Архитектура видеосистем

Графические контроллеры
Аппаратные средства

для вывода информации на экран включают в себя видеоадаптер (графический контроллер), выполненный для слота расширения ISA, PCI, AGP, PCI-e или встроенный на системной плате, а также собственно монитор любого исполнения или телевизор.
Конструктивно видеоадаптер представляет собой самостоятельное устройство, управляемое семейством собственных процессоров (от 2-х до 400 и более), сравнимыми по мощности с центральным процессором ПЭВМ.
Видеопамять современного графического контроллера достигает размера 4-х гигабайт и более.
В состав видеоадаптера может входить блок TV-тьюнера для прямого приема телепередач, а также блок сопряжения с другими адаптерами для повышения скорости обработки потока видеоинформации (например технология ATI CrossFireX).
В качестве примера для изучения рассмотрим видеоадаптер EGA.
Расширенный Графический Адаптер (Enhanced Graphics Adapter - EGA) фирмы IBM представляет собой графический контроллер, обеспечивающий возможность работы в различных видеорежимах совместно с цветными или монохромными мониторами с цифровыми входами. Кроме того, адаптер обеспечивает возможность работы со световым пером.
Графический контроллер EGA может функционировать в текстовом и нескольких графических режимах и обладает возможностью загрузки в видеопамять шрифтов в алфавитно-цифровом режиме.

0

4 ATTRIB, RAMDAC (VGA)
7 MUX
1 CRT
2 CEQ
6 BIOS EGA
CPU Adr
CPU

Data

5

Out

изображения (CRT Controller) управляет сигналами горизонтальной и вертикальной синхронизации, начальным

адре- сом вывода в видеобуфере, положением и формой курсора и др.
2. Блок синхронизации (Sequencer) генерирует тактовые сигналы и сигналы синхронизации доступа к видеопамяти. Данным устройством также обеспечивается возможность доступа к видеопамяти со стороны централь-ного процессора в специально выделенные моменты времени в промежутке между интервалами времени, необходимыми для доступа к видеопамяти в процессе регенерации изображения на экране. В этом же блоке содержатся регистры управления записью данных в битовые плоскости.
3. Графический контроллер (Graphics Controller) управления данными.
В графических режимах данные из видеопамяти пересылаются в микросхему контроллера атрибутов последовательно.
В текстовых режимах данные пересылаются в параллельной форме в обход графического контроллера.
4. Контроллер атрибутов (Attribute controller). В контроллере атрибутов устанавливается цветовая палитра из 16-ти цветов, каждый из которых может быть определен независимо от остальных цветов. На вход монитора подается 4-х битовый код цвета. Этой же микросхемой выполняются действия по управлению мерцанием и подчеркиванием. Контроллер получает данные из видеобуфера и преобразует их в управляющие сигналы, подаваемые на вход монитора.

также видеопамятью или памятью адаптера EGA) равен 64 Кб. Видеобуфер

досту-пен со стороны процессора как на чтение так и на запись и состоит из 4-х битовых плоскостей по 16 Кб. Существует возможность расширения буфера до 128 Кб. На плате расширения установлены разъемы для подключения еще 128 Кб памяти, что позволяет довести размер видеобуфера до 256 Кб. При этом в каждую битовую плоскость добавляется два дополнительных банка памяти по 16 Кб.
С целью совместимости с более ранними моделями видеоадаптеров, адреса видеобуфера могут изменяться. Воpможны 4 варианта.
Видеобуфер может быть установлен объемом 128 Кб и начинаться с сегментного адреса A0000, объемом 64 Кб с адреса A0000, объемом 32 Кб с адреса B0000 и тем же объемом но с адреса B8000.
6. Базовая система ввода/вывода (BIOS EGA) находится в памяти специ-ального ПЗУ установленного на плате адаптера. BIOS EGA объединяется с базовой системой ввода/вывода (BIOS системной платы). Здесь размещают- ся шрифты, используемые для генерации символов и управляющие програ-ммы видеоадаптера. Размер ПЗУ - 16 Кб, начальный адрес - C0000.
7. Дополнительные схемы (MUX) для переключения битовых плоскостей при чтении данных видеобуфера блоком управления CRT, центральным процессором или контроллером атрибутов.
На плате установлены также два тактовых генератора с частотами 14 и 16 Мгц, определяющие частоту вывода точек растра и 4 внешних регистра ввода/вывода, не входящие в состав схемы.

Графический адаптер VGA (Video Graphic Array) с точки зрения функциональных

возможностей и производительности является постоянно улучшаемой версией графического адаптера EGA.
Схемные решения EGA и VGA совпадают.
Графический контроллер VGA поддерживает более широкий спектр видеорежимов, особенно при использовании мониторов с изменяемой рабочей частотой. Также как и графический адаптер EGA, VGA в своем составе содержит несколько программно-управляемых компонентов: блок управления разверткой видеоизображения на экране монитора (CRT), блок синхронизации (SEQ), графические контроллеры (GRAPH) и контроллер атрибутов.
Каждый из этих функциональных блоков адаптера управляется программно. Программы обслуживания VGA в составе базовой системы ввода/вывода (BIOS VGA) доступны по прерыванию 10h. Использование функции с номером 0 данного прерывания позволяет установить адаптер в один из 24-х стандартных видеорежимов, поддерживаемых BIOS VGA.
Каждый блок VGA содержит в своем составе ряд регистров, используемых для управления функционированием адаптера.
Для каждого видеорежима в программах BIOS содержится соответствующая таблица значений регистров видеоадаптера, в связи с чем, в большинстве случаев, для установки требуемого видеорежима вместо непосредственной записи в регистры адаптера достаточно воспользоваться программами BIOS.

характеризуются следующими параметрами:
- вертикальным разрешением (количеством строк

растра на экране);
- горизонтальным разрешением (количеством символов или пикселов в строке);
представлением данных в буфере;
атрибутами вывода (цвет, мерцание и т. п.).
Как и у видеоадаптера EGA, у видеоадаптера VGA cуществует два основных режима использования – алфавитно-цифровой и графический.
Алфавитно-цифровой режим используется в настоящее время, как базовый, наладочный, часто называемый режимом DOS, хотя его параметры введены в систему BIOS системной платы и видеоадаптера и от дисковой операцион-ной системы не зависят.
В отличие от адаптера EGA VGA работает с аналоговыми мониторами. Для этого в схему контроллера атрибутов введен дополнительный блок цифро-аналогового преобразователя и регистровая память (RAMDAC).
Наиболее важным с точки зрения использования видеоадаптера по прямому назначению является графический режим.
При программировании графических режимов VGA наиболее важным является управление горизонтальным и вертикальным разрешением изображения на экране дисплея. По этой причине, наиболее простым путем перехода к нестандартному видеорежиму является использование программ BIOS для установки некоторого стандартного видеорежима с последующим изменением значений нескольких регистров видеоадаптера.

VGA всегда программируется таким образом, чтобы время, необходимое для вывода

данных из видеобуфера на экран всегда было меньшим общего количества времени развертки одного кадра. Это дает возможность вывода на экран бордюра (overscan), окаймляющего собственно выводимое изображение, что позволяет центрировать изобра-жение на экране без выброса луча за края его поля.
Центральным моментом при программировании нестандартных видео-режимом является выбор таких значений временных параметров управле-ния экраном, чтобы не выйти за допустимые пределы частотных характеристик используемого монитора.
После выбора значений временных параметров видеорежима можно приступать к программированию основных блоков видеоадаптера VGA, что включает в себя:
- программирование блока управления ЭЛТ;
- программирование блока синхронизации;
- задание частоты генератора пикселов;
- задание высоты символов (в строках растра);
- модификация требуемых переменных BIOS VGA.
Доступ к регистрам VGA этих блоков осуществляется через порты ввода/вывода путем использования команд IN и OUT или специальных функций BIOS, эквивалентных по своим действиям этим командам. Для доступа к программам BIOS используется прерывание с номером 16 (10h).

