Контрольная работа по дисциплине "Вычислительная техника"

Билет №25  
1.Способы кодирования данных при использовании магнитных носителей информации. Описание процесса кодирования. Кодер/декодер.  
2.Магниторезистивные головки. Назначение. Принцип действия.  
3.Универсальная последовательная шина USB.

 

1. Магнитные дисковые накопители

Принцип работы магнитных запоминающих устройств основаны на способах хранения информации с использованием магнитных свойств материалов. Как правило, магнитные запоминающие устройства состоят из собственно устройств чтения/записи информации и магнитного носителя, на который, непосредственно, осуществляется запись и с которого считывается информация. Магнитные запоминающие устройства принято делить на виды в связи с исполнением, физико-техническими характеристиками носителя информации и т.д.. Наиболее часто различают: дисковые и ленточные устройства. Общая технология магнитных запоминающих устройств состоит в намагничивании переменным магнитным полем участков носителя и считывания информации, закодированной как области переменной намагниченности. Дисковые носители, как правило, намагничиваются вдоль концентрических полей – дорожек, расположенных по всей плоскости дискоидального вращающегося носителя. Запись производится в цифровом коде. Намагничивание достигается за счет создания переменного магнитного поля при помощи головок чтения/записи. Головки представляют собой два или более магнитных управляемых контура с сердечниками, на обмотки которых подается переменное напряжение. Изменение полярности напряжения вызывает изменение направления линий магнитной индукции магнитного поля и, при намагничивании носителя, означает смену значения бита информации с 1 на 0 или с 0 на 1.

Дисковые устройства делят на гибкие (Floppy Disk) и жесткие (Hard Disk) накопители и носители. Основным свойством дисковых магнитных устройств является запись информации на носитель на концентрические замкнутые дорожки с использованием физического и логического цифрового кодирования информации. Плоский дисковый носитель вращается в процессе чтения/записи, чем и обеспечивается обслуживание всей концентрической дорожки, чтение и запись осуществляется при помощи магнитных головок чтения/записи, которые позиционируют по радиусу носителя с одной дорожки на другую. Дисковые устройства, как правило, используют метод записи называемый методом без возвращения к нулю с инверсией (Not Return Zero – NRZ). Запись по методу NRZ осуществляется путем изменения направления тока подмагничивания в обмотках головок чтения/записи, вызывающее обратное изменение полярности намагниченности сердечников магнитных головок и соответственно попеременное намагничивание участков носителя вдоль концентрических дорожек с течением времени и продвижением по окружности носителя. При этом, совершенно неважно, происходит ли перемена магнитного потока от положительного направления к отрицательному или обратно, важен только сам факт перемены полярности.

Для записи информации, как правило, используют различные методы кодирования информации, но все они предполагают использование в качестве информационного источника не само направление линий магнитной индукции элементарной намагниченной точки носителя, а изменение направления индукции в процессе продвижения по носителю вдоль концентрической дорожки с течением времени. Такой принцип требует жесткой синхронизации потока бит, что и достигается методами кодирования. Методы кодирования данных не влияют на перемены направления потока, а лишь задают последовательность их распределения во времени (способ синхронизации потока данных), так, чтобы, при считывании, эта последовательность могла быть преобразована к исходным данным.

* Кодирование информации - представление информации в определенной системе кодовых символов и их структур. Шифрование, а также уплотнение (сжатие) информации являются частными случаями кодирования.  
* Под потоком данных мы понимаем содержимое файла, данные, принимаемые из Интернета или любую другую последовательную информацию.

* кодер - программа (или устройство), реализующая определенный алгоритм кодирования данных (например, архиватор, или кодер MP3), которая в качестве ввода принимает исходную информацию, а в качестве вывода возвращает закодированную информацию в определенном формате.  
* декодер - программа (или устройство), реализующая обратное преобразование закодированного сигнала в декодированный.  
* кодек (от англ. "codec" - "Coder/Decoder") - программный или аппаратный блок, предназначенный для кодирования/декодирования данных.

 

2. Магниторезистивные головки. Именно в этих магнитных головках произошли разительные перемены в конструкции и принципе работы магнитных головок. Более ранние технологии развивались эволюционно – постепенно улучшая те или иные параметры головки. Но они использовали примерно одинаковую конструкцию и принцип действия. Но именно магниторезистивная технология совершила настоящую революцию в принципах работы головок. В то время, как обычные ферритовые или тонкопленочные изделия работали по принципу индукции тока в контуре головки чтения, магниторезистивные головки использовали совершенно другой принцип работы при чтении диска. Они содержат специальный проводящий материал, который меняет свое сопротивление в зависимости от присутствующего магнитного поля. В то время, как головка летит над поверхностью пластины, он постоянно меняет свое сопротивление в соответствии с магнитными полями, которые представляют собой последовательности данных. Используется специальный сенсор, который улавливает изменение сопротивления головки, что позволяет читать информацию с поверхности магнитной пластины. Использование магниторезистивных головок позволило на несколько порядков увеличить плотность записи, и поднять скорость вращения шпинделя. Поскольку магнитные головки не генерируют электрический ток сами по себе, они в несколько раз более чувствительны к изменению магнитного потока. Это позволяет использовать более слабые сигналы записи, что позволяет сделать более тесное расположение отдельных участков информации на магнитной пластине без интерференции между ними

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. USB (англ. Universal Serial Bus) — универсальная последовательная шина, предназначенная для периферийных устройств.

