolul de a transforma energia electronilor incidenţi în energie a fotonilor. Punctul de impact dintre fasciculul de electroni şi luminofor devine luminos datorită fenomenului de emisie secundară, specific acestor materiale. Strălucirea punctului de impact variază funcţie de energia fasciculului de electroni, adică de numărul electronilor din fascicul, număr comandat de diferenţei de potenţial dintre grila de comandă G1 şi catod. Aceasta diferenţa de potenţial realizează de fapt o modulare în intensitate a fasciculului de electroni putându-se astfel reda pe ecran toate treptele de strălucire de la alb la negru (scara de gri) sau de intensitate a culorii, in cazul monitoarelor color.

Tubul cinescop color tip delta

Acest tub cinescop are luminoforii pentru cele trei culori primare (R, G, B) depuşi pe ecran sub forma unor cercuri dispuse în vârfurile unui triunghi echilateral (formează o triadă). Cele 3 fascicule electronice converg printr-un orificiu al măştii, după care se despart şi ating ecranul pe suprafeţele pe care sunt depuşi luminoforii în triade.

Tubul cinescop color tip in-line

Tuburile cinescop color în linie au luminoforii depuşi în benzi verticale continue. Cele trei tunuri electronice sunt dispuse, de asemenea, în linie. Masca frontală conţine fante verticale ca în figura 3.4. Cele trei fascicule de electroni se intersectează în planul fantei de pe mască şi ajung apoi pe ecran, pe mijlocul fiecărei benzi verticale de luminofor. Între spaţiile ocupate de luminofori există de multe ori o depunere de culoare neagră pentru reducerea reflexiilor

17

Subiect 13 Necesitatea folosirii luminii polazitate in monitoarele LCD, rolul cristatelor lichide in monitoarele LCD

Monitoare LCD

Spre deosebire de monitorul CRT, LCD-ul nu emite el însuşi lumina, ci modulează lumina emisă de o sursă independentă. Funcţionarea unui monitor LCD se bazează pe lumina polarizată. În figura 3.5 este prezentată polarizarea luminii folosind un polarizator. Se observă că lumina este lăsată să treacă doar pentru direcţia verticală a planului polarizorului.

18

Cristalele lichide

Elementul care asigură conducerea şi rotirea planului de polarizare al luminii este celula de cristal lichid. Cristalele lichide sunt un set de componente organice complexe compuse din molecule alungite care, în stare naturală sunt ordonate în paralel, după axele lungi. Cristalele lichide pot fi întâlnite în natură în diferite faze, dintre care pentru display-uri este utilă faza nematică.

Când între cele două straturi de aliniere se aplică o diferenţă de potenţial, deoarece moleculele de cristal lichid sunt polare, celulele se orientează după liniile de câmp electric.

19

20

Subiect 14 Structura afisorului LCDStructura afişorului LCD

Figura 3.8 Structura afişorului LCD

Sursa de lumină

Celule de cristal lichid orientate în spirală

Strat de aliniere cu electrozi linie

Polarizator orizontal

Polarizator vertical Strat de aliniere cu electrozi coloană

Linia comandată

Coloana comandată

Pixel negru

Tensiunea de comandă

Celule de cristal lichid orientate de tensiunea de comandă

Pixel alb

Subiect 15 Comanda celulelor de cristal lichid cu matrice pasiva si activa

21

Comanda celulelor de cristal lichid cu matrice pasiva (PM-LCD)

În cazul PM-LCD fiecare celulă de cristal lichid este comandată prin intermediul unor electrozi de linie şi de coloană, aplicând un potenţial ridicat pe un electrod şi unul scăzut pe celălalt electrod. Celula de la intersecţia celor doi electrozi va fi comandată. Funcţie de nivelul tensiunii de comandă, lumina va fi complet sau parţial opturată. În conformitate cu modul de comandă matricial rezultă că fiecare celulă este comandată în mod activ doar pe durata

1/(nr. total de pixeli) din timpul ce stă la dispoziţie pentru afişarea unui cadru de imagine.

Comanda celulelor de cristal lichid cu matrice activă (AM-LCD)

Astăzi, această comandă se realizează prin intermediul TFT - Thin Film Transitor. Fiecare celulă de cristal lichid este comandată de către un tranzistor aflat pe placa de sticlă din spate şi conectat la electrozi ca în figura 3.10. Comanda unui pixel poate fi menţinută un anumit timp şi după încetarea comenzii efective pe linia şi coloana respectivă datorită menţinerii tensiunii de comandă pe capacitatea echivalentă grilă-sursă a tranzistorului. Se

obţin timpi de răspuns sub 50 ms.

Subiect 16 Monitoare cu plasma – descrierea succinta a functionarii de principiu.Monitoare cu plasmă

Elementul de bază în funcţionarea lor este un gaz (xenon şi/sau neon) închis ermetic între două panouri de sticlă. Acest gaz se află într-un număr foarte mare de alveole (corespunzător numărului de sub-pixeli), separate între ele prin pereţi dintr-un material izolator şi elastic.

22

Pe cele două panouri de sticlă există câte o reţea de electrozi, dispuşi pe liniile şi coloanele unei matrici, similar ca la afişoarele PM-LCD. Aceşti electrozi vor asigura excitarea gazului din fiecare alveolă atunci când între electrodul coloană şi cel linie se aplică o diferenţă de potenţial. Alveolele sunt grupate câte trei în concordanţă cu sub-pixelii de culoare R, G, B. În fiecare alveolă există câte un tip de material fotoemisiv, ce emite lumină de culoare roşie, verde sau albastră, atunci când este excitat de o radiaţie ultravioletă. La apariţia unui câmp electric în interiorul unei alveole, gazul din înăuntrul acesteia este excitat (similar ca la lămpile electrofluorescente), adică gazul se ionizează sub acţiunea electronilor proveniţi de la cei doi electrozi. Această excitare corespunde emisiei unei radiaţii ultraviolete (invizibilă pentru ochiul uman), a cărei intensitate corespunde diferenţei de potenţial cu care a fost excitat gazul. Cantitatea de radiaţie ultravioletă va determina intensitatea luminoasă a radiaţiei emise de materialul fotoemisiv din respectiva celulă. Astfel, intensităţile de roşu, verde şi albastru, iar prin combinarea lor şi culoarea finală se poate controla prin potenţialele aplicate electrozilor.

Monitoare cu OLED-uri

Structura unei celule OLED este de tip sandwich fiind formată dintr-un strat subţire de material organic aflat între un anod conductor transparent şi un catod metalic. Când acestei structuri i se aplică o diferenţă de potenţial, electronii şi golurile se deplasează similar ca în tranzistoare, recombinându-se. În urma recombinării se emite lumină. Culoarea este dată de diferenţa de energie dintre electronul şi golul care se recombină. Cu cât este mai mare această diferenţă cu atât ne apropiem de culoarea albastră şi ne depărtăm de cea roşie. Fiind aplicate pe un substrat flexibil (folii de plastic) display-urile pot avea diverse forme ceea ce permite un design extrem de ingenios.

Subiect 17 Adaptoare video (principalele functii asigurate, schema bloc, descrierea succinta a rolului memoriei video si a convertorului DAC).

Cap. IV - Adaptoare video

Adaptoarele video au rolul de a realiza legătura între unitatea centrală şi echipamentele periferice de afişare

Întreaga funcţionare a adaptorului video este controlată de către controlerul video.

Principalele funcţii ale controlerului video constau în: - asigurarea alimentării permanente a memoriei video cu informaţiile ce trebuie afişate;

23

- generarea semnalelor de sincronizare pe orizontală şi verticală pentru echipamentul de afişare;- realizarea unor funcţii grafice simple, atunci când este cazul;

Memoria video trebuie dimensionată astfel încât să poată stoca cel puţin o pagină (un cadru) din informaţia ce trebuie afişată. Această dimensiune minimală este direct legată de rezoluţia dorită a imaginii afişate şi de numărul maxim de culori.

Calitatea afişării, în special în cazul imaginilor dinamice se îmbunătăţeşte considerabil odată cu creşterea capacităţii memoriei video şi a numărului de cadre ce pot fi stocate. Creşterea exagerată a capacităţii memoriei video este însă nejustificabilă economic.

Convertorul numeric-analogic (DAC) are rolul de a realiza conversia datelor ce trebuie afişate, din formă digitală în semnale analogice necesare funcţionării echipamentelor de afişare de tip CRT. Performanţele acestor convertoare (în special viteza de conversie) trebuie să asigure ca informaţia analogică livrată echipamentului de afişare să fie în concordanţă cu cantitatea de date ce este primita (direct proporţionala cu rezoluţia, numărul de culori şi rata de reîmprospătare). Viteza de conversie a convertoarelor trebuie corelată şi cu rata de transfer a memoriei video deoarece oricare dintre aceşti doi parametrii poate conduce la limitarea performanţelor globale ale adaptorului video.

Memoria video- accesare si transferuri

Performanţele unui sistem de afişare a imaginilor sunt, în principal determinate de dimensiunea şi rata de transfer a memoriei video. Daca la primele sisteme PC memoria video făcea parte din memoria sistemului, astăzi exista o anumita cantitate de memorie exclusiv dedicata afişării.

Memoriile video au devenit extrem de performante in special din punctul de vedere al ratei de transfer si pot fi cu port unic sau cu porturi duale (cele mai folosite în prezent). În cazul memoriilor cu porturi duale (dual-ported) în timp ce o parte a memoriei se încarcă cu o nouă informaţie de afişat, sub comanda procesorului central sau a controlerului video, din cealaltă parte a ei este citită informaţia (sub comanda exclusivă a controlerului video) pentru a fi folosită la afişare.

Subiect 18 Metode de accesare a memoriei video, partajarea accesului.

Accesarea memoriei video – 1

Memoria video poate fi adresată fie de către procesorul sistemului fie de către controlerul video prin intermediul unui multiplexor de adrese MUX.

Atunci când adresele provin de la procesor apar două cazuri:- fie se încarcă memoria video cu o nouă informaţie de afişat, datele fiind livrate pe magistrala de date către portul datelor de intrare DI;- fie se preia informaţie din memoria video pentru procesor, datele fiind accesibile la portul datelor de ieşire DO şi stocate în registrul de date pentru procesor (RDP).

24

În cazul în care adresele provin de la controlerul video există iarăşi două cazuri:- fie se încarcă memoria video cu noi date din memoria sistemului sau procesate de controler (accelerator sau co-procesor video), livrate pe magistrala de date către DI;- fie se extrage informaţie din memoria video pentru a fi afişată, prin portul DO şi stocata în registrul de date pentru afişare (RDV)

Memoria video poate fi distribuită atât pe placa de extensie video cât şi în memoria principală a a sistemului.

Deoarece MV1 trebuie sa poată fi accesată şi de către procesorul central şi de către controlerul video este necesară o metodă de partajare a timpului de acces la memoria video.

Axa timpului se împarte în intervale egale de timp, de durata T, gestionate astfel :- dacă nu există cereri de la procesorul central pentru acces la memoria MV1 (semnalul SRAM\=1), intervalul respectiv de timp T este utilizat de către controlerul video şi devine interval video (TV);- dacă soseşte o cerere de la procesor pentru acces la memoria MV1 (SRAM\=0), următorul interval

de timp T va fi un interval de acces pentru procesor (TP).

Principalele tipuri de memorie video

• memoriile DRAM (Dinamic RAM) sunt memorii asincrone; de-a lungul timpului s-au dezvoltat pe baza lor mai multe tipuri: FPM, EDO, BEDO (a se vedea mai jos);

• memoriile SDRAM (Sincron DRAM) sunt un tip de memorii DRAM sincrone (datele sunt transmise la momente semnificative ale unui semnal de ceas), concurente ca performanţe cu memoriile EDO DRAM şi care se folosesc pentru frecvenţe de lucru de peste 100 MHz;

• memoriile EDO DRAM (Extended Data Out DRAM) sunt o îmbunătăţire a memoriilor DRAM asincrone, principalul câştig fiind reducerea timpului de acces cu până la 40% iar frecvenţa de lucru ajunge până la 100 MHz;

•••••••

25

• memoriile VRAM (Video RAM) sunt memorii cu porturi duale, având deci două căi de acces şi asigură o rată de transfer substanţial mărită comparativ cu memoria EDO dar sunt şi ceva mai scumpe;

• memoriile WRAM (Window RAM) reprezintă o variantă modificată a memoriilor VRAM, prezintă o rată de transfer sporită, un cost mai scăzut, putând susţine rezoluţii de 1600x1200, în modul „true color”;

• memoriile DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) pot funcţiona până la frecvenţa de 200 MHz şi au o rată de transfer de două ori mai mare decât cea a memoriilor EDO DRAM; aceste memorii prezintă un mecanism de sincronizare modificat (activarea operaţiilor de transfer atât pe frontul crescător cât şi pe cel descrescător al semnalului de ceas), putând atinge rate de transfer de peste 2 GBps;

• memoriile SGRAM (Syncronous Graphics RAM) au port unic şi au fost special construite în vederea creşterii performantelor funcţiilor de accelerare ale adaptoarelor video, fiind unele din cele mai rapide memorii de pe piaţă;

• memoriile RDRAM si DRDRAM (Rambus DRAM si Direct Rambus DRAM) sunt memorii dezvoltate de firma Rambus, se bazează pe un protocol de comunicaţie şi asigură una dintre cele mai bune rate preţ/performanţe pe piaţa de profil; folosind magistrale de doar 8 sau 16 biţi (faţă de 32 sau 64 la celelalte tipuri) şi o frecvenţă de până la 800 MHz se ajunge la transferuri cu viteze de până la 500 MB/sec;

• memoriile SLDRAM (SyncLink DRAM) sunt memorii bazate pe un protocol de comunicaţie (ca şi cele Rambus) şi pot atinge viteze de până la 3,2 GB/sec; sunt încă ceva mai costisitoare de produs, dar sunt totuşi considerate cea mai bună soluţie de viitor;

Prezentarea comparativa a câteva dintre cele mai importante caracteristici ale unora dintre cele mai populare memorii

Subiect 19 Adaptorul VGA

Adaptorul VGA (Video Graphics Array sau Video Gate Array), este primul adaptor care foloseste semnale analogice pentru comunicaţia adaptor – dispozitiv de afişare.

În modul standard, adaptorul

VGA poate afişa la un moment dat pe display una din 256 de culori pentru fiecare pixel. Cele 256 de culori formează o paletă de culori. Adaptorul dispune de 1024 palete de culori, fiecare având 256 de culori distincte. Astfel, numărul total al culorilor posibil de afişat este 262.144. Fiecare culoare este codată pe 18 biţi, împărţiţi în 3 grupuri de 6 biţi, fiecare grup codând una din cele 3 culori

26

fundamentale (26=64 posibilitati pentru fiecare culoare). Codurile pe 18 biti ai paletei de 256 de culori cu care se lucrează la un moment dat sunt încărcate în 256 de regiştrii de culoare. Fiecare convertor digital-analogic primeste la intrare doar 6 biti din cei 18 biti ce codeaza o culoare si realizează conversia în semnal analogic a acestui cod. Semnalul analogic rezultat pentru fiecare

culoare fundamentală în parte poate lua 26 = 64 valori distincte de amplitudine. Prin combinarea celor trei culori rezultă un semnal cu un număr maxim de 64x64x64 = 262.144 nivele distincte de amplitudine, adică numărul maxim de culori posibil de afişat.

Semnalele analogice corespunzătoare culorilor fundamentale, furnizate de adaptorul VGA sunt amplificate şi transmise grilelor de comandă ale tubului cinescop tricrom

Subiect 20 Placi grafice (schema bloc, descrierea succinta a blocurilor principale), accelatoare 3D.

Placi grafice

Adaptoarele video sunt în general realizate pe plăci separate, numite astăzi plăci video sau plăci grafice, rareori fiind înglobate pe placa de bază a unităţii PC. Iniţial aproape toate sarcinile de prelucrare a informaţiei de afişat reveneau procesorului central, adaptorul gestionând doar formarea semnalelor de culoare. Cantitatea de informaţie ce trebuie afişată a crescut permanent ceea ce a făcut să nu mai fie practic convenabil ca gestionarea ei să fie făcută de procesorul central. Soluţia a fost folosirea unor circuite specializate care au fost numite plăci grafice. Importanţa acestora a crescut permanent odată cu dezvoltarea sistemelor multimedia şi a graficii 3D. Plăcile grafice conţin astăzi co-procesoare specializate care permit prelucrări rapide ale imaginilor de afişat, fără a ocupa cu aceasta procesorul central.

Evoluţia celor mai importante standarde de afişare

Schema bloc a unei plăci grafice este prezentată în figura 4.7. Principalele componente sunt: procesorul grafic, memoria video, memoria video de cadru (RAMDAC), driverul software.