блока CRT
Регистр состояния видеосигнала -
Порт

3С2h (только чтение) бит 7 – вертикальный обратный ход луча
Порт 3BAh (только чтение) бит 0 – гашение видеосигнала
бит 1 - световое перо активировано
бит 2 - кнопка светового пера активирована
бит 3 - идентифицирован обратный ход луча
Регистры видеоконтроллера -
25 внутренних регистров данных доступны через индексный регистр 3D4h
Чтение/запись этих регистров через порт 3D5h.
Назначение регистров:
00h – 0Fh – константы синхронизации луча, ход, границы, позицию
курсора, строки, разрешение
10h – 11h – обратный ход луча, световое перо.
12h – 18h – работа с видеопамятью, сканирование, синхронизация
Регистры управления -
Порт 3ССh (только чтение) / порт 3С2h (только запись)
бит 0 – содержание адресного пространства (mono/color)
бит 1 – доступ к ОЗУ VGA
бит 4 – отключение видеосигнала
бит 5 – выбор режима адресации по плоскостям
биты 2,3 и 6,7 – выбор горизонтального и вертикального тактов

Регистры управления
9 внутренних регистров данных доступны через индексный регистр

3СEh
Чтение/запись этих регистров через порт 3CFh.
Назначение регистров:
00h – 4-х битовый номер видеоплоскости для заполнения.
01h – флаг заполнения (при установке флага ОЗУ заполняется не данными центрального процессора, а битом-заполнителем).
02h – регистр сравнения и сохранения цвета в плоскостях.
03h – регистр условий модификации данных в видеоплоскостях.
04h – номер плоскости, доступной для чтения.
05h – режим записи в ОЗУ.
06h – выбор адреса видеопамяти.
07h – флаг запрета сравнения видеоплоскостей.
08h – биты маски записи в плоскости: 1 – запись бита из байта данных
0 – запись из регистра-защелки.

Регистры блока АTRIB
Регистры базового цвета
21 внутренний регистр данных доступны через индексный регистр 3С0h
Чтение/запись этих регистров через порт 3DAh.
Назначение регистров:
00h – 0Fh – 16 регистров базовой 4-х битовой палетты цветов.
10h – регистр декодирования байта-атрибута (графика/текст).

– цвет плоскости ОЗУ.
13h – режим разрешения экрана

(текстовый/графический).
14h – запоминает и определяет цвета по умолчанию (байт-атрибут).

Регистры генератор последовательностей -
5 внутренних регистров данных доступны через индексный регистр 3С4h
Чтение/запись этих регистров через порт 3С5h.
Назначение регистров:
00h – сброс генератора для сохранения ОЗУ.
01h – режим доступа центрального процессора к видеопамяти.
02h – 4 младших бита доступ к плоскостям видеопамяти (всего 4 (№ 0 - 3) плоскости, каждая вписывается в одно и то же адресное пространство, доступное центральному процессору и замещается побитово).
03h – выбор таблицы знакогенератора (всего 8 таблиц).
04h – регистр атрибутов текселов в текстовом режиме.

Регистры блока доступа к памяти и АЦП (RAMDAC)
255 внутренних 3-х байтовых регистров палетты RGB-составляющих оттенков цветов доступны через индексный регистр 3С6h
Чтение 3-х регистров палетты RGB последовательно через порт 3C7h.
Запись 3-х регистров палетты RGB последовательно через порт 3C8h.
Чтение/запись регистров палетты отдельно по составляющим - порт 3C9h.

1 земля
2 вторичный

красный
/ интенсивность
3 первичный красный
4 первичный зелёный
5 первичный синий
6 вторичный зелёный
/ интенсивность
7 вторичный синий
/ интенсивность
8 строчная
синхронизация
9 кадровая
синхронизация

5 4 3 2 1

9 8 7 6

PAL-SECAM соединение)
Используется для передачи сигнала в композитном виде.
Разъёмы RCA присутствуют,

фактически, у каждого современного телевизора.
Они используются как для передачи видео
(обычно цвет разъёмов – жёлтый),
так и для передачи аудио (цвет разъёмов – белый и красный).
При передаче сигнала в композитном виде через разъёмы RCA используется полоса пропускания около 3 МГц, следствием чего - относительно невысокая чёткость изображения
(не более 300 линий).
К тому же при передаче композитного сигнала по одному физическому каналу в ограниченной полосе частот невозможно полностью разделить яркостную (Y) и цветовую (C) компоненты, что создаёт эффект цветовых перекрёстных искажений (напоминает "сеточку"), особенно хорошо заметных на мелких контрастных деталях.

качество, нежели с использованием композитного соединения. Достигается это тем, что

яркостный сигнал (Y), несущий и синхроимпульсы, передаётся отдельно от цветового сигнала (C), в результате чего исчезают цветовые перекрёстные искажения, возникающие при композитном подключении, и повышенной до 6 МГц полосой пропускания, чем обеспечивается чёткость до 500 линий.

Разъем телевизора SCART

HDMI DVI

D-sub

для обмена данными с центральным процессором.


















Вывод

на экран монитора текущей видео-страницы

Передача готового блока данных по каналу ПДП в область памяти следующей видео-страницы

Формиро-вание блока данных для передачи в ОЗУ видео-адаптера

000А:0000

000В:FFFF

64 kБ

64 kБ

ОЗУ

1024*768*3=2,5 мБ

ОЗУ видеоадаптера

0000:0000

ЦПУ

B800:0000

E0FF:FFFF

Стандарт VESA/VBE

Прямой доступ к видеопамяти

CPU формирует цифровое изображение в виде матрицы M*N n-разрядных чисел

объемом 64 килобайта и записывает его в ОЗУ либо непосредственно в видеобуфер видеоадаптера, встроенный в адресное пространство CPU.
Участок видеопамяти, отведенный для хранения цифрового образа текущего изображения (кадра), называется кадровым буфером (от англ. frame buffer –кадровый буфер).
Определение объема экранного буфера (страницы) видеоконтроллера:
M*N*V = 1024*768*3 ≥ 2,5 мБ
Видеоадаптер последовательно считывает (сканирует) содержимое ячеек кадрового буфера и формирует на выходе видеосигнал, уровень которого в каждый момент времени пропорционален значению, хранящему-ся в отдельной ячейке.
Сканирование видеопамяти осуществляется синхронно с перемещением электронного луча по экрану ЭЛТ. В результате яркость и цвет каждого пикселя на экране монитора оказывается пропорциональными содержимому соответствующей ячейки памяти кадрового буфера видеомонитора.
По окончанию просмотра ячеек, соответствующих одной строке растра, видеоадаптер формирует импульсы строчной синхронизации H-Sync, инициализирующий обратный ход луча по горизонтали, а по окончании сканирования кадрового буфера – сигнал V-Sync, вызывающий движение электронного луча снизу-вверх (обратный диагональный ход луча) При этом происходит смена или обновление содержания видеобуфера.