Шина USB представляет собой последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств. Для высокоскоростных устройств лучше применять FireWire.

USB-кабель представляет  собой две витые пары: по одной  паре происходит передача данных  в каждом направлении (дифференциальное  включение), а другая пара используется  для питания периферийного устройства (+5 В). Благодаря встроенным линиям питания, обеспечивающим ток до 500 мА, USB часто позволяет применять устройства без собственного блока питания (если эти устройства потребляют ток силой не более 500 мА).

К одному контроллеру шины USB можно подсоединить до 127 устройств через цепочку концентраторов (они используют топологию "звезда").

В отличие от многих других стандартных типов разъемов, для USB характерны долговечность и механическая прочность.

История

Стандарт разработали семь компаний: Compaq, Digital Equipment, IBM, Intel, Microsoft, NEC и Northern Telecom.

Летом 1996 года на рынке появились первые компьютеры с портами USB.

USB 1.1

Технические характеристики:

• две скорости:
• высокая скорость обмена — 12 Мбит/с
• низкая скорость обмена — 1,5 Мбит/с
• максимальная длина кабеля для высокой скорости обмена — 5 м
• максимальная длина кабеля для низкой скорости обмена — 3 м 
• максимальное количество подключённых устройств (включая размножители) — 127
• возможно подключение устройств с различными скоростями обмена
• напряжение питания для периферийных устройств — 5 В
• максимальный ток потребления на одно устройство — 500 мA

USB 2.0

USB 2.0 отличается от USB 1.1 только  большей скоростью и небольшими  изменениями в протоколе передачи  данных для режима Hi-speed (480Мбит/сек). Существуют три скорости работы устройств USB 2.0 :

• Low-speed 10—1500 Кбит/c (используется для интерактивных устройств: Клавиатуры, мыши, джойстики)
• Full-speed 0,5—12 Мбит/с (аудио/видео устройства)
• Hi-speed 25—480 Мбит/с (видео устройства, устройства хранения информации)

На самом деле хотя и в теории скорость USB 2.0 может достигать 480Мбит/с, устройства типа жёстких дисков и вообще любых носителей информации в реальности никогда не достигают такой скорости обмена по шине, хотя и могут развивать её. Это можно объяснить достаточно большими задержками шины USB между запросом на передачу данных и собственно началом передачи. Например, другая шина FireWire хотя и обеспечивает максимальную скорость в 400Мбит/с, что на 80Мбит/с меньше чем у USB, в реальности позволяет достичь бо́льших скоростей обмена данными с жёсткими дисками и другими устройствами хранения информации.

 

USB 3.0

USB 3.0 находится на стадии  разработки и будет передавать сигнал посредством оптоволоконного кабеля. USB 3.0 планируется создать обратно совместимым с USB 2.0 и USB 1.1

Созданием USB 3.0 занимаются компании: Intel, Microsoft, Hewlett-Packard, Texas Instruments, NEC и NXP Semiconductors.

Теоретическая пиковая пропускная способность составляет 4,8 Гбит/с.

USB wireless

Новейшая технология USB (официальная спецификация стала доступна только в мае 2005 года). Позволяет организовать беспроводную связь с высокой скоростью передачи информации (до 480 Мбит/с на расстоянии 3 метра и до 110 Мбит/с на расстоянии 10 метров).

USB OTG (аббр. от On-The-Go) — дальнейшее расширение спецификации USB 2.0, предназначенное для лёгкого соединения периферийных USB-устройств друг с другом без необходимости подключения к ПК. Например, цифровой фотоаппарат можно подключать к фотопринтеру напрямую, если они оба поддерживают стандарт USB OTG. К моделям КПК и коммуникаторов, поддерживающих USB OTG, можно подключать некоторые USB-устройства. Обычно это флэш-накопители, цифровые фотоаппараты, клавиатуры, мыши и другие устройства, не требующие дополнительных драйверов. Этот стандарт возник из-за резко возросшей в последнее время необходимости надёжного соединения различных USB-устройств без использования ПК. В данной спецификации устройства обходятся без персонального компьютера, т.е. выступают как одноранговые приемопередатчики (на самом деле только создаётся такое ощущение. В действительности же устройства определяют, кто из них будет мастер-устройством, а кто подчиняемым. А одноранговым интерфейс USB быть не может).