Procesorul grafic controlează rezoluţia, numărul de culori pe pixel şi interpretarea (rendering) imaginilor – transformarea imaginilor într-o hartă de biţi şi formarea codurilor de culoare pentru fiecare pixel al hărţii. Cantitatea de memorie video este o opţiune, între anumite

limite, a utilizatorului. Acesta trebuie să-şi optimizeze rata cost/performanţe în funcţie de aplicaţiile pe care le rulează pe PC. Circuitele RAMDAC, controlează informaţia de afişat convertind semnalele digitale în semnale analogice pentru a fi transmise la monitor. Adesea, aceste circuite sunt integrate pe acelaşi chip cu procesorul grafic. Memoria BIOS video

27

conţine software-ul necesar pentru operarea procesorului grafic, incluzând fonturile necesare afişării şi definiţiile modurilor grafice de lucru. Slotul LPB (Local Peripheral Bus) este folosit pentru conectarea opţională a unor plăci suplimentare cum ar fi de exemplu placa de sunet iar conectorul VGA este folosit pentru conectarea eventuală a unei alte plăci grafice.

In loc să se transmită întreaga informaţie referitoare la pixelii de afişat în memoria video ce deserveşte convertoarele DAC, cum se facea inaintea aparitiei placilor grafice, procesorul central trimite doar un set de instrucţiuni cu privire la imaginea de afişat către co-procesorul grafic. Pe baza acestor instrucţiuni, procesorul grafic execută toate operaţiile necesare pentru afişarea imaginii dorite preluând datele primare din memoria sistemului (unde se afla informatia de afisat) şi depunând rezultatul prelucrărilor în memoria video. Operaţiile constau în transferul hărţii de biţi (bitmap), colorarea suprafeţelor, redimensionarea şi repoziţionarea ferestrelor, trasarea liniilor şi a poligoanelor, scalarea fonturilor. Viteza de lucru a procesorului grafic pentru executarea acestor operaţii este mai mare decât a procesorului central deoarece este special proiectat pentru astfel de operatii şi, în plus, procesorul central este eliberat de aceste sarcini, putând executa in acest timp alte comenzi.

Driver-ul software, stocat de obicei în BIOS-ul plăcii este vital pentru performanţele plăcii grafice. Pentru cele mai multe dintre aplicaţii, acest driver realizează translarea în instrucţiuni ce pot fi utilizate de co-procesorul grafic a ceea ce aplicaţia doreşte să afişeze pe ecran. Procesoarele grafice moderne pot desena forme şi linii sofisticate, pot muta blocuri mari de informaţie pe ecran, etc.. În cele mai multe cazuri sunt folosite drivere diferite pentru fiecare rezoluţie sau număr de culori/pixel (adâncime de culoare). Funcţie de optimizarea fiecăruia dintre aceste drivere, performanţele plăcilor grafice vor fi diferite la rezoluţii şi adâncime de culoare diferite.

Subiect 21 AGP - Accelerated Graphics Port - (schema bloc, rolul AGP in sistemele de calcul)

Acceleratoarele 3D

Din ce în ce mai multe programe (în special jocuri pe calculator) încearcă să utilizeze reprezentări 3D. Acestea sunt gestionate de calculator cu modele abstracte. Astfel, fiecare obiect 3D este compus dintr-o multitudine de poligoane bidimensionale. Grafica 3D animată implică efectuarea unei multitudini de calcule pentru definirea poziţiei obiectelor în spaţiul 3D. De obicei, calculele referitoare la poziţiile vârfurilor poligoanelor (aflate în permanentă mişcare) sunt efectuate de procesorul central iar umplerea suprafeţelor poligoanelor cu culoare, umbre dar mai ales cu textură este sarcina acceleratorului/procesorului grafic. Atunci când sunt în mişcare obiectele îşi schimbă permanent forma, coloarea, textura, se suprapun, reflectă mai tare sau mai puţin lumina, pot avea “umbre” care se modifica permanent, îşi schimbă aspectul, etc.. Toate aceste calcule matematice sunt realizate de placa grafică 3D.

AGPCreşterea cerinţelor de afişare legate de rezoluţie şi de necesitatea reprezentării imaginilor

3D cât mai real şi mai dinamic a condus la îmbunătăţirea continuă a plăcilor grafice. Din păcate, o cantitate mare de date ce trebuie prelucrate de procesorul grafic sunt stocate într-o zonă dedicată memoriei video, în cadrul memoriei principale a sistemului. Pentru prelucrarea lor, procesorul grafic trebuie să efectueze o multitudine de transferuri, în special în cazul reprezentărilor 3D şi al texturilor, dar mai ales în cazul redării secvenţelor video (filme). Toate aceste transferuri de informaţie se efectuează pe bus-ul sistemului iar viteza este limitată de rata de transfer a acestuia. Principala constrângere a plăcilor grafice a rămas mult timp aceasta viteza scăzută cu care se pot efectua aceste transferuri (de exemplu, bus-ul PCI limitează rata de transfer la maxim 132 MBps).

Accelerated Graphics Port (AGP) funcţionează în afara bus-ului procesorului central si acţionează ca un intermediar între procesorul central al sistemului pe de o parte şi memoria sistemului, placa grafică şi celelalte echipamente de stocare a memoriei pe de altă parte. Schema de principiu a unui sistem cu AGP este prezentată în figura 4.8.

28

AGP-ul lucrează în fapt ca un conector comandat şi poate lucra la frecvenţa sistemului (spre deosebire de bus-ul intern ce lucrează la jumătatea acestei frecvenţe). Astfel, la o frecvenţă de bus de 66 MHz, conectorul AGP poate asigura un transfer la o rată maximă de 264 MBps (bus pe 32 de biţi) între placa grafică şi procesor sau memoria RAM a sistemului. Imediat au aparut însă plăci grafice special proiectate ce pot realiza câte două transferuri pe durata fiecărui interval de clock (unul pe front pozitiv şi unul pe front negativ). Rata de transfer a crescut la 528 MBps (AGP 2X). Apoi, INTEL a furnizat o versiune 2.0, în care au fost posibile câte 4 transferuri de 32 de biţi în fiecare interval de ceas (AGP 4X cu rate de transfer de 1 GBps). INTEL a livrat deja pe piaţă noile tehnologii AGP 8X, care lucrează la rate maxime de transfer de peste 2GBps utilizand ultimile tipuri de memorii DDR SDRAM şi SLDRAM.

Interconectarea echipamentului de afişare la unitatea centrală se realizează prin intermediul unui cablu special.

Semnificaţia semnalelor vehiculate prin conectorul VGA este următoarea:- roşu, verde şi albastru sunt semnalele analogice utilizate pentru redarea culorii pixelului pe

echipamentul de afişare;- HS: semnalul de sincronizare linii (orizontal) pentru echipamentul de afişare;- VS: este semnalul de sincronizare cadre (vertical) pentru echipamentul de afişare;- ID0-ID3: semnale pentru identificarea echipamentului sau adresarea unui port

- GND: masa de semnal (separat pentru fiecare semnal R, G, B şi pentru semnalele de sincronizare);

- NC: neconectat.

Subiect 22 Digital Visual Interface (DVI)

Digital Visual Interface (DVI)Există o deosebire esenţială între cele două importante tipuri de echipamente de afişare: monitoarele CRT şi LCD. Primele au nevoie de semnale de intrare analogice pe când cele din urmă au nevoie de semnale de intrare digitale. Adaptorul video (grafic) furnizează întotdeauna semnale digitale ce sunt în final transformate în semnale analogice de către convertoarele digital-analogice (DAC). Dacă adaptorul video nu este prevăzut cu o interfaţă specială, monitoarele LCD vor trebui să preia semnalele analogice de la ieşirea DAC-urilor şi să le transforme intern în semnale digitale. Din acest punct de vedere, cele două transformări succesive,

29

digital-analog şi analog-digital sunt inutile. Mai mult, această dublă transformare a semnalului de date este însoţită inerent de o degradarea a semnalului de date iniţial şi deci de o scădere a calităţii imaginii afişate. De aceea s-a căutat o soluţie pentru eliminarea acestui important neajuns, iar soluţia s-a chemat Digital Visual Interface (DVI).

Digital Visual Interface (DVI) este o interfaţă standard pentru o conexiune de înaltă performanţă între unitatea centrală şi echipamentele de afişare de tip LCD, monitoare CRT digitale, proiectoare şi sisteme de televiziune de tip HDTV (High Definition TV). Această interfaţă este una serială, de mare viteză, care utilizează modul de transmisie TMDS (Transition Minimised Differential Signalling) pentru transmisia datelor, în format digital, de la adaptorul grafic la echipamentul de afişare. Transmisia datelor în format TMDS are loc în modul balansat. Pentru aceasta se folosesc două fire iar detectarea stării 0 logic sau 1 logic se face analizând diferenţa între cele două nivele de tensiune de pe cele două fire, diferenţă care poate fi pozitivă sau negativă.

Placile grafice moderne codeaza prin 24 de biţi fiecare pixel de culoare. Acesti 24 de biti sunt împărţiţi în 3 octeţi şi preluaţi de un transmiter TMDS. Fiecare octet este pentru început codat şi transformat într-un cuvânt de 10 biţi. Cuvintele de 10 biţi se vor transmite apoi serial, pe trei canale diferite, fiecare canal utilizand două fire fizice, ecranate.

Conectorul DVI este prezentat în figura 4.11. Se observă prezenţa a două fire pentru fiecare canal de transmisie (notate cu TMDS data n+ şi TMDS data n-, (n=0...6) şi a 4 fire pentru ecranele de protecţie (3 ecrane pentru cele 3 perechi de canale şi unul pentru ceas).

Figura 4.11 Conectorul DVI

Pin Semnal Pin Semnal Pin Semnal

1 TMDS data 2- 11 ECRAN 1/3 21 TMDS data 5+

2 TMDS data 2+ 12 TMDS data 3- 22 Ecran clock

3 ECRAN 2/4 13 TMDS data 3+ 23 TMDS clock-

4 TMDS data 4- 14 + 5V 24 TMDS clock+

5 TMDS data4+ 145 GND C1 Analog R

30

6 DDC CLOCK 16 Hot plug detect C2 Analog G

7 DDC DATA 17 TMDS data 0- C3 Analog B

8 SINCRO V 18 TMDS data 0+ C4 SINCRO H

9 TMDS data 1- 19 ECRAN 0/5 C5 Analog GND

10 TMDS data 1+ 20 TMDS data 5-

Există 3 versiuni ale interfeţei DVI:• DVI-A este folosită pentru a transmite semnale doar pentru monitoare analogice (de

exemplu monitoare CRT) şi este identic din punct de vedere al semnalelor cu interfaţa VGA;• DVI-D este o interfaţă DVI pur digitală (nu permite transmiterea semnalelor analogice) şi

permite rezoluţii de până la 2048x1536;• DVD-I este interfaţa a cărui conector este prezentat în figura 4.11 şi permite transmiterea

ambelor tipuri de semnale, analogice şi digitale, putând fi conectat la orice monitor, doar cu condiţia ca acesta să posede acest tip de conector.Identificarea tipului de conector se face după pinul plat C5 din dreapta conectorului

prezentat în figura 4.11: • dacă pinul plat este înconjurat de alţi 4 pini, conectorul este de tip DVI-I sau DVI-A;• dacă pinul plat nu este înconjurat de alţi 4 pini, atunci conectorul este de tip DVI-D.

Subiect 23 Unitatea de hard disc – prezentarea generala a functionariiCap. V - Unitatea de hard-disc

Unităţile de hard-discuri (HDD) sunt cele mai importante unităţi de stocare permanentă a informaţiei. Performanţele sistemelor de calcul, în special viteza de încărcare a programelor (chiar şi încărcarea sistemului de operare) depind semnificativ de viteza de lucru a acestei unităţi.

Prezentare generala Prima unitate de hard disc a fost inventată de IBM în anul 1954, capacitatea sa a fost de 5

MB, folosea platane de 24 inch şi era utilizată în marile calculatoare. Abia în 1980, Seagate a introdus primul hard-disc pentru PC, cu o capacitate de 40 MB. Astăzi capacităţile acestor unităţi au depaşit deja valoare 1 TB iar diametrele platanelor au ajuns să fie unităţi de inch.

În principiu, unitatea de hard disc conţine două sau mai multe discuri rotunde, rigide, realizate de regulă din aluminiu (uneori poate fi un aliaj ce conţine şi sticlă) numite platane sau discuri. Pe ambele suprafeţe ale discurilor există depus un strat de material magnetic care este utilizat pentru stocarea informaţiei. Spre deosebire de dischetele folosite în unităţile de floppy-disc, discurile utilizate în unităţile de hard-disc sunt dure (de unde provine şi denumirea de “hard”), forma lor neputând fi modificată prin îndoire sau încovoiere.

Informaţia (datele) sunt înregistrate în zone perfect delimitate pe suprafaţa magnetică. Aceste zone formează aşa-numitele sectoare. Mai multe sectoare formează o pistă. Pistele sunt concentrice şi se află situate într-o coroană circulară, pe fiecare faţă a fiecărui platan ce constituie pachetul de discuri. Zonele dinspre interiorul discurilor şi cele dinspre exterior nu conţin piste. Pistele de pe fiecare faţă a unui disc care au aceeaşi poziţie faţă de axul pachetului de discuri, considerate împreună, formează un cilindru.

Platanele se află aşezate concentric şi se învârt solidar, cu o viteză de rotaţie constantă, sub acţiunea unui motor electric. Pentru fiecare platan ce conţine material magnetic dispus pe cele doua fete există câte o pereche de capete de citire/scriere care, în timpul funcţionării, “plutesc” deasupra suprafeţelor discurilor la o distanţă extrem de mică. Capetele de citire/scriere sunt montate solidar pe un dispozitiv comun numit cărucior (rack), care le deplasează pe o direcţie radială sau circulara în cadrul pachetului de discuri.

31

Capetele de citire/scriere nu ating discurile pe durata funcţionării normale a unităţii, dar “aterizează” pe discuri când acestea se opresc din rotaţie şi “decolează” când acestea încep să se rotească. Susţinerea capetelor la o distanţă foarte mică deasupra materialului magnetic de pe suprafaţa discurilor este realizată de o pernă de aer formată datorită vitezei relativ mari dintre cap şi platanul aflat în mişcare de rotaţie. Fenomenul este asemănător decolării avioanelor. Pentru a menţine capul la o distanţă mică de suprafaţa discului, forţei cu care perna de aer îl împinge în sus i se opune forţa unui arc mecanic sau forţa elastică a lamelei ce susţine capul.

Unitatea de hard-disc este închisă ermetic, asigurându-se un înalt grad de puritate al aerului din interior. Discurile au pe suprafeţe lubrifianţi speciali pentru ca materialul magnetic să poată rezista la multiplele “decolări” şi “aterizări” ale capetelor. Totuşi, pentru evitarea degradării materialului magnetic se prefera utilizarea unor programe speciale de “parcare” a capetor, in zone lipsite de date.

Subiect 24 Unitatea de hard disc – parametrii si caracteristici

Parametrii şi caracteristici: Capacitatea

O parte din spaţiul de pe disc este utilizată pentru înscrierea informaţiilor privind organizarea datelor pe disc si nu reprezinta informatie utila. De aceea, in literatura de specialitate şi în specificatiile producătorilor întâlnim două tipuri de capacităţi: - capacitatea unităţii neformatate; - capacitatea unităţii formatate.Evident, capacitatea unei unităţi neformatate este mai mare (uzual cu până la 20%). De obicei unităţile de hard disc se livrează pre-formatate şi capacitatea este indicată pentru unitatea formatată.Capacitatea unei unităţi de hard disc se măsoară în milioane de octeţi sau megaocteţi, iar notaţia consacrată este MB. Trebuie ţinut însă cont că 1 MB = 1.048.567 octeţi şi nu 1 milion octeţi. Similar pentru 1 GB (o unitate de hard disc de capacitate egală cu 30 GB înseamnă ca are 30 x 1.073 milioane de octeţi).

Densitatea de suprafaţă Densitatea de suprafaţă a unei unităţi de hard-discuri indică numărul de biţi ce se pot

înregistra pe unitatea de suprafaţă a platanelor unităţii şi este formată din două componente: densitatea pistelor pe suprafaţa discului şi densitatea biţilor pe pistă.

Densitatea pistelor, măsurată în piste pe inch influenţează timpii de acces, poziţionare şi transfer. Cu cât pistele sunt mai apropiate cu atât aceşti timpi sunt mai reduşi. Densitatea biţilor se măsoară în biţi pe inch şi se mai numeşte densitate liniară. Produsul dintre densitatea pistelor şi densitatea biţilor determină densitatea de suprafaţă care se măsoară în Mbiţi/inch2. Acest parametru este practic o masura a tehnologiei utilizate la un moment dat, valoarea sa crescand continuu. Astazi, acest parametru se apropie de limita tehnologica fiind astfel necesara aparitia unor noi metode de stocare (in volum sau utilizand suport organic).