который задается
горизонтальной синхронизацией H-Sync, задаваемой

видеоадаптером.
Обратный горизонтальный ход луча
Обратный кадровый ход луча, который задается кадровой или
вертикальной синхронизацией V-Sync, задаваемой видеоадаптером.
Время обратного хода луча составляет 1/fкадр секунды.

Траектория электронного луча развертки изображения на экране.

которой контроллер CRT организует циклическое чтение содержимого для регенерации изображения

на экране монитора.
Традиционно для буфера видеоадаптера в карте распределения памяти прикладной задачи выделена область адресов A0000h-BFFFFh (стандарт VESA/VBE 1.0), непосредственно доступная любому процессору x86.
Современные графические адаптеры VGA имеют возможность переадресации видеопамяти в область старших адресов (VESA/VBE 2.0), что позволяет в защищенном режиме работать с цельными образами экранов.
Расширение BIOS – это специальное ПЗУ, которое содержит все установки графического адаптера, имеет объем от 16 Кбайт и встраивается в оперативную память с адреса С0000:00000. Расширение BIOS содержит константы работы с видеоадаптером (характеристики видеорежимов).
Задача графического процессора – заполнение видеоплоскостей под непосредственным управлением центрального процессора.
В текстовом режиме данные от центрального процессора поступают в обход графического процессора, непосредственно в контроллер атрибутов.
Цифро-аналоговый преобразователь RAMDAC выполняет преобразование кода цвета пикселя в аналоговый сигнал, подаваемый на вход монитора (ввиду чего монитор должен быть также аналоговым, а не цифровым, как это было при использовании видеоадаптера EGA).
Цифро-аналоговый преобразователь RAMDAC содержит в себе 256 регистров, которые и образуют оперативную память (RAM), ввиду чего одновременно доступно только 256 цветов.

Существует несколько способов обслуживания памяти видеобуфера:

1. Использование видеофункции BIOS прерывания 10h.
2. Непосредственная работа с регистрами видеоконтроллера при переходе в защищенный режим работы процессора Intel x86, когда недоступны видеофункции BIOS.
3. Использование дополнительных сопроцессорных устройств, появившихся в процессорах Pentium II (mmx) и Pentium III (xmm).
Команды mmx-расширения центрального процессора (целочисленные).
Всего 6 групп команд (инициализации, сравнения, арифметические, сжатия, сдвига, логические и команды пересылки данных) всего 41 команда (76 машинных инструкций), используемые для прямого заполнения CPU видеоплоскостей видеобуфера адаптера с использованием 8-ми 80-битных регистра mmx.
Команды xmm-расширения центрального процессора (для чисел с плавающей запятой).
Всего 6 групп команд (сравнения, арифметические, логические, пересылки, преобразования, перераспределения данных, управления и кэширования) всего 149 новых команд, используемые для заполнения видеоплоскостей видеобуфера адаптера с использованием 8-ми 128-битных регистра xmm, введенных в состав CPU, начиная с процессоров Pentium III .
Команды совместимы с аппаратной реализацией видеоадаптеров VGA и могут исполняться непосредственно графическими контроллерами.

– дополнительные команды Assembler, сопряженные с развитием архитектуры VGA адаптеров

и GDI-драйверов к ним для ускоренной прорисовки 2-хмерных изображений (например, оконной графики в Windows).
3D – доработка CPU, VGA и система дополнительных команд Assembler Pentium II mmx для ускоренной прорисовки з-хмерных изображений.
3DNоw! - доработка CPU, и система дополнительных команд Assembler процессоров ф. AMD для ускоренной прорисовки з-хмерных изображений повышенной четкости.
OpenGL – разработка АPI-интерфейса (ф. Silicon Graphics) для использования 3-хмерной графики в приложениях моделирования и ренде-ринга. Включает 250 функций рисования. Авторы Курт Экли и Марк Сегал.
DirectX – дополнение операционной системы Windows (фирмы Microsoft) наборами API-интерфейсов, обеспечивающих прямой доступ к аппаратным средствам СPU, VGA, аудиоадаптерам и т.д. или их программного эмулирования для обеспечения разработчиков игр создавать нормально работающие приложения в среде Windows. Для этой цели разработаны 4 базовых компонента – DirectDraw (диспетчер видеопамяти), Direct3D (3D графика), DirectInput (аппаратно независимая система ввода данных) и DirectSound (аппаратно независимая система воспроизведения звука аудиоустройствами различных производителей). Дополнительный компонент DirectPlay позволяет разработчикам игр создавать приложения, работающие на любой аппаратной платформе.

Образ и адрес в пространстве ПЗУ.

В текстовом режиме изображение на экране монитора представляет собой множество пикселей и характеризуется разрешением N*M. Однако все пиксели разбиты на группы, называемые текселами или символьными позициями размером p*q. В каждом из знакоместе может быть отображен один из 256 символов. Таким образом, на экране умещается M/q = Mt символьных строк по N/P = Nt символов в каждой.
Типичным текстовым режимом является режим 80*25 символов.
Изображение символа в пределах каждого знакоместа задается точечной матрицей. Размер матрицы зависит от типа видеоадаптера и текущего видеорежима. Чем больше точек используется для отображения символа, тем выше качество изображения и лучше читается текст. Точки матрицы, формирующие изображение символа, называют передним планом (foreground), остальные – задним планом или фоном (background).
Если считать, что темной клетке соответствует логическая единица, а светлой – логический нуль, то каждую строку символьной матрицы можно представить в виде двоичного числа. Графическое изображение символа хранится в виде набора двоичных чисел. Для этой цели используется ПЗУ BIOS размещенное на системной плате. Базовый набор символов для DOS размером 8х16 находится по адресу F000:FA6E. На плате видеоадаптера в составе контроллера атрибутов также имеются свои наборы шрифтов.

Аппаратный знакогенератор хранит шрифт, который автоматически используется видеоадаптером

сразу же после включения компьютера (обычно это буквы английского алфавита и набор специальных символов). Адресом ячейки знакогенератора является порядковый номер символа.
Для кодирования изображения символа используется два байта:
- первый байт для задания номера символа.
- второй байт для указания атрибутов символа (цвета символа и фона, подчеркивания, мигания, отображения курсора).
Если на экране имеется Nt*Mt тексела, то объем видеопамяти, необходимый для хранения изображения, составит Nt*Mt*2 байт. Эту область видеопамяти называют видеостраницей (video page).
Видеостраница является аналогом кадрового буфера в графическом режиме, но имеет значительно меньший объем. В текстовом режиме (80*25 символов) размер видеостраницы составляет 80*25*2 = 4000 байт.
На практике для удобства адресации под видеостраницу отводят 4 Кб = 4096 байт, при этом «лишние» байты (96) не используются.
Главная особенность текстового режима - адресуемым элементом экрана является не пиксель, а тексел. Т.е. в текстовом режиме нельзя сформировать произвольное изображение в любом месте экрана – можно лишь отобразить символы из заданного набора, причем только в отведенных символьных позициях.
Другим существенным ограничением текстового режима является узкая цветовая палитра – не более 16 цветов.