Parametrii de poziţionare - timpul mediu de căutare reprezintă media timpilor necesari deplasării capetelor între două

piste aleator alese;- timpul mediu de sector reprezintă timpul mediu în care un sector ajunge sub capul de

scriere/citire, odată ce capul se afla pe pista dorită (acest parametru depinde de viteza de rotaţie a discurilor)

- timpul mediu de acces reprezintă timpul mediu necesar capului să ajungă la un sector, fiind suma timpilor medii de căutare şi de sector;

- rata internă de transfer a datelor reprezintă rata cu care unitatea citeşte datele de pe platane şi le transferă în memoria cache a unităţii;

32

- viteza de rotaţie: viteza cu care se rotesc platanele.

Rata externă de transfer Reprezintă viteza cu care datele sunt trasferate între memoria sistemului şi memoria

cache a unităţii de hard-disc. Acest parametru este dictat în principal de tipul interfeţei utilizate. Astfel, pentru interfeţele IDE/ATA, rata teoretică de transfer a crescut de-a lungul timpului de la 2MB/s la peste 8MB/s. Interfeţele EIDE/ATA au rate de transfer de 11-16 MB/s iar interfaţa Ultra ATA/66 atinge o rată de 66 MB/s. Cele mai performante sunt interfeţele IDE cu ratele de 100 şi 133 MB/s şi cele SCSI care ating valori de 160 MB/s, acestea din urma pierzand insa se pare piata datorita unui cost ceva mai ridicat. Astazi, cele mai rapide interfete sunt interfetele seriale SATA cu rate de transder de 300 MB/s

Memoria cache Această memorie este un buffer în care se păstrează o parte din datele transferate

recent între unitatea de hard-disc şi unitatea centrală. Într-o unitate PC există de obicei două niveluri de memorie cache care deservesc unitatea de hard-disc. Un prin nivel, nivelul hardware se referă la memoria cache fizică, implementată pe placa logică ce conţine controlerul de hard-disc şi în care se stochează datele accesate recent (scrise sau citite).

Multe sisteme de operare dispun şi de un al doilea nivel de memorie cache, nivelul software. Acest nivel foloseşte o parte a memoriei principale a sistemului şi este gestionat de programe specializate.

Astfel, când un program sau o aplicaţie face o cerere de citire de pe o unitate de hard disc, programul de memorie cache o interceptează şi o trimite spre controler. Când controlerul de hard-disc transmite informaţiile cerute, programul specializat păstrează informaţiile trimise într-o memorie tampon pe de o parte şi le transmite programului apelant pe de altă parte. La o nouă cerere de citire de pe unitatea de hard-disc, programul de memorie cache interceptează din nou cererea şi verifică dacă informaţiile cerute se găsesc sau nu în memoria tampon.

Viteza de rotatie Viteza de rotaţie a avut pentru mulţi ani valoarea 3600 rot/min, astăzi viteza de

rotaţie uzuala este de 5400 rot/min sau 7200 rot/min. Ecista si hard-discurilor cu viteze de rotatie de peste 10.000 rot/min. Viteza de rotaţie a discurilor, împreună cu mecanismele rapide de poziţionare a capetelor determină atât timpul de citire (timpul de acces la datele memorate) cât şi timpul de scriere (timpul de înregistrare).

Deşi viteza de rotatie pare uşor de mărit ca valoare (urmarind astfel cresterea ratei de transfer), aceasta viteza nu poate creşte prea mult datorită încălzirii puternice a hard-discurilor în timpul funcţionării. Această încălzire, proporţională cu viteza de rotaţie conduce la degradarea radicală a performanţelor de scriere/citire datorită dilatării discurilor peste limitele admise.

Subiect 25 Explicarea principiului inregistrarii magnetice a informatiei

Înregistrarea magnetică a informaţiei

Înscrierea şi citirea informaţiilor în cadrul unităţilor de hard-disc se face pe baza principiilor electromagnetismului. Se ştie că în jurul unui conductor străbătut de un curent electric apare un câmp magnetic care poate polariza un material magnetic aflat în raza de acţiune a liniilor sale de câmp. Polarizarea îşi schimbă sensul la schimbarea sensului curentului electric prin conductor. Acest principiul stă la baza scrierii (înregistrării) informaţiilor pe materialul magnetic aflat pe suprafaţa discurilor. Citirea informaţiilor de pe disc are la bază un efectul invers al

33

electromagnetismului - într-un conductor aflat într-un câmp magnetic variabil se induce un curent electric al cărui sens se schimbă odată cu schimbarea polarităţii câmpului magnetic.

Atunci când controlerul unităţii de hard-disc comandă trecerea unui curent electric prin spira conductoare, în miezul capului se induce un câmp magnetic. Dacă sensul curentului prin spire se schimbă, polaritatea câmpului magnetic indus se va inversa. Liniile câmpului magnetic apar de-a lungul întregului miez şi trec şi prin spaţiul gol dintre braţele capului, curbându-se înspre exterior, aşa cum este sugerat şi în figura 5.1. Aceste linii de câmp magnetic magnetizeaza particulele magnetice de pe disc în acelaşi sens cu liniile de câmp. În concluzie, polaritatea stratului magnetic de pe disc va depinde de sensul curentului prin înfăşurarea capului.

Subiect 26 Descrierea succinta a principalelor componente constructive ale unei unitati de hard-disc

34

Discurile magnetice sunt realizate sub forma unor platane şi sunt montate pe acelaşi ax, fiind solidare între ele. Cele mai multe dintre unităţile de hard-disc folosesc 2 sau 3 platane dar există şi unităţi cu până la 12 platane.

Discurile sunt fabricate tradiţional dintr-un aliaj de aluminiu sau dintr-un amestec de sticlă şi ceramică. Indiferent de suportul folosit, ambele suprafeţe ale fiecărui disc ce formează pachetul de discuri sunt acoperite cu un strat subţire de material magnetic, numit suport magnetic sau mediu de înregistrare. Pe acest suport se înregistrează informaţiile (datele).

Materialul magnetic poate fi realizat în mai multe tehnologii: suport pe bază de oxizi de fier, film subţire prin metoda electrolizei sau film subţire prin metoda metalizării.

Suportul pe bază de oxizi este o tehnologie deja depăşită, substanţa activă folosită fiind oxidul de fier aliat cu mai mulţi compuşi.

Suportul pe bază de film subţire poate fi obţinut cu o grosime foarte mică şi foloseşte o tehnologie modernă. Mediul de înregistrare este obţinut fie prin metoda electrolitică, fie prin metalizarea suportului. Prin metoda electrolitică, filmul se obţine printr-o acoperire electrolitică rezultată în urma scufundării platanului în mai multe băi chimice unde se acoperă cu mai multe straturi de film metalic ce au la bază aliaje de Co (cobalt). Grosimea stratului magnetic obţinut (0,076 mm) este de 10 ori mai mică decât în cazul stratului obţinut cu oxizi de fier.

Stratul magnetic obţinut prin metoda metalizării este creat aplicând pe platan un strat de bază format dintr-un aliaj de Ni (nichel) amestecat cu P (fosfor) peste care se aplică, prin depunere

continuă în vid materialul magnetic constituit dintr-un aliaj de cobalt. În final, tot prin tehnica metalizării, se aplică un strat protector de carbon pentru protecţie. Grosimea totală a stratului obţinut prin metoda metalizării este comparabilă cu cea obţinută prin metoda electrolizei.

Deasupra şi dedesubtul fiecărui platan al unităţii de hard-disc se află câte un cap de citire/scriere. Fiecare cap este aşezat pe un braţ de susţinere care îl deplasează deasupra discului şi îl susţine la distanţa necesară.

Tehnologiile de realizare a capetelor

35

- Capetele de ferită au un miez din oxid de fier în formă de U, pe braţele căruia sunt înfăşurate spire electromagnetice.

- Capetele cu întrefier metalizat sunt o versiune îmbunătăţită a capetelor cu ferită. În partea posterioară a întrefierului este depusă o substanţă metalică prin procedeul de metalizare, pentru creşterea sensibilitatii capului. Capetele realizate în tehnologia filmului subţire sunt fabricate asemănător cu cipurile

semiconductoare, prin procedeul fotolitografic, dar în loc de Si se foloseşte o combinaţie de aliaje de Fe şi Ni, aliaj ce formează miezul capului de scriere/citire. Capul are dimensiuni foarte mici şi asigură o înaltă calitate a scrierii/citirii. Întrefierul realizat prin metoda fotolitografică este foarte îngust (zeci de microni) şi bine conturat. Capetele obţinute prin acest procedeu sunt mici şi foarte uşoare, putând pluti mult mai aproape de disc (0,05mm).

- Tehnologia de obţinere a capetelor magneto - rezistive este cea mai nouă tehnologie şi oferă cele mai înalte performanţe la citire. Aceste capete funcţionează pe principiul modificării rezistenţei unui conductor aflat în prezenţa unui câmp magnetic extern. Tranziţia de flux este percepută de acest cap prin modificarea rezistenţei sale şi deci a curentului ce trece prin el. Se foloseste aceeaşi tehnologie ca la capetele cu film subţire completata cu etape suplimentare pentru obţinerea capului rezistiv şi a firelor de legătură. Capete trebuie ecranate fiind foarte sensibile la câmpurile magnetice externe.

- Principiul magneto - rezistiv este folosit numai pentru obţinerea capetelor de citire. Un cap complet de scriere/citire este format din 2 capete: unul obţinut prin tehnologia magneto-rezistivă, folosit pentru citire şi unul obţinut prin tehnologia filmului subţire, folosit pentru scriere.

Mecanismele de poziţionare a capetelor Sistemul de antrenare a capetelor foloseste un mecanism format dintr-un magnet permanent şi o bobină, mecanism comandat prin intermediul unei bucle de reacţie ce determină cu precizie poziţia capetelor. Pentru oprirea ansamblului de capete în poziţia corectă, un servomecanism urmăreşte în permanenţă poziţia lor deasupra discurilor. Informaţiile despre poziţia curentă, numite şi servoinformaţii sunt citite chiar de pe disc. Există două tipuri de mecanisme de antrenare a capetelor ce utilizează bobină şi magnet permanent: mecanisme cu mişcare liniară a ansamblului de capete şi mecanisme cu mişcare rotativă a ansamblului de capete. Acest din urma tip este folosit astazi cu preponderenta si este prezentat in fig. 5.4.

Dezavantajul principal al mecanismului rotativ de antrenare al capetelor este datorat mişcării pe o traiectorie circulară a capetelor în interiorul pachetului de discuri, fapt ce conduce la rotirea uşoară a capetelor de scriere/citire faţă de tangenta la cilindrii de pe discuri.

Apare deci o variaţie a azimutului - unghiul α dintre tangenta şi axa capului de scriere/citire, aşa cum este prezentat în figura 5.5. Această variaţie conduce la erori numite erori de azimut. Pentru păstrarea în limite acceptabile a acestor erori, trebuie limitată zona (coroana circulară) pe care sunt situaţi cilindrii pe suprafaţa discului.

Servomecanismele

Servomecanismele permit poziţionarea rapidă a capului de scriere/citire pe cilindrul dorit şi menţinerea acestuia deasupra cilindrului chiar şi în condiţiile modificării condiţiilor de temperatură la suprafaţa

36

hard-discurilor, modificari ce provoacă dilatări sau contractări ale discurilor şi, deci, deplasarea pistelor de la pozitiile initiale.

Servomecanismele utilizează servoinformaţii înscrise chiar pe hard-disc. Servoinformaţiile sunt e fapt date codate, reprezentand poziţia fiecărei piste (sau chiar a fiecarui sector) faţă de o poziţie de referinţă. Servoinformaţiile se înscriu pe discuri, de către producător, în timpul fabricării lor şi nu se pot distruge prin scrierea sau citirea discului.

Există trei tipuri de servomecanisme:- servomecanisme cu servoinformaţii scrise pe un singur sector.

- servomecanisme cu servoinformaţii incluse; servomecanisme cu servoinformaţii dedicate.

Servomecanismul cu informaţii incluse - servoinformaţiile sunt aşezate înaintea fiecărui sector de date

Subiect 27 Organizarea si codificarea datelor la unitatea de hard disc, inregistrarea zonată (multi-zone recording), metode de codificare

Organizarea şi codificarea datelor Pista este spaţiul de înregistrare accesibil capului magnetic la efectuarea unei rotaţii

complete a discului.

Fiecărui bit ce trebuie înregistrat pe disc îi corespunde o aşa-numită celulă-bit. Celula-bit este definită ca fiind un cuvânt de cod cu două simboluri folosit pentru înregistrarea datelor pe suportul magnetic. Primul simbol corespunde informaţiei cu privire la semnalul de ceas iar al doilea simbol reprezintă chiar informaţia efectivă (data). Pe durata înregistrării, capul de scriere induce în materialul magnetic o secvenţă de tranziţii de flux în strictă concordanţă cu simbolurile din celulele-bit. Cele două simboluri din celulele-bit sunt stabilite pe baza biţilor informaţionali (datelor), respectându-se o anumită metodă de codare.

Tabelul 5.1 Zona de la începutul fiecărei pistei:

Nr. octeţi Valoare Descriere

80 4EH Buffer la început de pistă

13 00H Octeţi pentru sincronizarea ceasului

1 A1H Informează controlerul că urmează date

1 FE Informează că urmează zona de identificare a pistei

1 ** Numărul pistei (HEXA)

1 ** Numărul feţei (HEXA)

1 ** Numărul de sectoare pe pistă (HEXA)

1 ** Lungimea fiecărui sector

2 ** Octeţi pentru codul CRC detector de eroare

37

16 4EH Spaţiu de separaţie între octeţii de identificare a pistei şi sectoare de date

Tabelul 5.2 Zona de sector

Nr. octeţi Valoare Descriere

13 00H Octeţi pentru sincronizarea ceasului

1 A1H Informează controlerul că urmează date

1 FE Informează că urmează un sector normal de date

FB Informează că urmează un sector special de date

2 ** Numărul cilindrului (HEXA)

1 ** Numărul capului de scriere/citire (HEXA)

1 ** Numărul sectorului (HEXA)

2 ** Octeţi pentru codul CRC detectori de eroare

3 00H Spaţiu de separaţie între zona de identificare şi zona de date

13 00H Octeţi pentru sincronizarea ceasului

1 A1H Informează controlerul că urmează date

1 F8H Informează că urmează date utilizator

512 ** Date

2 ** Octeţi pentru codul CRC detector de eroare

3 00H Spaţiu de separaţie a datelor

15 00H Buffer pentru variaţia vitezei de rotaţie a discului

Înregistrarea zonată (multi-zone recording)

Densitatea maximă de înregistrare pe hard-disc este limitată de tehnologie şi se determină pe baza dimensiunii minime a celulei-bit şi a pistei de diametru minim. La unităţile mai vechi, numărul de celule-bit/pistă era constant, dimensiunea fizică a celulei-bit crescând de la interiorul discului spre exteriorul său. Datorită rotaţiei cu viteză constantă a hard-discului, timpul de citire a celulelor-bit este acelaşi, indiferent pe care pistă sunt situate. Dacă spaţiul fizic ocupat de celula-bit ar rămâne constant pe suprafaţa discului (egal cu cel corespunzător pistei de diametru minim), densitatea de înregistrare ar creşte progresiv odată ce ne apropiem de exteriorul discului. Astăzi, suprafata de înregistrare a discului se împarte în zone (coroane circulare) succesive în care numărul de celule-bit/pistă (şi implicit de sectoare) creşte progresiv, odată ce zona se află situată mai spre exteriorul discului. Metoda se numeşte “Multiple Zone Recording” iar numărul de zone în care se împarte de obicei pachetul de hard-discuri este 10.

O consecinţă a acestei metode de zonare este modificarea vitezelor de transfer dintre unitatea de hard-disc şi sistem, deoarece viteza de rotaţie a discului este constantă. Viteza de transfer creşte cu atât mai mult cu cât capetele se află în zonele dinspre exterior si ajunge să fie aproximativ dublă comparativ cu cea corespunzătoare zonei celei mai interioare.

Unitatea centrală este proiectată pentru a trata un număr constant de sectoare pe pistă. Controlerului de hard disc are rolul de a „traduce” noua organizare a pistelor pentru a putea fi

38

înţelese de unitatea centrală. Acesta foloseşte metoda translării sectoarelor prin care adresele fizice ale sectoarelor sunt translate în adrese logice (pe baza unei tabele de translare). De fapt unitatea centrală “vede” mai mulţi cilindrii decât pot fi făcuţi fizic pe disc, fiecare cu un număr constant de sectoare pe pistă. Prin intermediul acestei metode, capacitatea hard discurilor creşte cu 20 ¸ 50%.

Metode de codificare a datelor Codarea FM este prima apărută şi cea mai puţin eficientă din punct de

vedere al optimizării spaţiului ocupat

Codificarea MFM este prima codare ce diminuează numărul de tranziţii necesare

Codarea RLL asigură o reducere şi mai mare a spaţiului de înregistrare necesar pentru inscrierea unui bloc de date printr-o reducere suplimentară a numărului de tranziţii necesare

X (ASCII) = 01011000

T N T T T N T T T T T N T N T N

TNNTNNNTNTNNTNT

TNNTNNTNNNNNNTNN

FM

RLL

MFM

Figura 6.2 Poziţia tranziţiilor pentru caracterul X în cele 3 moduri de codare

PRML (Partial Response Maximal Likelihood) este o metodă de codare ce încearcă să rezolve problemele datorate interferenţei inter-simboluri prin adoptarea unei noi tehnici de decodificare a semnalului citit

39

Subiect 28 Interfata IDE/ATA, intefata SCSI, interfata seriala ATA

Interfaţa IDE/ATA

Această interfaţă este încă cea mai raspândită interfaţă pentru conectarea unităţilor de hard-disc la unitatea centrală. Atât denumirea IDE cât şi ATA sunt folosite, însă IDE (Integrated Drive Electronics) este mai populară. De-a lungul timpului au apărut o serie mare de variaţii ale acestei denumiri, fiecare dintre ele aducând o îmbunătăţire. Astfel au apărut: ATA/ATAPI, EIDE, ATA-2, Fast ATA, ATA-3, Ultra ATA, Ultra DMA, etc. Practic, această interfaţă defineşte legătura dintre unitatea centrală şi o unitate de hard-disc cu controler incorporat. Standardul curent IDE este o interfaţă paralelă ce utilizează un cablu cu 40 de fire. Configuraţia

pinilor şi semnalele vehiculate sunt prezentate în tabelul 5.6Interfaţa IDE/ATA - tabelul 5.6

Interfaţa SCSI

Interfaţa SCSI (Small Computer Systems Interface) este o interfaţă la nivelul sistemelor. Această interfaţă are ca element principal o magistrală pe care se pot conecta până la 8 echipamente periferice diferite. Legătura cu sistemul de calcul se face întotdeauna prin intermediul unui adaptor pentru sistemul gazdă (host adapter) care funcţionează ca un circuit de trecere (punte) între magistrala SCSI şi magistrala sistemului de calcul. La fiecare din celelalte 7 posibile capete pot exista diferite echipamente periferice: unităţi de hard disc, unităţi de floppy-disc, unităţi de bandă magnetică, unităţi ZIP, imprimante, scanere, etc. La intrarea fiecărui astfel de echipament periferic

40

trebuie să existe câte un controler SCSI care face legătura echipament periferic – magistrală SCSI şi prin care se transfera toate informaţiile. Magistrala SCSI nu comunică direct cu perifericele conectate ci cu controlerul SCSI din acestea.

Majoritatea interfeţelor SCSI actuale pot accepta până la patru adaptoare SCSI ce se pot conecta la magistrala SCSI principală. Fiecare dintre aceste noi adaptoare pot accepta la rândul lor până la alte 7 echipamente periferice, ceea ce face ca numărul maxim de echipamente periferice posibil de conectat la un sistem de calcul să fie 31 (4 x 7 + 3). Unitatea de hard disc care lucrează pe magistrala SCSI se numeşte unitate cu adaptor SCSI incorporat.

Dacă la începutul utilizării acestei interfeţe au existat foarte multe specificaţii de producător, incompatibile între ele, astăzi, sistemele IBM sunt standardizate pentru a putea funcţiona cu echipamente SCSI. Adaptorul SCSI al sistemului gazdă este fie livrat pe o placă independentă ce se poate instala într-un conector de extensie de pe placa de bază (de obicei PCI), fie este chiar incorporat în unele plăci de bază. Conectorul necesar interconexiunilor cu echipamentele periferice se livrează separat.

Evoluţia standardelor SCSI şi performanţele principale ale fiecăruia dintre ele sunt prezentate succind în tabelul 5.7.

Cele mai moderne interfeţe SCSI sunt astăzi Ultra160 SCSI ce poate transmite datele cu o viteză de vârf de pâna la 160 MBps şi Ultra320 SCSI cu viteze de pâna la 320 MBps.

Modul în care se transmit informaţiile pe magistrala SCSI este definit de aşa-numita metodă de semnalizare. Conexiunea fizică se poate realiza utilizând un singur fir pentru fiecare semnal sau două fire distincte pentru fiecare semnal.

În primul caz, metoda de semnalizare se mai numeşte şi Single Ended (SE) şi se foloseşte uzual un cablu cu 50 de fire la care se pot conecta până la 8 echipamente (inclusiv sistemul gazdă). În cel de-al doilea caz, metoda se numeşte diferenţială (utilă pentru lungimi mari ale cablului de interconectare). Transmisia diferenţială foloseşte două metode de semnalizare: High-voltage differential (HVD) şi Low-voltage differential (LVD). În cazul transmisiei diferenţiale se folosesc două fire pe care există două nivele diferite de tensiune. Diferenţa între cele două nivele poate fi pozitivă sau negativă în corespondenţă cu bitul informaţional (0 sau 1 logic) ce se transmite. Dacă se folosesc nivele de 5V atunci are loc o transmisie HVD, iar dacă nivelele sunt de 3V are lor o transmisie LVD.

Serial ATA (SATA)Interfetele IDE si SCSI sunt interfete paralele, care transmit simultan mai multi biti (pana la

16). La viteze mari de transmisie (100-160 MBps) apare atenuarea pronuntata a semnalelor pe cablurile de transmisie, reflexii nedorite si interferenta intersimboluri (inter – fire). De aceea trebuie luate masuri prin micsorarea lungimii cablului, folosirea unor cabluri speciale si ecranate, introducerea CRC, codari speciale, transmisii diferentiale, etc. O alternativa la toate acestea o

41

reprezinta parasirea modului paralel de transmisie si utilizarea celui serial, caz in care doar un singur bit se transmite la un moment dat pe un sens de transmisie. Astfel a aparut SATA.

Desi ne gandim ca la o astfel de transmisie seriala viteza ar trebui sa scada cu un factor egal cu 16, in realitate, datorita simplitatii comunicatiei seriale si a lipsei unor semnale de sincronizare speciale si dedicate transmisiilor paralele, viteza interfetei SATA este chiar mai mare decat cea a oricarei interfete paralele de tip IDE sau SCSI.

Interfata SATA asigura o conexiune punct-la-punct intre un periferic si placa de baza, transmisia bazandu-se pe un protocol specific transmisiei de tip serial. Interfata foloseste un cablu subtire cu doua perechi de fire (cate o pereche pentru fiecare sens de transmisie a datelor), de lungime rezonabila. Transmisia de date este de tip diferential, folosind nivele joase de tensiune, similar ca transmisia LVD de la interfata SCSI.

Utilizarea unei astfel de transmisii elimina cablul de tip ribon, se asigura o flexibilitate sporita pentru dispunerea perifericelor in PC, se elimina neajunsurile protocoalelor de tip master-slave si necesitatea setarii jumperilor perifericelor.

Semnalele de control se transmit pe aceleasi fire, sub forma unor secvente de biti predefiniti, in pachete sau sub forma de semnale ON-OFF (similar ca la codarea MORSE).

In cazul interfetei paralele Ultra ATA se pot transmite 2 octeti (16 biti) pe fiecare interval de clock. In cazul SATA se transmite doar un bit pe interval de clock si deci trebuie utilizata o frecventa de clock mult mai mare. Mai mult, pentru protectia impotriva erorilor, SATA foloseste o codare de tip 8/10 care adauga astfel 2 biti redundanti la fiecare 8 biti utili de date. Pentru o transmisie echivalenta de 150MBps este necesara o frecventa de clock de 1,5GHz (fata de maxim 75 MHz cat se foloseste in transmisiile paralele) . Astfel un interval de bit devine 0,667 ns fata de 13,3 ns la Ultra ATA si a fost posibil prin cresterea complexitatii controlerului SATA.

La transmisia paralela nu se putea folosi frecvente de clock atat de mari deoarece se utilizeaza o transmisie sincrona (ceas si date transmise simultan pe fire diferite) caz in care apar reflexii si atenuari diferite (exista 18 fire implicate intr-o transmisie) ce devin critice cu cresterea frecventei. Astfel de neajunsuri nu exista la SATA.

Subiect 29 Tehnologia GMR ( Giant Magneto-Resistive )

Tehnologia GMR ( Giant Magneto-Resistive )Această tehnologie se bazează pe faptul că într-un aliaj magnetic special, electronii se mişcă

mai uşor dacă acel aliaj se află într-un câmp magnetic cu liniile de câmp având acelaşi sens cu sensul lor de mişcare şi mai puţin liber dacă sensul câmpului magnetic se opune sensului lor liber de

mişcare (când creşte numărul de ciocniri electron-atom).

O mişcare mai liberă a electronilor se traduce printr-o opoziţie mai mică a materialului la deplasarea electronilor, adică printr-o scădere a rezistivităţii sale pe când o mişcare mai puţin liberă a electronilor se traduce printr-o opoziţie mai puternică, adică o creştere a rezistivităţii sale.

Câmpul magnetic ce corespunde informaţiei înregistrate magnetic va orienta magnetizarea stratului liber de Ni-Fe în acelaşi sens cu sensul liniilor de câmp din suportul

magnetic.

Pot exista astfel două situaţii:

42

Strat cu Ni-Fe cu magnetizare liberă

Strat din Co cu magnetizare fixă

Figura 5.10. Structura senzorului GMR

Strat din Cu

- orientarea liniilor de câmp din stratul liber de Ni-Fe are aceeaşi orientare cu cea a stratului fix de Co, caz în care electronii se deplasează cu uşurinţă între cele două strate magnetice şi întreaga structură are o rezistenţă minimă;

- orientarea liniilor de câmp din stratul liber de Ni-Fe are orientare opusă faţă de cea a stratului fix de Co, caz în care electronii se deplasează cu greutate între cele două strate magnetice şi întreaga structură are o rezistentă maximă.

Prin aplicarea unei diferenţe de potenţial asupra structurii din fig.5.10 se poate face diferenţa între cele două stări de rezistivitate diferită. Diferenţa între valorile celor doi curenţi este mult mai mare decât în cazul magneto-rezistiv clasic.

Structura unui cap de scriere/citire ce foloseşte tehnologia GMR este prezentată în figura 5.11. Ansamblul cuprinde un cap de citire GMR cu structura din figura 5.10 şi un cap de scriere ce este realizat în tehnologia filmului subţire.

Capul de citire se află plasat între două ecrane magnetice care îl ecranează de câmpurile magnetice ale celulelor-bit adiacente celei ce este citită. Al 2-lea ecran face parte chiar din capul de scriere.

Trebuie remarcat faptul ca tehnologia GMR introduce o schimbare de nuanţă - nu se mai citesc tranziţii de flux ci chiar fluxuri magnetice. Acest fapt face ca dimensiunea celulei bit să poată fi restrânsă fără ca citirea semnalului înregistrat să sufere datorită

interferenţei inter-simboluri. Senzorii GMR pot să opereze la o densitate de bit mult mai mare.

Subiect 30 Tehnologia Optically Assisted Winchester

Tehnologia Optically Assisted Winchester

Operaţia de citire se bazează pe faptul că lumina îşi modifică planul de polarizare atunci când este reflectată de o suprafaţă magnetizată (efectul Kerr). Noul plan de polarizare depinde de orientarea liniilor de câmp magnetic în materialul magnetic pe care lumina se reflectă. Folosind polarizoare adecvate (filtre ce lasă să treacă lumina având un anumit plan de polarizare), pe baza intensităţii luminii rezultate la ieşirea lor se vor putea decela datele înscrise.

La scriere se foloseşte un fascicol LASER de intensitate mai mare care încălzeşte suprafaţa materialului magnetic peste punctul Curie, situatie in care orientarea liniilor de câmp magnetic ale materialului magnetic poate fi realizată uşor cu ajutorul unei bobine magnetice, similar ca la tehnologia electro-magnetică clasică.

Încălzirea suprafeţei şi orientarea câmpului magnetic se fac într-un singur pas. Pentru aceasta se foloseşte o oglindă micro-comandată şi micro-lentile care asigură o dimensiune foarte redusă a ariei de înregistrare, fasciculul laser putând controla o arie mult mai mică decât capul de scriere în cadrul tehnologiei electro-magnetice clasice .

Mediul de înregistrare este de data aceasta un aliaj amorf (format din pământuri rare şi alte elemente) care nu are o structură granulară (ce ar putea limita dimensiunea celulei-bit). Raza laser

43

este transmisă spre capul de scriere/citire folosindu-se fibra optică. Acest lucru asigură dimensiuni foarte reduse pentru cap, patină şi sistemul port-cap.

Subiect 31 Unitatea de floppy-disc

Unitatea de floppy-disc

• Unitatea de floppy-disc, numită şi unitate de disc flexibil este un echipament periferic care intră în categoria dispozitivelor externe de memorie. Stocarea informaţiei se face, ca şi la unitatea de hard-disc, utilizând un mediu magnetic depus pe un suport. În cazul de faţă acest suport poartă denumirea de dischetă.

• Datele şi semnalele de ceas sunt înregistrate tot prin intermediul tranziţiilor de flux. Ca şi la unităţile de hard-disc, se folosesc metode de codificare în vederea optimizării înregistrărilor şi a creşterii capacităţii de stocare.

• Pentru a realiza transferul datelor pe şi de pe acest suport este necesar un cap de scriere/citire şi un controler adecvat. Pe durata scrierii/citirii, acest cap este in contact direct cu materialul magnetic de pe discheta. Prin apasarea capului pe suprafata dischetei flexibile, aceasta se deformeaza usor. Cel mai important parametru al dischetelor este densitatea de înregistrare. Acest parametru

determină capacitatea dischetelor. Din acest punct de vedere dischetele au evoluat de la dischetele în simplă densitate (SD) şi cele în dublă densitate (DD) – cu o capacitate neformatată de 1 MB – la cele actuale, de înaltă densitate (HD), având o capacitate neformatată de 2 MB sau la cele de extra înaltă densitate (ED), cu o capacitate neformatată de 4 MB.

Structura unei dischete de 3 ½ inch, cea mai des întâlnită este prezentată în figura 6.1. Suportul cu material magnetic este protejat împotriva atingerilor şi a prafului printr-un opturator metalic care stă normal închis peste fereastra de acces la suprafaţa magnetică. Un dispozitiv mecanic îl îndepărtează lateral atunci când discheta este introdusă în unitate.

Discheta se introduce în unitate printr-o fantă prevăzută pe placa frontală. Odată introdusă, un sesizor detectează acest lucru şi informează controlerul unităţii că o dischetă a fost introdusă. Acesta comandă introducerea axului de rotaţie în orificiul central prevăzut pe spatele dischetei şi porneşte motorul de rotaţie ce acţionează acest ax. Astfel discheta începe să se rotească cu o viteză ce depinde de tipul unităţii.

După ce viteza de rotaţie s-a stabilizat, capul pentru scriere/citire se va deplasa pe o direcţie radială, deasupra dischetei, fiind

acţionat de un motorul pas cu pas, sub comanda controlerului. Capul de scriere/citire este transportat de un car de antrenare. Senzorul pentru protecţia la scriere este un traductor ce sesizează dacă orificiul corespunzător din partea stângă a plicului casetei dischetei este obturat sau nu.

Informaţia poate fi înmagazinată pe o faţă a dischetei sau pe ambele feţe, fiind nevoie de unul sau două capete citire/scriere, respectiv. Există

44

unităţi de floppy-disc cu două capete deplasate cu care independente şi sunt unităţi la care carul de deplasare este unic.

În cazul unităţilor cu un singur cap de scriere/citire, capul magnetic este aşezat pe pistă prin apăsarea dischetei pe cap cu ajutorul unui tampon de pâslă. Astfel capul magnetic crează o mică adâncitură pe suprafaţa dischetei, deformare care dispare după îndepărtarea capului din respectiva zonă. Pe durata procesului de scriere/citire această umflătură se deplasează de-a lungul pistelor dischetei. Atât suportul cât şi capul magnetic sunt proiectate să reziste la frecarea puternică existentă în zona transferului. În cazul unităţilor cu două capete, rolul tamponului de pâslă este preluat de cel de-al doilea cap.

O unitate de floppy-disc are de cele mai multe ori două capete de citire-scriere, câte unul pentru fiecare faţă a unei dischete. Mişcarea capetelor pe direcţie radială este asigurată de aşa-numitul mecanism de antrenare a capetelor de scriere-citire.

Capetele sunt realizate sub forma unor bobinele electromagnetice având un miez magnetic dintr-un aliaj de fier.

Fiecare dintre cele două capete este format de fapt din 3 părţi: un cap de scriere-citire propriu-zis aşezat central în structură şi două capete, numite de ştergere, aşezate simetric de o parte şi de alta a capului de scriere-citire.

Această structură, descrisă şi în figura este necesară datorită metodei de ştergere sub formă de tunel utilizată în unităţile de floppy-disc.