содержимое каждой ячейки кадрового буфера (матрицы N*M n-разрядных чисел) является

кодом цвета соответствующего пикселя экрана.
Разрешение экрана при этом также равно N*M.
Адресным элементом при этом экрана является минимальный элемент изображения – пиксель. По этой причине графический режим называют также режимом APA (All Point Addressable – все точки адресуемы).
Иногда число n называют глубиной цвета. При этом количество одновременно отображаемых цветов равно 2n , а размер кадрового буфера, необходимый для хранения цветного изображения с разрешением N*M и глубиной цвета n, составит N*M*n бит.
Графический режим является основным режимом работы видеосистемы современного персонального компьютера, поскольку в этом режиме на экран монитора можно вывести текст, фотографию, анимацию и видеоролик.
В частности, в таком режиме работает видеосистема PC под управлением операционных систем Windows 9x/NT/2000/XP/CE/ME , Unux , Palm и других.
Однако для эффективной работы в графическом режиме требуется значительный объем видеопамяти и высокопроизводительный компьютер, поэтому данный режим стал основным только с появлением персональных компьютеров на базе центрального процессора (CPU) Intel Pentium.

Базовая палетта, содержащая 16 4-хбитных оттенков цветовой гаммы находится

в контроллере атрибутов.
Доступ к палетте через индексный регистр 3С0h, номера регистров цвета 00h - 0Fh и содержат 16 регистров формата
Чтение палетты осуществляется
через порт 3DAh
Файловый массив основной палетты графического режима находится в блоке RAMDAC, состоит из 256-ти трехбайтовых регистров 00h – FFh и доступен через индексный регистр 3С6h. Чтение палетты осуществляется последовательно побайтово через порт 3С7h, а запись через порт 3С8h.
Состав палетты:


Число оттенков: при 8-битном заполнении – 16 777 216
Реально доступно в каждый момент времени 256 цветов. Для увеличения количества цветовых оттенков палетту необходимо перепрограммировать или использовать режим прямого обозначения цвета.
В этом режиме используется не код цветового оттенка, а его полная характеристика, но объем видеокадра при этом увеличивается в 3-4 раза, что в современных VGA-адаптерах вполне допустимо. При этом количество цветовых оттенков может быть увеличено до 32-х и даже 64-х миллионов.

Смысл программирования изображений заключается в присвоении собственного цвета каждому пикселу,

выводимому на экран монитора.
Для базового программирования используют экран с разрешением 320х200 с отображением 256-ти цветов. В этом режиме видеобуфер адаптера будет располагаться по адресу Ф0000 – AF9FF и занимать 64 000 байта, т.е. по одному байту на пиксель.
А000:0000 ----------------- 320 ---------------------- А000:013F

X

200
Y


A000:F8C0 A000:F9FF
Пиксел по адресу (Х,У) программируется следующим образом:
Вычисляется величина смещения по Х - У*320.
К полученному значению добавляется координата Х.
Полученный результат преобразовать в 16-ричную систему счисления и использовать, как смещение к параграфу А000:хххх.
По полученному адресу записать индекс цвета (0-255).
При изменении разрешения экрана необходимо ввести соответствующее масштабирование изображения.

VESA/VBE отображает видеопамять в виде отдельных окон (банков) размерами не

более 64 Кбайт, причем только одно из них может быть активным в заданный момент времени. Переключение таких окон значительно усложняет алгоритмы обработки графики, а также замедляет скорость работы всего приложения.
Стандарт VESA/VBE, начиная с версии 2.0, позволяет добиться линейного доступа к видеопамяти в режиме LFB (Linear Flat-frame Buffer) аналогично тому, как это делает DirectDraw.
К сожалению, приложения MS-DOS, использующие режим LFB, не могут работать под управлением ОС семейства Windows NT (Windows NT/2000/XP). Это значительно ограничивает область применения LFB и практически сводит на нет все его преимущества перед обычными «оконными» режимами VESA/VBE.
Компонент DirectDraw представляет видеопамять в виде непрерывного линейного массива (вектора), напрямую определяющего цвета отображае-мых пикселов.
Объект DirectDraw представляет собой обычный COM-объект, который отличается от объектов языка Cи++ тем, что не может иметь открытых переменных (полей), конструкторов и деструкторов. Для их создания испол-зуются специальные функции, а для удаления применяется метод Release()
При выборе языка программирования (транслятора) рекомендуется ориентироваться на Microsoft Visual C++ 6.x, т.к. другие языки имеют более сложный синтаксис вызова функций DirectDraw.

функции DirectDrawCreate(), обычно находящейся в динамической библиотеке DDRAW.DLL и объявленной

в заголовочном файле ddraw.h:
LPDIRECTDRAW lpDDraw;
hResult = DirectDrawCreate(NULL, &lpDDraw, NULL);
2. Задание полноэкранного режима с исключительным правом доступа:
hResult = pDDraw->SetCooperativeLevel
(hWnd, DDSCL_EXCLUSIVE | DDSCL_FULLSCREEN);
3. Установка 256-цветного режима с разрешением 640x480 точек:
hResult = lpDDraw->SetDisplayMode(640, 480, 8);
Установка режима 800x600 точек и 65 536 цветов:
hResult = lpDDraw->SetDisplayMode(800, 600, 16);
4. Создание первичной поверхности (Primary Surface),
4.1. Создание структуры типа DDSURFACEDESC
typedef struct _DDSURFACEDESC {
DWORD dwSize;
DWORD dwFlags;
DWORD dwHeight; и т.д.
4.2. Создание первичной поверхности при помощи метода CreateSurface(), принад­лежащего объекту DirectDraw:
DDSURFACEDESC ddsd;
DDSCAPS ddsc;
ZeroMemory(&ddsd, sizeof(ddsd));
ddsd.dwSize = sizeof(ddsd); и т.д.

видеопамяти. Для этого блокируется поверхность в памяти при помощи метода

Lock():
hResult = lpPrimarySurface->Lock
(NULL, &ddsd, DDLOCK_WAIT, NULL);
6. lpPrimarySurface - указатель на область памяти, ассоциированную с поверхностью. Он указывает на начало активной страницы видеопамяти.
Далее следует ввод изображения в пиксельном формате (BPP – байт на пиксел) с использованием любых функций его формирования, поддерживаемых аппаратной реализацией схемы графических процессоров из библиотеки API.
7. После выполнения операций, которые связаны с прямым доступом к памяти, ассоциированной с поверхностью DirectDraw, требуется немедленно разблокировать эту поверхность при помощи метода Unlock():
lpPrimarySurface->Unlock(ddsd.lpSurface);
В противном случае операционная система может зависнуть.

Основные Web-ресурсы -
Microsoft DirectX SDK // Microsoft Corp.
http://www.microsoft.com/directx/download.asp
DirectX for Delphi (также известен как Jedi Project):
http://www.delphi-jedi.org/DelphiGraphics
TMT Pascal Multitarget standard distributive:
http://www.tmt.com

Структура размещения информации на магнитных дисках.
1. Диск

– пластинка круглой формы, выполненная из алюминиевого сплава (жесткий диск) или полимерного материала (гибкий диск), имеющая покрытие с одной или с обеих сторон из намагничивающихся материалов на основе железа и редкоземельных элементов. Жесткие диски в одном устройстве могут объединяться в пакет, состоящий из 2-х и более дисков.
2. Дорожка – данные на диске, расположенные по концентрическим окруж-ностям. Дорожки нумеруются от 0-й, расположенной на периферии диска, к центральному отверстию диска.
3. Цилиндр – воображаемая поверхность, объединяющая дорожки с одним и тем же номером, расположенные на различных сторонах различных дисков. Нумерация цилиндров соответствует нумерации дорожек. Общее количество цилиндров накопителя обозначается, как С.
4. Сектор – каждая дорожка, размещенная на диске, делится на сектора одинакового углового размера. Количество секторов на дорожках S одинаково и не зависит от номера дорожки. Сектора имеют сквозную нумерацию для всех дорожек одной стороны диска, начинающуюся с 0-й на нулевой дорожке. Для операционной системы все сектора всех дисков накопителя объединяются в общую систему нумерации секторов.
5. Объем сектора – количество информации, помещающейся в одном секторе. Стандартная величина Vs=512 байт, но накопители информации допускают кратное изменение объема, как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения.

считывания информации с одной стороны диска. Общее количество головок накопителя

обозначается, как Н, и нумеруется от единицы для первой стороны первого диска в пакете. Номер головки соответствует номеру стороны диска.
7. Объем диска – максимальное количество информации, которое можно записать на дисковый накопитель. Определяется, как Vd=C*H*S*Vs байт.
8. Виртуальная нумерация – для сокращения знакомест, отводимых BIOS под константы С и S, выполняется увеличение числа головок Н до 32 с про-порциональным уменьшением числа цилиндров С или секторов S без изменения Vd.
9. Кластер – условное объединение нескольких подряд расположенных секторов в более крупные адресуемые области памяти. Кластеры имеют сквозную нумерацию для одного логического раздела диска и используются в таблицах расположения файлов (FAT). В кластера обычно объединяют 8 или 4 сектора и исходя из этой величины определяется число секторов, занимаемое FAT-таблицей – для FAT-16(DOS), например SFAT=Sd/NSFAT*VFAT/Vs с округлением в большую сторону. Здесь Sd– число секторов, составляющих логический диск, NSFAT - число секторов в кластере (4 или 8), VFAT - размер элемента в FAT-таблице (для FAT-16, например, VFAT=2 байта).
10. Главная загрузочная запись MBR – нулевой сектор нулевой дорожки на первой стороне жесткого диска (0/0/1) содержит MBR (Master Boot Records), которая на начальном этапе тестирования системы загружается в ОЗУ по адресу 0000:7С00h. С этой таблицей работает утилита Fdisk (MS DOS), Disk Administrator (NTFS) или эквивалентная утилита иной операционной системы

записи жесткого диска MBR.

информации на магнитном диске.
Примечание:

FAT-2 является зеркальным отображением FAT-1

смещение длина
в байтах в байтах

обозначение и содержание записи

Загрузочная запись занимает начальный сектор в логическом разделе и заканчивается, как и MBR подписью «55,ААh»

Directory.
- структура байта атрибутов файла

- файл только для чтения
- скрытый файл
- системный файл
- метка тома (корневой каталог)
- элемент подкаталога (не файл)
- архивный файл
- сетевой файл разделяемого (многопользовательского) доступа

на диске.

FAT (File Allocation Table) – это связный

список, который используется DOS для определения физического адреса расположения данных на диске, поис-ка свободного места для новых файлов и указания плохих кластеров.
Первый байт FAT – определяет дескриптор носителя (FAT ID),
следующие 7 байт содержат 00FFh – заполнитель полей разделителя,
остальные 2-хбайтовые элементы таблица FAT-16 имеют значение:
0000h – свободный (доступный) кластер
0002 - FFEFh – номер кластера, где расположен следующий элемент файла
FFF0 - FFF6h – зарезервированные номера
FFF7h – плохой (недоступный) кластер -
FFF8 - FFFFh – конечный кластер цепочки размещения файла на диске

информации на магнитном диске.
Файловая система

DOS была разработана для гибких дисков FDD и затем распространена на жесткие диски с учетом MBR, что существенно снизило надежность хранения информации и увеличило время доступа к ней.
В настоящее время разработана и используется файловая система NTFS.

Файлы метаданных NTFS в порядке следования на томе

NTFS.

надежности.
RAID (redundant Arrays of inexpensive Disks)

– массив недорогих дисков с избыточной информацией для обеспечения ее сохранности.
Существует три основных причины применения RAID:
- недостаточная пропускная способность одиночного накопителя,
- недостаточная емкость одиночного накопителя,
- неприемлемый уровень риска отказа/сбоя устройства с учетом ценности хранимой на нем информации и потерь от простоя всей системы.
Основной смысл RAID в распределении порций данных и их контрольных сумм между различными накопителями таким образом, чтобы при выходе из строя одного или нескольких из них система была способна восстановить утраченную информацию и записать ее на новом диске, запущенном взамен вышедших из строя, а также с целью выравнивания времени обращения к различным дискам системы, не допуска перегрузки какого-то одного из них.
Схема типового массива RAID:

Хост

Контроллер RAID

КЭШ

Шина хост-контроллер

Дисковый накопитель №4

КЭШ

Шина
контроллер - накопитель

дисков.
Занимает минимум

2 диска.
Информация равномерно рас-пределяется RAID-контроллером по всем накопителям без дублирова-ния и дополнительной защиты.
Это наиболее простой вариант RAID-систем. Он предназначен для ускорения обращения к дисковым накопителям.

RAID 1 Простое зеркальное отображение информации.

Занимает минимум 2 диска.
Информация одновременно записывается на два дисковых накопителя для обеспечения ее сохранности.
Надежность в данном случае обеспечивается за счет полного зеркального отображения информации. Характеризуется низкой пропуск-ной способностью системы и высокими потеря-ми информационного пространства дисков.

RAID 10 (или 1 +0) Простое зеркальное отображение двух массивов дисков с перераспределением информации. Занимает минимум 4 диска.

кодов на все накопители.
Занимает

минимум 3 диска.
Информация разделяется на кванты малого размера (до 1-го байта) и одновременно с шифрами Хэмминга записы-вается RAID-контроллером на всех накопителях.
Характеризуется высокой пропускной способностью и надежностью, но требует большое количество дисков.

RAID 3 Вариант RAID 2, но для кода используется выделенный диск

Занимает минимум 3 диска.
Информация разделяется на кван-ты малого размера, но используется более простой код шифрования CRC (вместо кодов Хэмминга) и записы-вается RAID-контроллером на 1 диск.
Характеризуется более низкой ценой по отношению к RAID 2 ( поэто-му получил широкое распростране-ние), но и меньшей надежностью.

для квантов большого размера.

RAID 5 Циклическое чередование записи данных на дисках.

Занимает минимум 3 диска.
Аналогичен варианту 3, но информа-ция, разделенная на кванты малого размера, записывается RAID-контролле-ром на накопителях с их чередованием.
Характеризуется высокой надежно-стью, средней пропускной способно-стью и существенной экономией дискового пространства.

RAID 6 Циклическое чередование записи данных, кодов и контрольных сумм.

Занимает минимум 4 диска.
Информация кодируется по методу Рида-Соломона, кроме этого вычисля-ются контрольные суммы кванта и ци-клически (чередованием дисков) разме-щаются на различных накопителях системы.
Характеризуется очень высокой надежностью по отношению к осталь-ным вариантам.

различных вариантов RAID систем.

RAID массивы вариантов 1-6 имеют абсолютно разные уровни устойчи-вости к отказам накопителей, показателей производительности и цены (ко-личества дисков в системе), поэтому прямое сравнение их экономической эффективности без учета специфики решаемых задач является некоррект-ным.
Области возможного применения различных вариантов RAID систем представлены на диаграмме.