În conformitate cu metoda ştergerii sub formă de tunel , capul de scriere central magnetizează suprafaţa materialului magnetic în corespondenţă cu codarea (MFM sau RLL) a datelor iar cele două capete de ştergere au rolul de a “şterge” această magnetizare pe marginile pistei. Magnetizarea pe mijlocul pistei rămâne intactă, iar structura seamănă cu un tunel (de unde şi denumirea metodei de înregistrare). Acest proces previne influenţarea magnetică între pistele adiacente, principalul motiv al creşterii ratei erorilor de citire.Alinierea capetelor reprezintă procedura de plasare a capetelor de scriere-citire în poziţia optimă pentru citirea pistelor. Pentru aceasta se foloseşte un program specializat împreună cu o dischetă standard înregistrată de o unitate perfect aliniată.

Mecanismul de antrenare a capetelor Acest mecanism este antrenat de un motor pas cu pas care are rolul de a deplasa în ambele

direcţii (spre exteriorul sau interiorul dischetei) ansamblul de capete. Motorul pas-cu-pas realizează o deplasare incrementală şi nu continuă, ca în cazul motoarelor de curent continuu ale unităţii de hard-disc. Fiecare deplasare a ansamblului de capete se face cu un multiplu al unui increment numit pas (o rotatie cu 3,6o/1,8o a rotorului).

Putându-se deplasa doar în poziţii dinainte stabilite, ansamblul de capete nu are nevoie de servomecanisme. Însă acest lucru nu apară unitatea de floppy-disc împotriva fenomenelor legate de dilatarea sau contractarea dischetelor în situaţiile modificării temperaturii mediului ambiant. De aceea, o bună funcţionare a unităţii de floppy-disc se asigură printr-o bună calibrare a ei dar şi prin restrângerea domeniului temperaturilor de lucru.

Motorul de rotatie Motorul de rotaţie este un motor de curent continuu. Cea mai uzuală viteză de rotaţie

întâlnită la unităţile de floppy-disc este 300 rpm (rotaţii pe minut). Unităţi de floppy-disc, care utilizează dischete de înaltă densitate (HD – high density) au viteze de rotaţie uzuale de 360 rpm.

Viteza de rotaţie a dischetei în timpul operaţiunilor de scriere/citire trebuie să fie cât mai apropiată de valoarea nominală. Variaţii ale acestei viteze pot cauza creşteri ale ratei erorilor. Controlul vitezei de rotaţie se poate face în două feluri:

45

1) motorul de rotaţie conţine markeri de strobare (LED-uri poziţionate astfel încât să furnizeze la ieşirea unui element fotosensibil un semnal de frecvenţă 50 Hz - uneori 60 Hz - pentru circuitul de control al vitezei);

2) prin utilizarea unui circuit de control automat al vitezei bazat pe tahometru.

Semnalele de interfaţă ale controlerului de floppy-disc Controlerele de floppy-disc pot să controleze până la 4 unităţi de floppy-disc. Fiecare astfel

de unitate trebuie setată pentru o identificare corectă cu ajutorul unor jumperi mecanici plasaţi lângă conectorul de legătura cu placa de bază. Controlerul se află de cele mai multe ori pe placa de bază unde se găseşte şi conectorul special de floppy-disc pentru interconectarea cu unitatea. Datele citite, datele pentru înscris şi semnalele de comandă şi control sunt transferate prin intermediul unui cablu special.

Semnalele de interfaţă pentru un controler şi o unitate de floppy-disc standard sunt prezentate în figura urmatoare.

Subiect 32 Structura pistei la CD-ROM, metode de citire a informatiilor (CLV, CAV).

STRUCTURA PISTEI Un disc compact are un diametru de 5,25 inch şi o grosime de aproximativ 1,2 mm. Discul

are la bază un substrat transparent din policarbonat în care se stochează datele sub forma unor cavităţi (pits) de lăţime fixă dar lungime variabilă. Spaţiul dintre două cavităţi este numit suprafaţă

(land). Cavităţile şi suprafeţele netede sunt definite din direcţia din care ele sunt citite de raza laser.

Structura pistei unui compact disc (sectiune de-a lungul pistei)

La citire, raza laser este diferit reflectată de către cavitate şi de suprafaţa netedă. Raza laser reflectată este apoi citită cu ajutorul unui element fotosensibil, la ieşirea căruia va rezulta un semnal binar cu ajutorul căruia se decodifică datele. În mod similar ca la unităţile de hard-disc unde simbolului logic 1 îi corespundea o tranziţie de flux, în cazul compact discurilor trecerii de la o cavitate la o suprafaţă netedă sau invers îi va corespunde un simbol 1 logic. Pe toată lungimea suprafeţelor şi a cavităţilor vor fi citite astfel doar simboluri logice 0, cu o frecvenţă impusă de semnalul de ceas al unităţii.

În cele mai multe dintre unităţile CD-ROM, în vederea citirii informaţiilor, sistemul mecanic roteşte discul cu o viteză ce variază în funcţie de poziţia capului optic de-a lungul pistei în formă de spirală. Se spune că în cazul acestor unităţi, citirea datelor se face cu viteză constantă indiferent de plasarea lor pe disc. Procesul este numit citire cu viteză liniară constantă (CLV - Constant Linear Velocity).

46

~30%

disc

Dioda laser Fotodetector

~100% Semnal analogic de radiofrecvenţă

Etaj de radiofrecvenţă

Pentru a citi un bloc de date, capul optic se poziţionează pe pista spiralată şi apoi focalizează fasciculul laser în vederea citirii. În tot timpul procesului de citire, când capul de citire se deplasează spre exteriorul discului, viteza de rotaţie trebuie să se diminueze liniar pentru a compensa creşterea vitezei relative dintre cap şi suprafaţa discului. În acest mod se asigură o viteză constantă de citire a datelor indiferent de poziţia lor pe pistă.

Tehnologia bazată pe CLV, utilizata datorită cerinţei de compatibilitate cu discurile audio ce necesitau o rată constantă de transfer este încă des întâlnită pe piaţa de profil. În ultimii ani au apărut unităţi care lucrează similar ca unităţile de hard-disc, adică citesc informaţia cu viteză unghiulară constantă (CAV – Constant Angular Velocity). Principalul câstig a fost reducerea considerabilă a timpului de acces, deoarece nu mai trebuie cautata informatia pe pista spiralata incepand de la centru spre exterior, capul deplasandu-se rapid deasupra pistei ce contine informatia. In plus se simplifica sistemul de control al vitezei de rotaţie.

Astazi exista chiar unităţi ce permit ambele moduri de citire, CLV şi CAV, metoda alegandu-se in vederea optimizarii şi maximizarea transferului datelor de pe disc functie de tipul informatiei aflate pe un anume disc. Se pare insa că viitorul aparţine tehnologiei bazate pe CAV.

Subiect 33 Parametrii si caracteristicile unitatilor CD-ROM.

Parametrii şi caracteristici Viteza de rotaţie (viteza nominală), se măsoară în RPM (rotaţii pe minut) şi se noteză uzual

cu nX (n – număr întreg). Viteza 1X corespunde vitezei de rotaţie a discului audio. O unitate 20X, de exemplu, se va roti de 20 de ori mai repede. Nu putem preciza exact care este viteza de rotaţie deoarece unităţile cu viteze până la 12X lucrează pe sistemul CLV, modificându-şi viteza de rotaţie funcţie de poziţia capului pe pistă. De exemplu, o unitate 1X işi variază viteză de rotaţie între 210 RPM şi 540 RPM iar una 2X între 420 RPM şi 1080 RPM. În cazul unor astfel de unităţi se poate vorbi doar de o viteză medie de rotaţie (380 RPM şi 760 RPM, respectiv). La unităţile ce lucrează cu sistemul CAV, viteza de rotaţie este constantă şi are o valoare ce depinde de rata de transfer impusă, putând să ajungă astăzi chiar peste 10.000 RPM.

Timpul de căutare (seek time). Acest timp este o măsură a vitezei cu care unitatea CD-ROM găseşte datele solicitate.

Timpul mediu de sector (latenţa). Reprezintă timpul mediu în care un sector de date ajunge sub capul de scriere/citire, odată ce capul se află pe pista dorită. Acest parametru depinde de viteza de rotaţie a discurilor şi este destul de greu de estimat pentru unităţile CLV. În cazul unităţilor CAV, acest parametru se estimează similar ca la unităţile de hard disc.

Timpul de acces. Timpul de acces este definit ca timpul scurs de la trimiterea comenzii de citire până la începerea citirii efective a datelor de pe disc.

Rata de transfer a datelor. Acest parametru defineşte viteza cu care sunt livrate datele de către unitatea CD-ROM şi depinde direct de viteza de rotaţie. Pentru unităţile CLV, marcarea nX stabileşte exact rata de transfer a datelor care este de 150 kB/s pentru o unitate 1X ajungând până la 7,8 MB/s pentru una 52X. La unităţile CAV rata maximă de tansfer se poate calcula la fel (nX 150kB/s) dar această rată se poate obţine doar pentru sectoarele aflate la exteriorul pistei spiralate.

Subiect 34 Organizarea datelor pe disc, structura si codificarea datelor pe disc (codificarea EFM).

Organizarea datelor pe disc Înaintea înregistrării pe disc, datele suferă o codare specifică. După codare, datele sunt

înregistrate sub forma unor cavităţi şi suprafeţe pe o pistă în formă de spirală ce porneşte din mijlocul discului şi sfârşeşte la exteriorul lui. De-a lungul pistei în formă de spirală informaţia este

47

organizată pe sectoare. De-a lungul pistei spiralate, inregistrarea informatiei urmeaza un traseu sinusoidal, pentru cresterea spatiului de inregistrare.

Forma sinusoidala a inregistrarii pe pista in forma de spirala

Structura pistei inregistrate

Codificarea datelor

Codarea utilizată în cazul compact discurilor este numită EFM (Eight to Fourteen Modulation). Prin această codare, fiecărui octet de date i se atribuie un cuvânt de cod format din 14 biţi, atribuirea făcându-se pe baza unei tabele de codare. Cateva astfel de corespondente sunt prezentate in tabelul de mai jos.

48

Prin codarea EFM a semnalului de date se asigură:

- reducerea numărului de biţi 1 logic, ceea ce se traduce printr-un semnal de citire cu mai puţine fronturi, având deci o bandă de frecvenţă mai redusă;

- elementele de control ale semnalului de ceas, ce se obţine din acelaşi semnal citit de raza laser sunt statistic mai frecvente (cel puţin doi biţi 1 logic la un cuvânt de date de 8 biţi);

Codarea în vederea înregistrării datelor nu se opreşte la formarea codurilor pe 14 biţi. După obţinerea acestora, fiecărui grup de 14 biţi i se adaugă un grup suplimentar de trei biţi de legătură sau adaptare (merging bits). Aceşti biţi nu conţin informaţie utilă, însă au rolul de a asigura condiţia impusă de codarea EFM secţiunilor de legătură între două cuvinte independente de 14 biţi.

În procesul de citire este important ca semnalul obţinut să conţină şi o informaţie pentru sincronizarea semnalului de ceas ce stabileşte momentele la care data este citită. Sincronizarea periodică a ceasului propriu bazat pe o bucla PLL este asigurată de un cuvânt de sincronizare de 27 biţi (24 biţi conţin informaţii asupra sincronizării + trei biţi suplimentari de adaptare) periodic dispus pe pista de date.

Standardele Red Book pentru audio si Yelow Book pentru date prevad organizarea pe cadre si sectoare a datelor.

Subiect 35 Tehnologia de realizare a discurilor CD-ROM

Etapele procesului de fabricaţie a unui compact disc: prematriţarea (in cazul audio) matriţarea turnarea prin injectare acoperirea prin centrifugare tipărirea

Prematriţarea audio se utilizează în cazul înregistrărilor audio şi este prima etapă a procesului de înregistrare a datelor audio pe compact disc. Cu ajutorul unor convertoare analog-digitale de precizie şi a unui procesor digital de sunet, semnalul audio este transformat în semnal digital.

Matriţarea este operaţia prin care datele sunt înscrise sub forma unor cavităţi microscopice în stratul de fotorezist sau de material plastic dispus pe un disc matriţă realizat din sticlă. Operaţiunea se realizează cu ajutorul unui fascicul laser. Procesul de matriţare pe bază de fotorezist cuprinde mai multe etape ce sunt prezentate în figura urmatoare. Pe un disc de sticlă foarte bine şlefuit se depune un strat de adeziv şi apoi un strat neted de fotorezist. După o tratare prealabilă, stratul de fotorezist este expus fasciculului laser care gravează o serie de adâncituri în conformitate cu datele ce trebuie înregistrate. Imaginea obţinută este negativă. Pe discul astfel obţinut se depune un strat subţire de metal (argint) ce va constitui un electrod metalic pentru ultima fază, cea a depunerii metalice (nichel). Rezultatul final se numeşte matriţă metalică originală.

Cuvânt de 8 biţi Cuvânt de 14 biţi

00000000 01 0010 0010 0000

00000001 10 0001 0000 0000

00000010 10 0100 0010 0000

00000011 10 0010 0010 0000

00000100 01 0001 0000 0000

00000101 00 0001 0001 0000

00000110 00 0100 0010 0000

00000111 00 1001 0000 0000

49

gravarea fotorezistorul

ui

fascicol laser

fotorezist

depunere metalică - electrod (Ag)

suport

suport de sticlă polizată

depunere metalică - matriţă (Ni)

După obţinerea matriţei metalice originale se produc copiile CD-urilor. Materialul din care se realizează aceste copii este de cele mai multe ori un policarbonat. Pentru producerea suporturilor CD-urilor finale se folosesc tehnici de turnare prin injectare. Policarbonatul este preferat pentru că este transparent, are dimensiuni stabile şi prezintă foarte puţine impurităţi.

Pentru ca discul să poată fi citit de un fascicul laser, suportul de policarbonat obţinut în etapa precedentă trebuie să fie acoperit cu un material ce reflectă lumina: aurul, argintul, cuprul sau aluminiul.

Pentru a proteja metalul reflectorizant de oxidare şi zgârieturi, peste acesta se depune prin acoperire centrifugală un strat subţire de plastic acrilic care este apoi tratat în lumină ultravioletă. Discul astfel obţinut este apoi acoperit cu o etichetă

Subiect 36 Tehnologia de realizare a discurilor inscrisptibile

Standardul Orange Book este cel ce stabileşte caracteristicile unui compact disc înscriptibil. Principiul înscrierii informaţiilor constă în schimbarea reflectivităţii prin încălzirea unui strat organic (un tip special de cerneală). Acest strat organic înlocuieşte succesiunea de cavitati si suprafete netede folosita la discurile CD-ROM. Atunci când este încălzită, cerneala îşi schimbă gradul de reflectivitate în acea regiune, simuland astfel cavităţile, spatiul cu cerneala neincalzita simuland suprafeţele netede. În vederea îmbunătăţirii proprietăţilor stratului organic şi pentru a-l apăra de coroziune şi oxidare, tehnologiile moderne utilizează acoperirea lui cu un strat reflectorizant format dintr-un aliaj de argint şi aur. Acest lucru apropie performanţele de reflectivitate ale discurilor înscriptibile de cele ale discurilor CD-ROM.

50

Figura 7.7 Structura unui disc înscriptibil (secţiune radială)

Strat protector (plastic)

Strat reflectorizant (aliaj Ag-Au)

Strat de înregistrare (cerneală specială)

Substrat transparent (policarbonat) Pista spiralată

(canelură)

Procesul de obţinere a suportului pentru discul înscriptibil este asemănător cu cel descris la CD-ROM. Ca şi în cazul precedent se foloseşte un substrat de policarbonat transparent. Pe acesta se crează o pistă în formă de spirală, sub forma unei caneluri, care ajută la ghidarea laserului de scriere-citire. Astfel se asigură faptul că la înscriere se va urmări aceeaşi spirală ca şi în cazul CD-ROM. Stratul organic se depune uniform pe suprafaţa discului şi se acoperă cu un strat foarte subţire de aliaj Ag-Au reflectorizant. Deasupra este depus un strat protector dintr-un plastic rezistent.

Înscrierea informaţiilor se face cu ajutorul unui laser de putere mai mare decât cel folosit la citire (este acelaşi laser care are posibilitatea reglării puterii). Acolo unde laserul încălzeşte stratul organic peste o temperatura critică, cerneala îşi va schimba starea de reflectivitate devenind opaca (absoarbe lumina). Astfel, un laser de citire este diferit reflectat de stratul organic. Suprafeţele încălzite joacă rolul cavităţilor iar cele neîncălzite pe cel al suprafeţelor netede de la discul CD-ROM. De aceea, discurile CD-R pot fi citite de unităţile CD-ROM. Stratul de înregistrare este modificat ireversibil în procesul de scriere si de aceea procesul poate avea loc o singura data.

Subiect 37 Tehnologia de realizare a discurilor re-inscriptibile

Tehnologia folosită se bazează pe schimbarea de fază dar nu utilizează câmpuri magnetice cum se întâmplă la discurile magneto-optice.