Высокая надежность

при потере BR.
1. С использованием редактора данных

HDD (ф. Simantec) Disk Editor найти в физическом секторе MBR 0/0/1 таблицу восстанавливаемого раздела DOS и в ней адрес сектора расположения BR (первый сектор логического диска).
2. Перейти по этому адресу в раздел BR.
3. Если в полях раздела «мусор» (несоответствующий содержанию полей), необходимо заполнить их нулями или записать на это место загрузочный сектор системной дискеты (если раздел был активным, например, диск «С»).
4. Вручную заполнить поля сектора BR:
- поле адреса перехода на код загрузки оставить без изменений,
- поле идентификатора заполнить любой информацией (записать свое имя),
- 512 (стандартная величина),
- выбирается 8 или 4 (обычно 8),
- 1,
- 2 (число таблиц FAT для DOS всегда постоянно),
- 512,
- номер взять из поля +0Сh соответствующей таблицы разделов MBR,
- F8h,
- это значение надо вычислить: найти сектор начала Root Directory, из его номера вычесть номер сектора BR и разделить пополам (у нас две FAT),
- количество секторов на дорожку находится утилитой Drive Info (Simantec),
- значение взять из поля +08h соответствующей таблицы разделов MBR, если диск не является загрузочным, то к нему надо добавить 800000h.

МВR.

Порча или полное разрушение таблицы

разделов MBR обычно является следствием неумелого или небрежного использования утилиты DOS fdisk.
1. С использованием программы Disk Editor необходимо точно установить физические номера секторов начала и конца всех разделов диска. Для этой цели удобно использовать контекстный поиск по служебным словам «MS DOS», «NOSYSTEM», «Disk Boot failure» и т.д.
2. Затем вручную заполняются поля элементов таблиц разделов MBR:
- флаг загрузки 00 или 80h.
- номер головки или стороны диска начала раздела Nгол,
- цилиндр и сектор начала раздела – Nцил и Nсек.
- код OS (для DOS – 4 или 5),
- номер головки или стороны диска конца раздела,
- найденные цилиндр и сектор конца раздела
- относительный номер начального сектора вычисляется по формуле:
Nотн = Nцил * S * H + Nгол * S + Nсек - 1
- размер раздела (в секторах) определяется по разнице номеров секторов начала 2-го раздела и 1-го раздела диска.

В отдельных случаях восстановление таблиц разделов MBR удается получить низкоуровневым сканированием поверхности жесткого диска встроенной утилитой SETAP, если она имеется в составе его утилит.
Разрушение MBR при неустойчивом позиционировании магнитных головок жесткого диска является окончательным и не восстанавливается.

Для обслуживания файловой системы NTFS используется

многоуровневый драйвер и система сервисов (см. предыдущую схему):
- сервис журнала транзакций,
- диспетчер системы ввода/вывода данных,
- диспетчер временной памяти (КЭШ),
- собственно драйвер NTFS,
- драйвер отказоустойчивости NTFS – FtDisk.

Система отказоустойчивости и управления томами позволяет:
- восстанавливать и перемещать данные из плохих (сбойных) кластеров диска в свободные кластеры с последующей корректировкой цепочек клас-теров размещения файла в файловых записях,
- отменять транзакции записи данных при внезапном прекращении процесса
- поддержка специального дублирования, зеркалирования и систем избы-точности данных MFT,
- поддержка систем RAID хранения данных высокой надежности,
- сжатие (упаковка) данных,
- изменение объема тома (наращивание его) без необходимости последую-щего переформатирования.

По этой причине дополнительных мер по восстановлению файловой системы NTFS «ручными» методами не требуется.

диске.

Обычно при неумелом обращении, действии

вируса или системных неисправностях и сбоях происходит потеря информации.
1. Сбой системы Windows – устраняется откатом в точки восстановления, которые необходимо периодически обновлять, выделяя для этой цели на жестком диске пространство размером 2-3 мегабайта.
2. Для анализа сбоя процесса загрузки системы необходимо при установке OS записывать загрузочный гибкий диск, исполняя один из разделов процесса установки системы.
3. При ошибочном удалении одного или нескольких файлов на магнитном диске существует так называемая «корзина» - поле временного хранения на незанятом дисковом пространстве файлов, помеченных на удаление. По мере заполнения диска эти области будут использоваться OS и восстанов-ление удаленных файлов будет невозможно.
4. При ошибочном удалении файлов на сервере локальной вычислитель-ной сети, как и в предыдущем случае, возможно восстановление этих файлов в течении определенного времени, зависящем от загрузки сервера, с помощью системных утилит, находящихся в распоряжении администратора локальной вычислительной сети, например, Filer или Novell Client.
5. Офисные приложения OS Windows, использующие большие объемы ОЗУ, содержат сервисы периодической записи на жесткий диск содержания буферов ОЗУ, что также помогает сохранять большие объемы информации, например, результаты дневной работы бухгалтера, работающей в Exell и теряющиеся при неожиданном сбое питания и отключении ПЭВМ.

магнитных носителях:
Для устранения повреждений таблиц

секторов в MBR существуют простые в использовании программы, которые при помощи имеющихся в их составе алгоритмов анализа файловых структур успешно реконструируют MBR, например, можно рекомендовать условно бесплатные программы:
- утилита MBRtool v. 2.3.1 (www.diydatarecovery.nl/mbrtool.htm),
- программа Active@Partition Recovery (www.partitionwww.partitionrecovery.com),
- программа Paragon Partition Manager 2008 (www.paragon.com)
- программа R-Studio (www.r-studio.com) - Комплексное средство для восстановления данных и случайно удаленных файлов.
R-Studio поддерживает следующие файловые системы: FAT12/16/32, NTFS, NTFS5, UFS1/UFS2 (FreeBSD/OpenBSD/NetBSD), Ext2FS/3FS (Linux).

на гибких магнитных дисках.
НГМД используются, как запоминающие устройства

для длительного хранения данных и программ на компактных носителях без потребления энергии для хранения данных за счет использования магнитных свойств слоя-носителя.
НГМД включает в себя три основных компонента:
1. Блок управления приво-дом вращения диска.
2. Блок управления пере-мещением и позиционирова-нием магнитных головок.
3. Блок усилителей записи - чтения данных и аппарат-ная часть интерфейса связи с контроллером НГМД i8272.

Эл/двигатель привода диска
Эл/двигатель привода головок
Гибкий диск
Магнитные головки

Буфер данных

Внутренний контроллер НГМД
ЦПУ
Контроллер

НГМД i8272

Блок питания

Контроллер периферии i8255

Контроллер ПДП

ОЗУ

Контроллер НГМД интегрирован совместно с контроллером ЖМД в состав IDE

Корпус НГМД

Системная плата

3F2h).

выбор устройства – 00- А, 01- В
сброс/работа контроллера,
разрешение использования ПДП.
включение/выключение привода диска НГМД.

дисковод в режиме перемещения головок,
обрабатывается команда ввода/вывода,
используется режим ПДП,
вывод данных осуществляется в направлении: 1-к ЦПУ, 0 -от ЦПУ,
готовность к передаче данных.

Регистр состояния дисковода (главный статусный регистр) (порт 3F4h).

Регистр передачи команд/данных (порт 3F5h).
Регистр используется для организации доступа к четырем внутренним регистрам контроллера ST0 – ST3.

Регистр управления скоростью передачи данных (порт 3F7h).
2 младших разряда регистра используется для установки скорости передачи данных:
00 – 500 кб/сек, 01 – 300 кб/сек, 10 – 250 кб/сек, 11 – 125 кб/сек.

контроллера входит 15 команд:
1. Чтение данных с диска,

2. Запись данных на диск,
3. Чтение удаленных данных, 4. Запись удаленных данных,
5. Чтение дорожки, 6. Чтение идентификатора диска,
7. Форматирование дорожки, 8. Сканирование дорожки,
9. Сканирование секторов, 10. Позиционирование головки,
11. Калибровка 0-й дорожки, 12. Читать прерванное состояние,
13. Определить параметры НГМД, 14. Читать состояние накопителя,
15. Идентификация недопустимой команды с генерацией кода ошибки.

Значения основных констант НГМД.

Скорость вращения гибкого диска - 6 об/сек,
Время старта НГМД (от подачи команды на чтение/запись до завершения калибровки) – 250 мсек,
Время подвода головки от 0-й до заданной дорожки – 35 мсек,
Время шага головки (переход между соседними дорожками) – 15 мсек.

Для обеспечения работы с командами накопителя на гибких магнитных дисках служит прерывание BIOS 13h с прямым обращениям к портам НГМД и прямой адресацией области вывода данных в ОЗУ.

Для размещения информации на магнитных дисках используется метод

частотной модуляции (ЧМ). Смысл метода заключается в следующем:

1. Раздельная запись частотно модулированного кода и синхросигнала
0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 - цифровой код сигнала,
- запись цифрового кода,
- запись синхросигнала.

2. Совмещенная запись частотно модулированного кода и синхросигнала
0 1 1 0 0 1 0 0 0 0

3. Модифицированный метод записи частотно модулированного кода (МЧМ)
0 1 1 0 0 1 0 0 0 0

поле данных поле синхронизации
Структура сектора: поле синхронизации 12 байт, метка данных 4 байта, данные 512 байт, контрольная сумма 1 байт, разделитель сектора 22 байта.
Усовершенствованный модифицированный метод частотной модуляции в различных исполнениях (RLL, ERLL, ARLL и т.д.) широко используется изготовителями жестких дисков.

и функционирование.
НЖМД используются, как основные носители инфор-мации

в ПЭВМ и серверах.
Название «винчестер» они получили от первого гигабайт-ного накопителя ф. IBM на 15-ти жестких магнитных дисках, т.е. 30/30 (30 сторон по 30 мбт), аналогично марке известного ружья ф. «Винчестер» 30/30.
Накопитель НЖМД имеет от одного до 4-х жестких дисков, собранных в пакет, и блок поворотных головок по одной на одну сторону каждого жесткого диска, укрепленных на общем коромысле.

Структурная схема контроллера НЖМД аналогична схеме контроллера НГМД, но в качестве интерфейса связи используется расширенный интерфейс стандарта АТАРI/EIDE (AT Attachment Packet Interface/Enhanced Integrated Drive Electronics) (parallel-PATA или Serial-SATA), либо усовершенствованный SCSI (II, III, IV) (Small Computer System Interface).

Жестких диска
4 Магнитные головки


Контроллер RLL (ERLL, ARLL и т.д.)
ЦПУ
Контроллер АТАРI/EIDE

или SATA

Блок питания

Контроллер периферии i8255

ОЗУ

КЭШ-буфер

Часть контроллера РАТА или SATA на НЖМД

Интерфейс связи: PATA (PIO, UDMA) или SATA

Шина PCI

Мост + контроллер ПДП

Корпус НЖМД

Системная плата

№ 0 1F0h–1F7h,3F6h, канал № 1 170h–177h,376h,
Порты SATA: 1-я

группа НЖМД F000h-F007h, 2-я группа НЖМД F008h-F00Fh.

Основное назначение портов НЖМД на примере РАТА канала № 0:

1F0h – буферный регистр ввода/вывода данных НЖМД,
1F1h (w) - ввод значения старшего цилиндра прекомпенсации (Nцил/4),
1F1h (r) - чтение признаков ошибок исполнения последней команды:

адресный маркер данных не найден
ошибка калибровки (на дорожке № 0),
команда отвергнута контроллером,
ID сектора не найден или не существует,
ошибка данных не корректируется (плохой сектор).
плохой кластер

1F2h (r) – счетчик числа секторов для операций чтения/записи,
1F3h (r) – текущий номер логического сектора для операций чтения/записи,
1F4h+1F5h (r) – текущий 16-битный номер цилиндра для операций r/w,
1F6h (w) – выбор НЖМД в пределах текущего канала (в примере - 0),

номер выбранной магнитной головки НЖМД,
порядковый номер накопителя НЖМД (0 – 1-й, 1 – 2-й),
задание размера сепктора (00 - 128, 01 – 256, 10 – 512, 11 - 1024 кб).

Кодирование информации на НЖМД – усовершенствованный метод МЧМ за счет

повышения плотности, применения различных методов кодирования данных и уменьшения, как ширины самих дорожек, так и расстояний между ними, а также сокращения длины участка синхронизации - RLL (run-length limited) и его модификации – ERLL, ARLL и т.д.
Уровень предкомпенсация – номер цилиндра, с которого изменяются параметры RLL для того, чтобы компенсировать уменьшение линейной длины дуги сектора записи, находящейся ближе к центру диска.
Интерлив – метод логической нумерации секторов на дорожке не по порядку следования, а по мере готовности контроллера НЖМД к процессу чтения/записи данных на сектор. В противном случае дорожка будет считываться за число оборотов равное числу секторов, а не за 3-4 оборота.
Скорость вращения диска НЖМД – 5000, 7200, 10000, 12000 и более об/мин.
Интерфейсы связи РАТА с параллельной схемой передачи информации по 40- или 80-жильному кабелю с использованием методов пакетной (PIO) через ЦПУ или блоковой (UDMA) через ПДП в ОЗУ.
Интерфейсы связи SАТА с последовательной (мультиплексированной) схемой передачи информации по 7-жильному кабелю с использованием ПДП в ОЗУ.
Интерфейсы связи SCSI с параллельной 16- или 32-разрядной шиной или последовательной (мультиплексированной) внешней шиной данных SCSI с использованием HOST-контроллера шины и SCSI-контроллеров устройств, подключаемых к этой шине.

Жестких диска
4 Магнитные головки

Контроллер RLL (ERLL, ARLL и т.д.)
ЦПУ
HOST- адаптер

SCSI

Блок питания

ОЗУ

КЭШ-буфер

SCSI Контроллер НЖМД

шина SCSI

Шина PCI

Мост + контроллер ПДП

Корпус НЖМД

Системная плата

заменяются на DVD)
CD-ROM накопитель на компакт дисках был

разрабо-тан в 1978 году.
Размеры диска Øнар =120 мм,
Øвн = 15 мм, толщина – 1,2 мм.
Запись информации осуществляется по спирали от центрального отверстия к периферии и заканчивается за 5 мм до края диска.
Длина спирали ~5 км, она разбита на 333 000 блоков.
В каждом блоке 2 352 байта.
Объем CD-диска – 650 Мбайт
Стандартная скорость считывания 1Х=150 Кбайт/сек.

Структурная схема контроллера CD аналогична схеме контроллера НЖМД, метод кодирования напоминает RLL, но в качестве носителей информации используются границы контрастных областей (пятен) на дорожках диска.
Расширена система контроля и исправления ошибок чтения (ЕСС) для чего 288 байт блока используются, как контрольные, что позволяет восста-навливать до 1000 байт блока.