Structura se bazează tot pe un substrat transparent din policarbonat pe care este deja gravată o pistă în formă de spirală (sub forma unei caneluri), cu rol de ghidare. Peste acest substrat se depun alte 5 straturi. Stratul de înregistare se află între două straturi de dielectric care au rolul de a prelua excesul de căldură din timpul procesului de scriere.

Stratul de înregistrare este însă un strat cristalin (aliaj din argint, indiu, antimoniu şi telur) spre deosebire de stratul organic de la CD-R. Acest aliaj are proprietatea că încălzit la o temperatură relativ joasă (200o C), sub temperatura de topire şi apoi răcit devine cristalin.

Acelasi aliaj, daca este încălzit la o temperatură relativ înaltă (500-700o C), situatie in care aliajul se lichefiază, este apoi răcit, acesta devine amorf.

Starea cristalină permite trecerea unei raze laser până la stratul următor ce este un strat reflectorizant, pe când starea amorfă nu lasă să treacă raza laser decât într-o proporţie nesemnificativă. Aceste proprietăţi ale aliajului respectiv stau la baza procesului de reînscriere şi citire a informaţiilor, simulandu-se adanciturile si suprafetele netede ale CD-ROM-urilor.

Unitatea CD-RW utilizează 3 nivele de putere a laserului: nivelul de putere cel mai ridicat, folosit la scriere transformă zonele atinse în zone amorfe; nivelul mediu de putere care realizează zone cristaline, indiferent cum erau anterior; nivelul scăzut de putere ce este folosit la citire.

51

Figura 7.9 Structura unui disc reînscriptibil

Strat protector (plastic)

Strat reflectorizant

Strat de înregistrare

(aliaj special)

Substrat transparent

(policarbonat) Pista spiralată

(canelură)

Straturi dielectrice

Subiect 38 .DVD

Discurile DVD (Digital Versatile Disc sau Digital Video Disc) reprezintă noua generaţie de discuri optice obţinute prin îmbunătăţirea tehnologiilor utilizate la producerea compact discurilor clasice.

Discurile DVD au fost dezvoltate în primul rând pentru înlocuirea casetelor video şi de aceea organizarea informaţiei priveşte optimizarea procesului de redare a imaginilor şi a sunetului. Pe DVD-uri se înregistrează de obicei un canal principal ce conţine informaţii video şi mai multe canale audio (fie pentru stereofonie, fie pentru limbi diferite).

Pe un DVD datele sunt înregistrate, la fel ca şi pe CD, pe o pistă în formă de spirală care începe din mijlocul discului şi se termină spre periferie. În mod similar, informaţia este înregistrată sub forma unor cavităţi şi suprafeţe netede peste care este depus un strat reflectorizant ce reflectă diferit o rază laser. Caracteristicile DVD-urilor diferă însă esenţial ce cele ale CD clasice. În tabelul 7.5 se prezintă o comparaţie a principalelor caracteristici.

Tehnologii de realizare ale DVD-urilor

Pentru a obţine o densitate mai mare a datelor, tehnologia de realizare a DVD-ului se deosebeşte în câteva puncte de cea a compact discului. DVD-ul este compus din două discuri lipite, ambele având câte o faţă utilă (ce poate fi citită). Există patru tipuri de DVD, care se deosebesc în funcţie de tehnologia de realizare şi de capacitatea de stocare.

52

Pentru a obţine capacitatea maximă de stocare de 17 GB, se îmbină două feţe cu câte două straturi fiecare.

Ca şi în cazul compact discurilor clasice au apărut variantele înscriptibile şi reînscriptibile ale DVD-urilor. Aceste variante poartă denumirea de DVD-R şi DVD-RAM. Tehnologiile de inregistrare sunt foarte asemanatoare cu cele de la CD.

Lungimea de undă a razei laser este mai mică dar puterea este mai mare comparativ cu compact discurile înscriptibile.

Cerinţele tot mai mari legate de capacitate au condus la introducerea unui nou standard HD-DVD (High Definition DVD). Cu ajutorul acestui nou tip de DVD se va putea atinge o capacitate de stocare de 27 Gb pe un singur strat. Unitatea DVD va folosi un laser albastru cu lungimea de undă de 450 nm (comparativ cu 640 nm la DVD). Distanţa între spire se va reduce la 0,34 mm (faţă de 0,74 mm la DVD) iar lungimea minimă a cavităţii va fi de 0,14 mm (faţă de 0,4 mm la DVD). Un astfel de DVD, chiar cu o singură faţă şi un singur strat va asigura posibilitatea înregistrării unui film de 2 ore într-o rezoluţie foarte ridicată (HDTV - 1920x1080).

Subiect 39 Unitatea CD-ROM (schema bloc, descrierea succinta a blocurilor functionale)

Sistemul mecanic este constituit dintr-o serie de motoare şi dispozitive electro-mecanice care asigură mişcarea discului şi deplasarea capului optic de citire deasupra compact discului. Acest sistem este responsabil de încărcarea/descărcarea discului în/din unitate, rotirea lui, deplasarea ansamblului optic de citire, inclusiv micile ajustări pentru corecţia focalizării şi centrarea corectă pe pistă a razei laser.

Sistemul optic pentru citirea discului este unul dintre elementele specifice tehnologiei optice. Principiul de funcţionare are la bază reflexia diferită a razei laser de către cavitate (reflexie aproape totală - 100%) in comparatie cu reflexia produsa de către suprafaţa netedă (reflexie în proporţie de aproximativ 30%), aşa cum este prezentat în figura urmatoare.

Schema de ansamblu a sistemului optic de citire este prezentată în figura urmatoare. Dioda laser emite un fascicul ce trece printr-o oglindă reflectorizantă unidirecţională şi este apoi direcţionat şi focalizat cu ajutorul a două lentile. Discul se află în mişcare de rotaţie şi fascicolul focalizat pe suprafaţa sa cade pe structura de cavităţi şi suprafeţe netede, fiind reflectat diferit de către acestea. oglida reflectorizantă unidirecţională direcţionează raza reflectată spre o fotodiodă la ieşirea căreia apare un semnal analogic, de înaltă frecvenţă (radiofrecvenţă).

Poziţionarea pe pistă este controlată de un servosistem similar ca la unităţile de hard-disc desi nu există servoinformaţii înscrise pe disc. Pentru asigurarea controlului poziţiei corecte a razei laser pe centrul pistei se măsoară permanent nivelul semnalului reflectat. În practică, pe lângă fascicolul laser principal folosit pentru citire, mai sunt emise alte două fascicule laser ce sunt focalizate pe spaţiul dintre piste. Prin măsurarea nivelului celor trei raze laser reflectate,

53

servosistemul corectează uşor poziţia sistemului optic pentru ca fasciculul principal să cadă chiar pe centrul pistei. Poziţia corectă se obţine pentru un semnal reflectat de nivel maxim la fasciculul principal şi de nivele minime şi egale pentru cele două fascicule laterale. Dacă nivelul semnalului reflectat corespunzător unui fascicul lateral creşte, atunci înseamnă că acesta cade parţial pe pistă şi sistemul optic va fi deplasat în direcţia acestuia, pentru corecţia erorii.

Subiect 40 Functionarea unei tastaturi cu logica discreta

Tastaturile moderne sunt conectate prin interfaţa PS/2 sau USB la unitatea de calcul si suportă o comunicaţie bidirecţională. Fluxul principal de informatie este transmis spre unitatea centrala si reprezinta coduri corepunzatoare tastelor apasate. Unitatea centrală transmite informaţie către tastatură sub forma unor comenzi cum ar fi de exemplu autorizările, setări ale ratei de transmitere a codului tastei apăsate, retransmisii, etc.. În general, tastaturile sunt formate dintr-un număr variabil de taste dispuse într-o matrice de contacte electrice controlate de către un circuit electronic al cărui element central este un microcontroler dedicat. Matricea de contacte economiseşte foarte mult numărul de contacte care ar fi necesare dacă tastele ar fi independente şi creşte astfel fiabilitatea tastaturii.

Cea mai populară tastatură foloseşte un contact metalic (carbon dur) învelit într-un cauciuc flexibil. Contactele de carbon sunt conectate la liniile matricii. Liniile şi coloanele matricii se află dispuse pe folii plastice transparente diferite, separate de o folie de plastic fara contacte (necesara pentru evitarea contactelor accidentale). Aceasta folie de separatie este gaurita in dreptul intersectiilor linii-coloane. Atunci când tasta este apăsată, partea acţionată de degetul utilizatorului apasă pe cauciucul flexibil aflat pe folia superioară şi împinge contactul de carbon conectat la liniile matricii spre folia inferioară, unde există contactul metalic conectat la coloanele matricii.

Pentru a înţelege modul în care circuitele electronice ale unei tastaturi verifică dacă o tastă este apăsată sau nu vom considera pentru exemplificare o matrice formată din 16 taste dispuse pe 4 linii L0 – L3 şi 4 coloane C0 - C3, prezentată în figura. Matricea este controlată prin intermediul unui multiplexor şi al unui decodificator.

Să presupunem că în momentul iniţial cele două numarătoare N1 şi N2 sunt resetate, toate ieşirile fiind 0 logic. Pentru început vom ignora prezenţa diodelor D0 – D3. În această situaţie decodificatorul va avea activată prima ieşire, corespunzătoare liniei L0 a matricii tastaturii. În acelaşi timp, la liniile de adresă ale multiplexorului avem A0=A1=0, rezultând selecţia Y = I0. În acest fel este testată intersecţia liniei L0 cu coloana C0. Dacă tasta corespunzătoare acestei

54

intersecţii nu este apăsată se va obţine la intrarea I0 şi respectiv la ieşirea Y un nivel logic 1 deoarece coloanele sunt legate prin rezistenţe la + Vcc.

Dacă Y=1, circuitele îşi continuă funcţionarea normală şi oscilatorul va genera un nou puls determinând ieşirile numărătorului N2 să devină Q0Q1 = 10, iar multiplexorul să selecteze intrarea I1. Astfel se testează intersecţia dintre coloana C1 şi linia L0. În cazul în care nu este apăsată respectiva tastă, se vor genera noi pulsuri testându-se nodurile de pe prima linie, apoi nodurile de pe liniile următoare până la epuizarea tuturor nodurilor matricii, procesul reluându-se de la primul nod. Dacă o tastă este însă apăsată, când se testează respectiva intersecţie va rezulta la ieşirea Y un 0 logic. Acest lucru se datorează scurt-circuitării respectivei intersecţii de către tasta apăsată şi deschiderii diodei Di, dacă aceasta există. La intersecţia scurtcircuitată se realizează de fapt un ŞI hardware între nivelul 0 logic de la ieşirea decodificatorului şi nivelul 1 logic sosit pe coloană, de la alimentarea Vcc. Rezultatul este un nivel logic 0 ce ajunge la acea intrare a multiplexorului ce corespunde coloanei tastei apăsate. Nivelul 0 logic rezultat la ieşirea Y activează intrarea STOP a oscilatorului care nu va mai genera semnal de tact. În acelaşi timp, unitatea centrală este informată prin semnalul STB că există o tastă apăsată a cărei cod de linie şi cod de coloană poate fi preluate de la ieşirile Q0 şi Q1 ale celor două numărătoare (codurile c1 şi c2).

Subiect 41 Mouse opto-mecanic, mouse optic, joystick – principii de functionare, comparatii.

Mouse-ul este un echipament periferic care permite introducerea în unitatea centrală a informaţiei cu privire la poziţia unui punct de referinţă într-un plan.

Există două tehnologii importante utilizate pentru realizarea unui mouse: - tehnologia opto-mecanică;- tehnologia optică.

Un mouse realizat în tehnologia opto-mecanică este caracterizat prin prezenţa la baza carcasei din plastic a unei bile de cauciuc care se roteşte pe masură ce mouse-ul se deplasează pe o suprafaţă de lucru (pad). Mişcarea de rotaţie a bilei este interpretată de un circuit electronic. Schema de principiu unui mouse de acest tip este prezentată în figura.

În cazul mouse-ului optic nu mai există o bilă de cauciuc, chiar mai mult, nu există elemente în mişcare. De aici apare şi fiabilitatea mai ridicată a sa, comparativ cu mouse-ul clasic. Tehnologia se bazează pe un sensor optic special care este sensibilizat de către lumina emisă de un LED si reflectată de suprafaţa pe care este deplasat mouse-ul. Semnalul provenit de la senzorul optic corespunde unor imagini microscopice ale suprafeţei explorate. Imaginile reprezintă texturi fine ale suprafeţei explorate si compozitia lor se modifica usor in timpul deplasării mouse-ului, ceea ce poate fi interpretat de catre un circuit specializat (DSP-Digital Signal Processor) pentru a determina direcţia, viteza şi valoarea deplasării mouse-ului.

Principiul de funcţionare al unui mouse opticJoystick-ul este un echipament periferic care traduce mişcarea unei manete în coduri

numerice ce sunt apoi transmise unităţii PC. Maneta este acţionată de mâna utilizatorului. Mişcările

55

manetei sunt folosite de diferite aplicaţii (în special jocuri dar nu numai) pentru a deplasa pe ecranul monitorului un cursor, diverse obiecte sau pentru a realiza diferite efecte vizuale.

O altă soluţie constă în renunţarea la potenţiometrul analogic şi realizarea controlului mişcării cu senzori optici, aşa cum este prezentat în figura. Sistemul este foarte asemănător cu cel utilizat la mouse-ul opto-mecanic. Mişcarea mâinii este preluată de două axe solidare cu câte un disc cu fante. Fiecare disc, corespunzător celor două axe X şi Y, se roteşte prin faţa a două LED-uri. Pentru fiecare LED există de cealaltă parte a discului cu fante câte un senzor ce generează un semnal electric - tren de impulsuri – în concordanţă cu deplasarea pe axa respectivă.

Subiect 42 Scanner-ul – principii de functionare

Scanerul este un echipament periferic care preia o imagine de pe un suport cum ar fi hârtia (folie transparentă sau film), o transformă într-un format digital şi o transmite unităţii PC. Scanerul face parte dintre echipamentele ce prelucrează şi transmit informaţia în mod grafic. Toate scanerele lucrează pe principiul reflexiei luminii pe documentul de scanat sau transmiterii luminii prin documentul de scanat (cazul documentelor transparente). Documentul de scanat este plasat pe un suport transparent sub care există un sistem de scanare. Lumina folosită pentru scanere poate să provină de la:

- lămpi fluorescente;- lămpi CCFL (cold cathode fluorescent lamp);- lămpi cu xenon.

• Lumina reflectată ajunge la capul de scanare care este format din oglinzi, lentile, filtre de culoare şi senzori. Acesti senzori pot fi:•senzor PTM (photomultiplier tube) folosit în scanerele cu cilindru (tambur), rareori întâlnite astăzi;•senzor CCD (Charge-Coupled Device), folosit în cele mai multe scanere flatbed ca şi în camerele TV digitale;senzor CIS (Contact Image Sensor), cea mai nouă tehnologie care a condus la scăderea drastică a preţului de cost a scanerelor.

Figura 9.13 Principiul de funcţionare al unui scaner

Documentul de scanat

Suport transparent

Sursă de lumină

Senzor CCD

Oglinzi Lentilă

Senzorul scanerului se prezintă sub forma unei arii cu o mulţime de elemente CCD, fiecare element fiind format din dispozitive semiconductoare ce au rolul de a transforma fluxul de fotoni în sarcină electrică. Sarcină electrică este stocată pe un condensator echivalent din elementul CCD şi este cu atât mai mare cu cât fluxul de fotoni incidenti este mai mare (atunci când lumina este reflectată de o suprafaţă de culoare apropiată de alb). Aceşti senzori acţionează ca şi un fotometru, realizând transformarea intensitate luminoasă – semnal analogic. Semnalul analogic obţinut astfel este apoi convertit în formă digitală (folosind convertoare analog digitale - CAN) pentru prelucrari ulterioare şi transmitere la unitatea PC.

Un cap de scanare pentru un scaner alb negru conţine un rând foarte subţire de senzori CCD. Pentru scanerele color pot exista trei astfel de rânduri de senzori, la fiecare rând ajungând, după reflexie, una din componentele roşu, verde sau albastru în care lumina este descompusă anterior

56

STROBE

8

PC

Echipament

periferic

Figura 10.1 Modul SPP

ACK

reflexiei. Acesta este cazul scanerelor color care realizează întreg procesul de scanare a unei imagini color într-un singur pas. Există şi scanere cu trei rânduri de senzori ce sunt ocoperiţi de filtre care extrag conţinutul de roşu, verde sau albastru fără a mai fi necesară separarea luminii albe înainte de reflexie. Alte scanere color conţin doar un rând de astfel de senzori dar au nevoie de trei paşi pentru scanarea unei imagini color, la fiecare trecere, pe randul de senzori ajungand lumina corespunzatoare uneia din cele trei culori fundamentale.