НЖМД, содержит КЭШ-буфер.
В качестве интерфейса связи

контроллера CD с шиной ЦПУ использует-ся расширенный интерфейс стандарта АТАРI/EIDE (AT Attachment Packet Interface/Enhanced Integrated Drive Electronics) parallelATA.
Поскольку данные на CD-диске не фрагментированы, то их оглавление и поиск не представляют таких трудов, как на НЖМД.
В качестве файловой системы на CD используется стандарт ISO 9660 VTOC (Volume Table of Contens), который представляет собой последова-тельность записей:
- Идентификатор CD-диска и файловой системы,
- Синхронизирующая последовательность, системная область.
- Оглавление тома и таблица размещения данных,
- область данных.
В качестве параметров используются: виток, дуга, блок. (аналогично цилиндру, сектору и кластеру для НЖМД).
Существуют другие форматы файловых систем, например, формат CD-DA (Compakt Disk Digital Audio) для аудиозаписей или CDK – диск ф.Коdак и другие частные форматы фирм – производителей видеопродукции.
Следует отметить многосессионный формат записи CD-XA для обеспечения возможности дозаписи CD-диска.
В качестве носителя информации используются темные штрихи на светлом фоне. Глубина штриха – 0,12 мкм, ширина штриха – 0,6 мкм, расстояние между витками – 1,6 мкм.
Мощность лазера – 0,5 мвт (чтение), 4-14 мвт (запись), tпятна= 250-400 оС.

DVD-ROM, DVD-RW.
DVD (Digital Video Disk) –дисковод

для компакт дисков с лазерным методом записи-считывания данных.
По своим основным пара-метрам конструкции, контрол-леру и построению областей хранения данных полностью аналогичен CD.
Отличается от CD повышен-ной в 6,5 раза плотностью записи данных на диск, дости-гаемую за счет уменьшения частоты лазера и метода упаковки данных.
Объем DVD – 4,7 гигабайта.

Структурная схема контроллера DVD аналогична схеме контроллера CD, в качестве интерфейса связи используется расширенный интерфейс АТАРI / EIDE PATA, возможно использование интерфейса SATA или SCSI.
В настоящее время широко используется двухсторонняя и двухуровневая запись дисков, внедряется формат HD DVD, что позволяет увеличить объем диска DVD до 45 гигабайт, но в целом формат DVD считается устаревшим.
В ближайшем будущем будет выполнена замена формата DVD на формат BR (Blu-ray), обладающий лучшими характеристиками уплотнения данных.

запи-си данных магнитные головки с подогревом области записи лазером. Запись

на холодный диск невозможна. За счет чего достигается высокая степень защиты данных от стирания.
НМОД используется в каче-стве архивирующих накопите-лей в профессиональных сис-темах записи данных, т.к. ин-формация на МО-дисках может сохраняться до 20-25 лет.

Структурная схема контроллера НМОД аналогична схеме контроллера НЖМД с учетом добавления в схему лазера подогрева пятна, совмещенному с магнитной головкой.
Запись осуществляется на одну сторону диска. Кодирование записи выполняется по методу ERLL. в качестве интерфейса связи используется расширенный интерфейс стандарта АТАРI/EIDE (PATA), либо SCSI.
В бытовых системах сейчас не используется по причине высокой стоимости и малой производительности (малой емкости, медленной записи и скорости передачи данных по сравнению с другими типами накопителей).

НМЛ используется только, как архиватор данных из-за его высокой надежности,

про-веренной временем (срок сох-ранности данных - до 35 лет).
НМЛ не допускает исполь-зования стандартных файло-вых систем, т.к. запись дан-ных осуществляется в строго последовательной форме (без дефрагментации).
Скорость записи/чтения дан-ных малы по сравнению с дру-гими типами накопителей, поэ-тому стриммер применяется только в профессиональных системах хранения данных.

Структурная схема привода НМЛ аналогична схеме контроллера НЖМД, но отсутствует привод головки записи. Сама головка закреплена неподвиж-но. В качестве контроллера чтения/записи данных используется специализи-рованный контроллер записи, совмещенный с системой ЕСС.
Интерфейс связи построен на базе расширенного интерфейса стандарта АТАРI/EIDE (PATA), но чаще встречается интерфейс внешней шины SCSI.

F1R характеризуется высокой степенью плотности записи: на 1 пластину жесткого

диска стандартного размера помеща-ется 334 гигабайта!
Общий объем накопителя – 1 терабайт.
Скорость вращения дисков 7200 об/мин.
Ресурс работы на НЖМД составляет 1,2 миллиона часов, что позволяет фирме Samsung обеспечить гарантий-ный срок эксплуатации 7 лет!

Структурная схема контроллера НЖМД соответствует представленной ранее, но в качестве интерфейса связи используется расширенный интер-фейс стандарта АТА/IDE - SerialATA 2.
Для передачи данных интерфейс SATA 2 использует шину PCI Express 2.
Символ R в маркировке обозначает, что НЖМД может использоваться в RAID-массивах любой конфигурации.

накопители используются, как элементы дополнительного объема внешней памяти для различ-ных

мобильных устройств (цифровых фотоаппаратов и кинокамер, мобильных телефонов, смартфонов, ноутбуков, сканеров штрих-кода, кассовых аппаратов и коммуникаторов.

Структурная схема контроллера Express Card 2.0 – накопителя аналогична схеме контроллера ОЗУ, обеспечивает совместимость со стандартом Exp-ress Card 1.2.
В качестве интерфейса связи используется внешний интерфейс шины PCI Express 2.0 – слот PCI Express х1, что обеспечивает достаточную скорость обмена информацией ОЗУ с Express Card, т.к. сами ячейки памяти при записи имеют пониженную скорость обмена информацией (до 2-х мБ/сек).
Объем Express Card увеличен до 8-12 гигабайт.

Твердотельный накопитель Flash используется, как вре-менный мобильный архив вместо гибких

дисков, кото-рые, по видимому, уже нико-гда не будут использоваться.
Надежность Flash-накопи-телей невысока и обычно не превышает 10 000 циклов обращения к ячейкам памяти.
Скорость передачи инфор-мации также существенно ниже, чем в жестких дисках.

Структурная схема контроллера Flash-накопителя аналогична схеме контроллера ОЗУ, ячейки памяти имеют одноуровневую структуру и объеди-няются в блоки по 4 килобайта (для записи) и по 512 байт (для чтения и стирания), поэтому для Flash-накопителей может быть использована любая файловая система.
В качестве интерфейса связи используется интерфейс внешней шины USB или USB2.
Объем современных Flash-накопителей достигает 8-16 гигабайт при минимальных габаритных размерах.

памяти.
Накопитель SSD (Solid State Disk – твердотельный

диск) не содержит в составе своей кон-струкции подвижных механи-ческих элементов и, по види-мому, способен превзойти по всем характеристикам жесткие диски.
SSD по схеме использова-ния памяти существенно отличается от схемы Flesh-на-копителей:
1. Конструкция ячеек памяти SSD является многоуровневой
2. Повышен на несколько порядков ресурс обращений к ячейке (до 100 000 обращений).

3. Структура контроллера обеспечивает равномерную выработку ресурса ячеек памяти, что позволяет обеспечить 5-летнюю гарантию устройства.
4. Структура распределения информации – секторная (4 Кб на сектор), что повторяет кластерную структуру жесткого диска, и позволяет использовать любую известную файловую систему.

Накопитель ф.Silicon Power лишь внешне напоминает Flash-накопитель, являясь

полномасштабным SSD.
Объем SP-накопителя – 8, 16 или 32 гигабайта.
Скорость передачи инфор-мации в режиме чтение/запись составляет:
- 90/30 мбайт/сек. при подклю-чении к интерфейсу eSATA,
- 30/20 мбайт/сек при подклю-чении к интерфейсу mini USB.

В настоящее время производителями накопителей информации ведется большая работа по поиску новых материалов и разработке новых конструк-ций накопителей, обеспечивающих увеличение объема, скорости передачи информации и обеспечения надежности и сроков ее хранения.