Întreg ansamblul format din rândul de elemente CCD şi sistemul de focalizare este purtat de-a lungul documentului de scanat de un port-cap antrenat de un motor pas cu pas. Rezoluţia unui scaner este dată de numărul de elemente CCD de pe un rând şi de pasul motorului pas cu pas. Uzual este 600 dpi (dots per inch). Din punctul de vedere al senzorilor CCD, deja s-a ajuns la o limită tehnologică: 600 elemente pe inch. Deşi mulţi producători vând scanere cu o rezoluţie mult mai mare (există scanere de rezoluţie 2400x2400) aceasta este însă obţinută prin tehnici software (interpolare).

Senzori CIS

Scanerele cu senzori CIS constituie o noutate în domeniu si au apărut din necesitatea scăderii costurilor de producţie. Astfel de scanere folosesc în locul unei surse de lumină un banc dens de LED-uri roşii, verzi şi albastre care sunt dispuse de-a lungul rândului de scanare şi care, prin combinarea luminii emise produc lumina albă. Aceste scanere nu mai folosesc oglinzi şi lentile. Receptorul luminii reflectate este tot un element CCD dar care impreuna cu ansamblul de LED-uri formeaza senzorul CIS. Exista doar un singur rând de elemente CCD plasat foarte aproape de suprafaţa de reflexie. Cele trei tipuri de LED-urile sunt comandate foarte rapid, pe rând, în fiecare pas de scanare. Astfel, documentul de scanat este iluminat pe fiecare rând de scanare succesiv de cele trei culori fundamentale şi citit de un acelaşi rând de elemente CCD. Aceasta tehnica a condus la realizarea unui scaner mai uşor şi mai subţire, foarte ieftin şi robust, cu o calitate acceptabilă a imaginii scanate.

Subiect 43: Interfata paralela, interfata seriala, interfata IrDA – descriere succinta, comparatii.

Interfata paralela În modul clasic SPP (Standard Parallel Port sau Standard Printer

Port), portul paralel transferă 8 biţi informaţionali într-un singur pas, folosind 8 linii de date. Semnalele transmise au nivele TTL. Datele sunt însoţite de semnalul STROBE care indică că datele sunt valide şi pot fi preluate. Extremitatea care preia datele transmite la finalul procesului un semnal ACK (acknowledge) către transmiţător.

Interfaţa serială Standardul ce reglementează funcţionarea interfeţei seriale este RS 232. Deşi acest standard prevede o viteză maximă de transfer de 19.200 bps, există totuşi

multe carduri speciale care permit viteze ce ajung până la 921.600 bps.Transmisia prin interfaţa serială este bi-direcţională şi se realizează în format serial, asincron. Biţii de date sunt transmişi unul după altul, adăugându-se un

bit de start şi 1-2 biti de stop. Semnalul de sincronizarea (tactul sau ceasul) nu însoţeşte secvenţa de

57

date. Pentru transmiterea unui bit 0 logic se foloseşte un nivel de tensiune cuprins între +3V .... +25V, iar pentru transmiterea unui bit 1 logic se foloseşte un nivel de tensiune cuprins între –3V .... -25V. Prin programare se poate stabili tipul de paritate (pară, impară sau fără bit de paritate) şi numărul de biţi de stop (1, 1.5 sau 2).

Cele două tipuri de conectori folositi pentru interfata seriala, avand 9 şi, respectiv 25 de pini, împreună cu semnificaţia semnalelor este prezentată în tabelul de mai jos.

În transmisiile seriale, pentru eliminarea confuziilor legate de sensul transmiterii datelor prin interfaţă s-au introdus două notaţii pentru cele două extremităţi: DTE (Data Terminal Equipments) este partea care conduce comunicaţia, în particular fiind unitatea PC şi DCE (Data Communications Equipments) este partea condusă, în particular fiind perifericul.

Pe linia TD, DTE (unitatea PC) transmite date către periferic. Când această linie nu este folosită pentru transmisia datelor, ea este menţinută în 1 logic de către DTE. Pe linia RD se primesc datele de către DTE şi este menţinută în 1 logic de către DCE când nu se transmit date. Liniile RTS/CTS sunt folosite în protocolul de comunicaţie harware: printr-un 1 logic pe linia RTS se informează perifericul că poate transmite date către DTE, în timp ce printr-un 1 logic pe linia CTS se informează PC-ul că perifericul e capabil de a primi date.

Pe linia DTR este informat perifericul despre realizarea comunicaţiei iar acesta răspunde pe linia DSR că este conectat la linia de comunicaţie (sau că este operaţional). Linia CD este folosită de periferic pentru a informa unitatea PC că recepţionează semnal de date iar linia RI este folosită de periferic pentru a indica că un apel telefonic este în derulare.

Interfaţa de comunicaţie în infraroşu (IrDA)

Interfaţa IrDA este reglementată de un standard definit de un consorţiu de companii de renume (Infrared Data Association) care specifică componentele şi protocolul utilizat pentru transmisia datelor utilizând radiaţia infraroşie. Acest tip de comunicaţie a apărut din necesitatea conectării la computer a unor dispozitive mobile. Deşi permite o mobilitate relativ ridicată pentru periferic, legătura de date poate fi stabilită numai în condiţii de vizibilitate directă ( line-of-sight) între perifericul mobil şi PC.

Limita uzuală de acţiune pentru o astfel de conexiune fără fir este de aproximativ 1 m. Evident că distanţa de operare depinde de viteza de transmisie dar şi de rata de erori impusă. Performanţele acestei comunicaţii depind direct de unghiul sub care se văd cele două echipamente care comunică dar şi de nivelul de iluminare a mediului înconjurător. Condiţiile pentru care se obţin performanţe optime sunt folosirea unor unghiuri sub 15 grade şi a unei iluminări cât mai scăzute.

58

Figura 10.5 Formele de undă specifice comunicaţiei IrDA

comparativ cu cele de la comunicaţia serială

Cadru UART

Cadru IrDA

Data

Data

STOP

START

Durata unui bit T 3/16 T

Figura 10.8 Tipuri de conectori pentru interfaţa USB

Conector tip A Conector tip B

Unghiul de vizibilitate conform standardului IrDA 1.0O caracteristică importantă a IrDA este

protocolul de transmisie. Formele de undă folosite pentru viteze de comunicaţii de până la 576 kbs sunt reglementate prin standardul IrDA 1.0 şi sunt prezentate în figura, comparativ cu transmisia seriala. Transmisia datelor se face în mod asincron, similar ca la portul serial. Specific comunicaţiei IrDA este însă modulaţia în puls folosită. Astfel, pentru transmiterea bitului 0 se utilizează un puls de durată 3/16 din durata de bit iar bitul 1 logic este codat prin lipsa impulsului. Trebuie remarcata si pozitia acestui scurt puls in cadrul intervalului de

bit (dispus imediat dupa jumatatea intervalului).

Subiect 44: Interfata USB

Interfaţa USB (Universal Serial Bus) este un sistem de transmisie serială a datelor destinat interconectării unităţilor PC cu diverse echipamente periferice. - Prima versiune a acestei interfeţe, USB 1.0, prevedea două rate de transfer:

- 1.5 Mb/s (Low Speed) pentru periferice de mică viteză precum mouse-ul sau tastatura;- 12 Mb/s (Full Speed) pentru periferice mai rapide cum ar fi imprimanta sau scanerul.

- A 2-a versiune a acestei interfeţe, USB 2.0 a introdus, pe lângă vitezele de transfer specificate mai sus, o nouă viteză de transfer High Speed - 480Mb/s.

Interfaţa USB foloseşte un protocol serial de comunicaţie utilizând o pereche de fire. Semnalizarea se face în mod diferenţial, decizia asupra datei transmise făcându-se pe baza diferenţei între nivele de tensiune transmise pe cele două fire. Informaţia de date este codată NRZI (Non Return To Zero Inverted). Nivelele de tensiune transmise pe cele două fire depind de rata de transfer stabilită pentru comunicaţie. Astfel, în cazul Low speed şi Full speed se folosesc nivele de 2,8V şi 0,3V iar pentru High speed nivelele sunt de 400mV (+/-10%) şi 0V (+/-10mV).

Cablul de legătură conţine doar patru fire:- două fire torsadate pentru transmisia diferenţială, bidirecţională;- două fire pentru alimentarea echipamentelor periferice (+5V şi masă) La cele două extremităţi ale acestui cablu există câte un tip diferit de conector:- conector de tip A pentru interconectarea cu unitatea PC (master);- conector de tip B pentru interconectarea cu echipamentul periferic.

GND (Negru)

D+ (Verde) D- (Alb)

V+ (Roşu)

Figura 10.7 Cablul USB

În modul diferenţial, transmisia unui 1 logic se face prin aplicarea unui nivel de tensiune mare pe linia de date D+ şi a unuia scăzut pe linia de date D-. Pentru transmisia unui 0 logic se aplică un nivel de tensiune scăzut pe linia D+ şi unul ridicat pe linia D-.

Standardul USB defineşte 4 moduri de transfer de date:

59

Monitor CRT

(ID 3)

Monitor LCD (ID 5)

PC 1 (ID 0)

Hard disc 1 (ID 6)

Cameră TV (ID 1)

PC 2 (ID 2)

Hard disc 2 (ID 4)

Figura 10.10 Arhitectura IEEE 1394

modul control, prin care unitatea centrală transmite perifericului comenzi sau cere informaţii despre starea acestuia;

modul de intreruperi, specific perifericelor de mică viteză, care nu au de schimbat multe infromatii (date) cu unitatea centrală (mouse, tastatură);

modul bulk, specific comunicatiilor cu imprimantele sau scanerele, adică acelor periferice care utilizează transferuri în pachete de date de mari dimensiuni; datele sunt transmise în blocuri de 64 de octeţi, după transmiterea fiecărui bloc se verifică dacă au fost transmise erori şi doar dacă acestea nu există se trece la transmiterea unui nou bloc;

modul isocron, folosit de periferice cum ar fi microfonul sau boxele audio, în care datele sunt transmise în timp real, fară a fi posibilă corecţia erorilor.

La iniţializarea unei comunicaţii printr-o interfaţă USB, masterul execută o operaţie de

enumerare a perifericelor conectate pe cablul USB. În cadrul acestui proces, fiecărui periferic îi este atribuită o adresă de identificare. Controlerul USB din master foloseşte 7 biţi pentru această adresare. Atunci când un nou periferic este conectat la interfaţa USB în timpul funcţionării interfeţei, în prima etapă i se atribuie o adresă. În a 2-a etapă a procesului de iniţializare, masterul (PC-ul) stabileşte cu fiecare dintre periferice rata de transfer şi modul de transfer cu care se va opera.

Pentru a comunica cu fiecare echipament periferic în parte, masterul asigură partajarea timpului de transmisie în cadre de durată egală cu 1ms pentru interfeţele USB low speed şi full speed, respectiv în microcadre de durată egală cu 125 ms, în cazul ratei de transfer high speed. Astfel, într-un cadru se pot transmite până la 1.500 biţi dacă se utilizează rata de transfer de 1,5 Mb/s, respectiv 12.000 de biţi dacă se utilizează rata de transfer de 12 Mb/s. În cadrul fiecărui (micro)cadru pot avea loc numeroase tranzacţii (comunicaţii cu diverse periferice – dar nu simultan), pe diverse viteze de transfer, prin multiplexare în timp. Exista totusi prioritati: acele tranzacţii care sunt bazate pe modurile de transfer control şi bulk. După ce tranzacţiile în aceste moduri de transfer sunt onorate, spaţiul temporar rămas disponibil este alocat diverselor tranzacţii realizate în modurile isocron şi de întreruperi. Comunicaţia cu un periferic este distribuită pe mai multe (micro)cadre succesive sau dispuse din N în N (N – valoare prestabilită în procesul de initializare).

Subiect 45: Interfata IEEE 1394

Interfaţa IEEE 1394, numită şi FireWire este similară cu prima versiune USB1.0 dar poate susţine o rată de transfer mai mare decât aceasta.

Arhitectura suportată de IEEE 1394 poate fi sub forma de arbore sau daisy-chaine (înlănţuite). Un

exemplu de astfel de arhitectură este prezentat în figura 10.10.

Ca şi interfaţa USB, interfaţa IEEE1394 este de tip plug-and-play si asigură interconectarea PC-ului cu diverse perifericele.

60

+ Vcc GND

Figura 10.11 Cablul şi conectorul IEEE 1394

Conector

Pereche semnal (A)

Pereche semnal (B)

Ecrane de protecţie

Se remarcă faptul că PC-ul îşi pierde locul de master în această comunicaţie si ca pot exista mai multe unitati PC in retea.

Vitezele de transfer sunt standardizate la 100 Mb/s, 200 Mb/s şi 400 Mb/s. Odată cu apariţia USB 2.0, care egalează performanţele IEEE 1394 a apărut şi IEEE 1394b care asigură suportul pentru viteze superioare (800 Mb/s, 1,6 Gb/s şi chiar 3,2 Gb/s). Viteza pe bus-ul IEEE este însă stabilită la nivelul nodului cel mai lent. Totuşi, dacă în structura IEEE 1394 există un controler de bus, acesta poate stabili o hartă de viteze pentru diferitele noduri din reţea, bus-ul IEEE putând astfel permite utilizarea mai multor viteze de transfer, în acelaşi timp.

Interfaţă IEEE 1394 are un mod specific de adresare. Se folosesc pentru adresare 64 de biţi împărţiţi astfel: 10 biţi pentru adresa de bus FireWire (identificarea bus-ului); 6 biţi pentru fiecare din cele 63 de periferice sau PC-uri conectate la un bus (identificarea

perifericului, adresa ID în figura 10.10); 48 de biţi pentru adresarea spaţiului de memorie a perifericului conectat (adresarea directă a

locaţiilor de memorie unde se scriu sau se citesc date, acolo unde este posibil).

În mod uzual, cablul folosit pentru interconectare are o lungime maximă de 4,5 m. Pentru distante mai mari se folosesc repetoare şi punţi IEEE 1394. Pot exista

maximum 16 treceri asigurând o distanţă maximă de operare de aproximativ 72 m. Cablul folosit este format din şase fire şi este prezentat, împreună cu conectorul IEEE 1394, în figura.

Subiect 46: Sistemul intrarilor numerice-SIN

FuncţiiSistemul intrărilor numerice are drept scop introducerea sub formă binară în sistemul de

conducere a unor informaţii referitoare îndeosebi la starea procesului condus sau a unor componente ale sale. De asemenea, când se folosesc traductoare cu ieşire numerică, SIN asigură introducerea în calculator a mărimii măsurate.

Game de lucruNumărul semnalelor numerice provenind dintr-un proces condus variază în limite largi, de

la proces la proces. Nivelul acestor semnale este variabil, în limite largi. În general informaţia este transmisă prin niveluri de tensiune, valorii logice 1 corespunzându-i tensiuni în gama 5-24V c.c. În anumite situaţii, semnalele numerice poartă informaţia şi în durata impulsurilor corespunzătoare, durată care se măsoară prin numararea unor impulsuri de perioadă cunoscută pe durata impulsului de intrare.

Structura de principiu a unui SIN este cea din figura. Semnalele numerice sosite la echipamentul de joncţiune EJ suferă o tratare primară în blocurile ETP - element de tratare primară. Multiplexorul MX asigură memorarea în memoria tampon M a informaţiei conţinute pe canalul indicat de adresa transmisă de către calculator şi interpretată de către blocul logic de comandă BLC.

61

Blocurile ETP au sarcina de a forma semnalul primit pe canalele de comunicaţie, adaptându-le cerinţelor multiplexorului MX.

Uzual se acceptă nivele de intrare în MX de +5V c.c. (pentru “1”) şi 0V c.c. (pentru “0”). O asemenea adaptare presupune utilizarea unor formatoare cu histerezis pentru a se face faţă eventualelor fluctuaţii ale nivelelor semnalelor numerice de intrare.

Pentru izolarea sistemului de intefaţă de mediul extern se pot folosi cuploare optice (optocuploare). Izolarea este necesară deoarece variaţiile potenţialului masei între circuitele de comandă şi punctele de la care provin semnalele pot fi considerabile (adesea de ordinul zecilor, uneori de cel al sutelor de volţi), ceea ce ridică mari dificultăţi în protecţia echipamentelor. Optocuploarele (o dioda LED emiţător in infraroşu şi un fototranzistor pe post de receptor, încapsulate în aceeaşi capsulă) ajuta la evitarea efectelor nedorite ale acestor variatii ale potentialului masei pe circuitul de masura. Avantajele utilizării optocuploarelor:

rezistenţa de izolaţie de circa 1011 pentru tensiuni de 1,5kV;

liniaritatea rezonabilă a caracteristicii intrare-ieşire; compatibilitate comodă cu circuite electronice, inclusiv

TTL; viteză ridicată de comutare; durată mare de funcţionare; comportare bună la vibraţii;

Citirea intrarilor numerice de catre unitatea de comanda poate fi realizata in trei moduri, dupa cum urmeaza:

Citirea asincronă a intrărilor digitale. În cazul în care este necesar ca intrările digitale,să fie periodic scanate de calculator, atunci se utilizeaza o citire asincronă a intrarilor, sub acţiunea unui program software dedicat. Uneori este importantă viteza şi timpul de citire a intrărilor digitale. Timpul dintre citiri poate să varieze atunci când se utilizează metoda de citire a unui singur octet sub acţiunea programului software, în particular atunci când se lucrează cu sisteme de operare multitasking. Acest fapt se datorează dependenţei de viteza calculatorului şi starea celorlalte taskuri care trebuie executate concurent. Variaţia timpului între citiri poate fi compensată parţial prin utilizarea de ceasuri software, dar cu astfel de solutii este dificil de obţinut rezoluţii ale timpului mai bune de 1 ms.

Citirea sincronă a intrărilor digitale. Unele sisteme oferă mecanisme hardware de citire a intrărilor digitale. În aceste sisteme, porturile digitale de intrare pot fi citite cu o frecvenţă setată de utilizator, frecvenţă care poate varia între 100 kHz şi 1MHz. Avantajul citirii intrărilor digitale prin hardware constă în implementarea acesteia într-un mod mult mai rapid decât implementarea sub controlul software. Exista dispozitivele care sunt capabile să plaseze citirea porturilor digitale de intrare în acelaşi grup de scanare cu citirile intrărilor analogice, oferind o corelaţie strânsă între citirile intrărilor digitale şi ale celor analogice.

Citirea intrărilor digitale sub control extern. Unele aplicaţii utilizează dispozitive externe care oferă date digitale la momente de timp independente de sistemul de achiziţie de date. Aceste dispozitive oferă un bit, un octet sau un cuvânt care trebuie să fie citit de către sistemul de achiziţie. În general este necesară citirea atunci când se generează o nouă dată şi nu la intervale predeterminate. Din acest motiv unele dispozitive externe au facilitaţi de tip “handshake” (comunicaţie cu confirmare). Dacă apare o nouă dată digitală, dispozitivul extern generează o tranziţie digitală pe o linie separată (exemple: “External Data Ready” sau “Strobe Input”), tranzitie prin care sistemul de achizitii de date este informat ca are o noua data de intrare. Pentru a se interfaţa cu un dispozitiv ca acesta, sistemul de achiziţie trebuie prevăzut cu un latch de intrare care să poata fi controlat de aceste semnale externe şi, mai mult, prezenţa unei noi date trebuie să alerteze calculatorul pentru ca acesta să o preia din latch.

62

Subiect 47: Sistemul iesirilor numerice-SON

Sistemul Ieşirilor Numerice (SON) are scopul de a transmite spre proces comenzi numerice emise de către calculator. De obicei aceste comenzi au două valori distincte. Pe canalul de comunicaţie aceste valori se materializează prin prezenţa sau absenţa unei tensiuni sau a unui curent.Funcţii şi game de lucru

Una dintre funcţiile principale ale SON o reprezinta conversia semnalele primite de la sistemul de conducere, în comenzi numerice cu diverse caracteristici (nivel, putere, durată a impulsului, etc.) adaptabile elementelor cărora le sunt destinate. În anumite cazuri este necesară transmiterea pe canalele de comunicaţii a unor semnale logice cu un anumit nivel de tensiune, corespunzător valorii logice 1 şi tensiune nulă pentru valoare logică 0. Aceste semnale, destinate comenzii unor circuite logice (adesea electronice) sunt caracterizate de o putere relativ redusă. În alte cazuri sunt necesare semnale de putere ridicată, destinate acţionării directe a unor elemente de execuţie. Asemenea semnale au, de regulă, un nivel ridicat al tensiunii corespunzătoare valorii logice 1. In concluzie, o primă funcţie realizată de SON este aceea de asigurare a nivelului corespunzător în tensiune şi putere pentru comenzile numerice.

O a doua funcţie a SON constă în adaptarea duratei comenzii numerice la cerinţele elementului căruia îi este adresată. În acest sens se pot transmite impulsuri de durată predeterminată, de durată variabilă, sau trenuri de impulsuri. Durata sau numărul impulsurilor se poate stabili prin configuraţie hardware sau program software. A doua alternativă oferă o mult mai largă flexibilitate, însă necesită un consum mai mare de resurse ale sistemului de conducere.Principalul element al SON constă dintr-un comutator care asigură conectarea (pe o durată

stabilită) a canalului de comunicaţie la un nivel de tensiune stabilit. Drept comutatoare se pot utiliza fie dispozitivele electromecanice (relee), fie dispozitive electronice (tranzistoare, tiristoare, triacuri, dispozitive optoelectronice). Una dintre problemele care se ridică la realizarea SON - separarea galvanică între calculatoare şi canalele de comunicaţii - se rezolvă fie prin utilizarea de relee, fie prin utilizarea de transformatoare (în conjucţie cu tiristoare sau triacuri), fie prin utilizarea de cuploare optoelectronice - cateva exemple fiind prezentate in figura.

63

Subiect 48: Sistemul intrarilor analogice-SIA

Sistemul intrărilor analogice este utilizat pentru preluarea semnalelor analogice de la una sau de la mai multe surse şi convertirea acestora într-o formă digitală pentru analiza sau transmisia către dispozitivele de prelucrare cum ar fi calculatoarele digitale, înregistratoare (cu si fara hartie) sau reţelele de comunicaţie. Semnalele analogice de intrare sunt cel mai adesea generate de senzori şi traductoare care convertesc parametri din lumea reală cum ar fi presiunea, temperatura, debitul, deformaţia unei punţi tensometrice, etc., în semnale electrice corespunzătoare. Acestea sunt mai apoi convertite de SIA în semnale digitale.

Tipul semnalelor de intrare depinde de parametrii specifici ai unei aplicaţii. Majoritatea SIA pot să gestioneze intrări analogice multiple şi să măsoare intrări analogice cu punct comun de masă (single ended) sau intrări analogice diferenţiale.

O problema specifica acestor sisteme este prezenta unei tensiuni de mod comun la intrarea lor. Amplificatoarele diferenţiale rejectează această tensiune şi tensiunea rămasă, numita tensiune de mod diferential este amplificată şi se regăseşte la ieşirea amplificatorului ca o tensiune faţă de masa proprie a SIA. Tensiunea rejectată poate fi alternativă sau continuă. Valoarea maximă a tensiunii rejectate de amplificatoarele diferentiale poate fi uzual de pînă la 10V. Rejecţia efectivă se diminuează cu creşterea frecvenţei tensiunii de mod comun. Totusi, in practica se pot atinge si valori parazite de pana la 200V pentru tensiunea de mod comun. Valorile mari ale acestei tensiuni se datoresc curenţilor de circulaţie creaţi de câmpuri electromagnetice intense din mediul industrial, generate la randul lor de curenţii tari din instalatiile industriale. De aceea, pentru a evita efectele acestor tensiuni de mod comun, in sistemele de conducere a proceselor industriale se foloseşte aproape exclusiv măsurarea diferenţială a semnalului provenit de la traductoare. În realitate, neuniformitatea impedanţelor liniilor de transmisie între traductor şi SIA, rezistenţa de izolaţie neuniformă a acestora, ca şi abaterea caracteristicilor amplificatorului SIA de la cele ale unui amplificator diferenţial ideal conduc la apariţia erorilor de mod comun şi în cazul transmisiei diferenţiale.

Structura SIAStructura unui SIA cuprinde circuite analogice cu funcţii de prelucrare necesare pentru

conversia datelor, circuite pentru conversia analog numerică şi circuite de interfaţă pentru transferul semnalului numeric rezultat din achiziţie la Sistemul Numeric de Prelucrare, SNP. De asemenea, prin circuitele de interfaţă se poate realiza controlul funcţionării SIA de către SNP. Structura unui SIA este prezentata in figura.

Elementul de conectare (EC). Elementul de conectare asigură conectarea semnalelor provenind din procesul condus la sistemul de interfaţă. Una din caracteristicile esenţiale ale elementului de conectare constă în eroarea introdusă prin conectare. Aceasta eroare afecteaza semnalul analogic de intrare. Erorile se datoresc rezistenţelor nenule de contact şi rezistenţelor finite de izolaţie. Datorita impedanţei mari de intrare a elementelor de dupa elementul de conectare, se poate afirma că erorile introduse de acesta sunt neglijabile.

Elementul de tratare primară a semnalelor analogice (ETP). Tratarea primară a semnalelor analogice se referă îndeosebi la protecţia intrării, conversia curent-tensiune, filtrare şi atenuare. Protecţia intrării are rolul de a proteja intrarea la conectări greşite sau la tensiuni

64

accidentale. Unele tipuri de intrări nu permit astfel de protecţii pentru că ar afecta semnificativ calitatea măsurii. De aceea protecţia poate să fie plasată la intrarea altor blocuri (EER, A sau CAN). Conversia curent-tensiune se realizează prin simpla conectare în circuitul de curent a unei rezistenţe astfel alese încât tensiunea la bornele acesteia să fie compatibilă cu gama de funcţionare a convertorului analog-numeric. Filtrarea are drept scop înlăturarea tensiunilor parazite de diverse frecvente induse în conductoarele circuitelor de măsurare, conductoare ce pot avea lungimi de ordinul a sute de metri. Atenuarea se realizează prin divizoare rezistive si se utilizeaza cand semnalul de intrare este in afara gamei de masura a circuitelor SIA. Este important a avea în vedere faptul că precizia, stabilitatea in timp si cu temperatura a rezistenţelor utilizate in montajul de atenuare este hotărâtoare în stabilirea performanţelor SIA.

Multiplexoare (MX)Multiplexoarele sunt dispozitive care permit utilizarea în comun a unei singure resurse de

către mai mulţi utilizatori. În cazul concret al SIA, resursa este convertorul analog-numeric ce urmeaza multiplexorului, iar utilizatorii sunt canale de intrare purtând informaţii sub formă analogică. Prezenţa multiplexorului este justificată mai ales din punctul de vedere economic deoarece preţul convertoarelor analog-numerice este în general ridicat. Uneori, pentru imbunatatirea protectiei la tensiuni si curenti de valoare mare, in cadrul multiplexoarelor se foloseste cuplarea optica.

Elemente de eşantionare şi reţinere (EER)Utilizarea în comun de către mai multe multiplexoare a unui singur convertor analog

numeric presupune memorarea analogică pe durata conversiei a semnalului analogic aferent canalului de intrare stabilit de către blocul digital de comanda si control (in particular poate fi un PC) si selectat cu ajutorul multiplexorului. Deoarece acest semnal trebuie să fie stabil pe durata conversiei analog-numerice se folosesc blocuri de esantionare si memorare.

Principial, in figura este prezentata schema unui EER.

Funcţionarea dispozitivului are loc în două etape importante:

- obţinerea informaţiei, caracterizata prin timpul de obţinere – stabilit prin durata comenzii de esantionare ( in acest timp condensatorul de memorare CM se va

incarca la valoarea instantanee a semnalului analogic de la intrare) ;- memorarea informaţiei, caracterizate prin timpul de memorare – stabilit prin constanta de

descarcare a lui CM (in acest timp valoarea cu care este incarcat CM trebuie sa se modifice cat mai putin posibil pentru a fi putea fi in acest timp amplificat si convertit in semnal numeric de CAN cu cat mai mare fidelitate).

Amplificatoare. Amplificatoarele utilizate în sistemul intrărilor analogice sunt destinate adaptării impedanţelor circuitelor adiacente precum şi aducerii la nivelul necesar (în mod obişnuit 1,25; 2,5; 5, 10 V) a semnalelor de nivel redus pentru prelucrare in CAN. Convertoare analog-numerice (CAN). Realizeaza conversia semnalelor analogice în semnale numerice. Realizarea unei conversii analog numerice constă în compararea semnalului analogic de intrare cu o mărime de referinţă (exista diverse CAN: cu comparare paralel, serie – paralel, serie, cu aproximaţii succesive). Compararea între semnalul de intrare şi semnalul de referinţă se poate face şi indirect, prin compararea efectelor obţinute dupa integrarea celor două semnale (CAN cu integrare). Cele mai noi sunt convertoarele care aplică principiul de conversie sigma-delta care se bazează pe utilizarea unui CAN într-o structură ce funcţionează în regim de supraeşantionare şi cuantizare diferenţială. Blocul digital de comandă şi control. Asigură toate comenzile digitale care sunt necesare pentru lansarea conversiei, realizarea conversiei şi preluarea rezultatului digital de la CAN. Structura acestuia diferă de la o configuraţie SIA la alta.

65

Subiect 49: Sistemul iesirilor analogice-SOA

Sistemul ieşirilor analogice (SOA) asigură comunicaţia între calculator şi procesul condus, realizând compatibilitatea dintre forma numerică a semnalelor emise de sistemul de conducere şi forma analogică acceptată de elementele procesului condus. Funcţii. Funcţia esenţială a SOA constă în implementarea comenzilor elaborate de sistemul de conducere în conformitate cu un program software de conducere dat. În marea lor majoritate, elementele de execuţie actuale operează cu intrări analogice, ceea ce necesită conversia numeric-analogică a comenzilor date de către unitatea de calcul. De regulă, aceste comenzi sunt convertite în semnale unificate (curent sau tensiune). Spre deosebire de SIA unde informaţia sub formă analogică trebuia memorată doar pe durata scurtă necesară conversiei ei în formă numerică, SOA ridică dificila problemă a memorării comenzii sub formă analogică pe toată durata de timp pentru care aceasta rămâne constantă. Mai mult, se impune menţinerea comenzii la valoarea anterioară chiar şi în cazul defectării sistemului de conducere. Game de lucru. După cum s-a menţionat, semnalele de ieşire ale SOA sunt fie semnale unificate în tensiune (10V), fie semnale unificate în curent. Ele se obţin cu ajutorul convertoarelor numeric-analogice, prin prelucrare în amplificatoare cu deplasarea nivelului de zero sau cu convertoare tensiune-curent. Din punctul de vedere al preciziei se acceptă valori de 0,1% pentru semnale de tensiune şi 0,5% pentru semnale de curent. Aceste precizii sunt compatibile cu elementele de execuţie din proces. Duratele regimurilor tranzitorii sunt de ordinul zecilor de microsecunde pentru CAN, si de ordinul milisecundelor pentru convertoarele tensiune-curent. a) SOA cu un singur semnal analogic de ieşire Structura unui sistem SOA cu un singur semnal analogic de ieşire cuprinde un registru de ieşire care este încărcat cu valorile semnalului numeric rezultat din prelucrare, la momente de timp care corespund frecvenţei de transmitere a datelor catre sistemul condus, urmat de un convertor numeric-analogic CNA si un filtru de iesire, aşa cum este prezentat în figura. Filtrul de ieşire de tipul trece jos realizează şi funcţia de interpolare a semnalului de la ieşirea convertorului numeric analogic.

b) SOA cu mai multe semnale analogice de ieşire Structurile de sisteme de ieşiri analogice prezentate în acest paragraf corespund aplicaţiilor în care semnalele numerice sînt generate de sistemele de prelucrare numerice (SNP) pe o singură magistrală, prin multiplexarea în timp. Rezultă că SOA trebuie să realizeze şi funcţia de demultiplexare. Această funcţie poate fi realizată asupra semnalului numeric generat de Sistemul de Prelucrare Numerica SPN (adica inainte de CAN) – demultiplexare numerica - sau după conversia numeric analogică – demultiplexare analogica.

66

Structura unui SOA cu demultiplexare numerică

Funcţia de demultiplexare intr-un SOA ce utilizeaza demultiplexarea numerică se realizeazã prin comanda corespunzătoare a momentelor de încărcare şi memorare in registrele de ieşire 1….n din structura sistemului de distribuţie de date. Rezultă astfel necesitatea utilizării a câte unui convertor numeric analogic pentru fiecare semnal analogic de ieşire.

Structura unui SOA cu demultiplexare analogică cuprinde un multiplexor MPX conectat la ieşirea convertorului numeric analogic şi câte un circuit de eşantionare şi memorare (CEM) pentru fiecare din cele K semnale analogice de ieşire, asa cum este prezentat in figura urmatoare. Astfel se realizează eşantionarea şi memorarea valorilor semnalelor analogice de ieşire cu perioada corespunzătoare frecvenţei de distribuţie a datelor. Intervalul de timp în care multiplexorul este comandat pentru conectarea ieşirii CNA la intrarea unui CEM trebuie să fie mai mare decât timpul de achiziţie (de obtinere) al CEM. La începutul acestui interval, CEM este comandat în starea de eşantionare şi, înainte de sfârşitul acestui interval, CEM este comandat în starea de memorare. În acelaşi interval de timp celelalte circuite de eşantionare şi memorare din structura sistemului de distribuţie de date, sunt comandate în starea de memorare. Procesul se desfăşoară similar pentru toate cele K semnale analogice de ieşire şi periodic, cu frecvenţa de distribuţie a datelor.

Structura unui SOA cu demultiplexare analogică

67