Устройства хранения и периферийные устройства
| English | Русский |
|---|---|
| magnetic hard disk/mæɡˈnetɪk hɑːd dɪsk/ | магнитный жесткий диск |
| tracks/træks/ | дорожки |
| sectors/ˈsektəz/ | секторов |
| solid-state drive/ˈsɒlɪd steɪt draɪv/ | твердотельный накопитель |
| floating-gate transistor/ˈfləʊtɪŋ ɡeɪt trænˈzɪstə/ | транзистор с плавающим затвором |
| optical disc/ˈɒptɪkl dɪsk/ | оптический диск |
| laser printer/ˈleɪzə ˈprɪntə/ | лазерный принтер |
| drum/drʌm/ | барабан |
| toner/ˈtəʊnə/ | тонер |
| fuser/ˈfjuːsə/ | фиксатор |
| 3D printer/ˌθriː ˈdiː ˈprɪntə/ | 3D-принтер |
| filament/ˈfɪləmənt/ | филамент |
| microphone/ˈmaɪkrəfəʊn/ | микрофон |
| diaphragm/ˈdaɪəfræm/ | диафрагме |
| ADC/ˌeɪ diː ˈsiː/ | АЦП (ADC) |
| touchscreen/ˈtʌtʃskriːn/ | сенсорный экран |
| capacitive/kəˈpæsɪtɪv/ | емкостный |
| resistive/rɪˈzɪstɪv/ | резистивный |
| virtual reality headset/ˈvɜːtʃuːəl rɪˈælɪti ˈhedset/ | гарнитура виртуальной реальности |
Пять мегабайт, весивших тонну
- В 1956 году IBM поставила первый жёсткий диск. Он хранил 5 мегабайт на пятидесяти вращающихся пластинах, каждая диаметром 24 дюйма, а сам агрегат весил около тонны.
- Жёсткий диск размером 2,5 дюйма сегодня вмещает в миллион раз больше данных, используя ту же самую идею: намагничивание крошечных областей вращающегося диска и их последующее считывание.
- На экзамене от вас требуется описать, как работает каждое из основных устройств, шаг за шагом, в том порядке, в котором они перечислены в критериях оценки.
- Этот урок рассматривает их по одному: три вида накопителей, а затем периферийные устройства.
Магнитный жёсткий диск
- Магнитный жёсткий диск (HDD) хранит данные в виде намагниченных участков на вращающихся блинах, покрытых магнитным материалом.
- Каждая поверхность разделена на концентрические дорожки, а каждая дорожка — на сектора. Считывающе-записывающая головка на актуаторной руке перемещается по блину к нужной дорожке и ожидает прохождения сектора под ней.
- Дешевле на гигабайт и имеет большую ёмкость, но наличие движущихся частей делает его медленнее, шумнее и более уязвимым к повреждениям при ударе.
Актуаторная рука перемещает считывающе-записывающую головку по вращающемуся блину
Блин хранит данные в концентрических дорожках, каждая из которых разделена на секторы
Расставьте этапы чтения сектора с жесткого диска по порядку.
Вращение, поиск дорожки, ожидание сектора, считывание намагниченности: два этапа ожидания объясняют, почему жесткий диск медленнее SSD.
Твёрдотельная (флэш-)память
- Твёрдотельный накопитель (SSD) хранит данные в виде электрического заряда, запёртого в транзисторах с плавающим затвором внутри NAND-чипов флэш-памяти. Отсутствие движущихся частей.
- Благодаря этому доступ к данным происходит быстрее, устройство бесшумно, потребляет меньше энергии и выдерживает падения. Однако оно стоит дороже на гигабайт, и каждую ячейку можно перезаписывать ограниченное количество раз.
- Та же флэш-память используется в USB-накопителях и картах памяти.
Внутри SSD: ряды чипов флэш-памяти и контроллер, ничего не движется
Чем твердотельный накопитель (SSD) отличается от магнитного жесткого диска?
SSD хранят заряд в флеш-транзисторах — нет движущихся частей, быстрее и прочнее, но дороже за ГБ, а ячейки изнашиваются.
Оптический дисковод для чтения и записи
- Оптический диск (CD, DVD, Blu-ray) хранит данные вдоль одной длинной спиральной дорожки в виде ямков и плоских участков. Лазер светит на дорожку, а датчик измеряет отражённый свет: изменение отражающей способности считывается как бит.
- Записывающее устройство использует более мощный лазер для изменения поверхности, выжигая красящий слой или изменяя фазу переходного слоя, создавая таким образом узор отражающей способности.
- Blu-ray использует лазер с меньшей длиной волны, чем DVD, поэтому его ямки меньше, и он вмещает больше данных.
Лазер считывает ямки и плоские участки спиральной дорожки
Как оптический диск (CD/DVD) хранит и считывает данные?
Лазер считывает узор ямок; запись осуществляется с помощью более мощного лазера для изменения отражающей способности.
Соотнесите каждый тип вторичного хранилища с тем, как он хранит данные.
Три технологии хранения — магнитная, твердотельная и оптическая — различаются физическими принципами удержания бита.
Разобранное задание: выбор накопителя
- Всегда указывайте и само устройство, и причину, подходящую для данного сценария.
- Ноутбук студента: SSD, потому что у него нет движущихся частей, он выдерживает переноску, быстро запускается и потребляет мало энергии от батареи.
- Семейный архив фото и видео: магнитный жёсткий диск, потому что это самый дешёвый вариант на гигабайт для нескольких терабайтов, которые читаются лишь время от времени.
- Фильм, продающийся в магазинах: оптический диск, потому что диски дёшевы в массовом производстве, и покупатель не может перезаписать их.
Соотнесите каждую ситуацию с лучшим устройством хранения.
Само устройство — лишь половина ответа; причина, подходящая к ситуации, составляет другую половину.
Лазерный принтер
- Лазерный принтер работает по шагам, перечисленным в критериях оценки. Данные страницы поступают в буфер принтера. Барабан получает равномерный электростатический заряд.
- Лазер, отражённый от вращающегося зеркала, сканирует изображение на барабане и снимает заряд в местах его воздействия, так что оставшийся заряд соответствует изображению на странице.
- Тонер, заряженный порошок, притягивается только к заряженным участкам барабана. Бумаге придаётся противоположный заряд, и тонер переносится на неё.
- Фиксатор, пара нагретых роликов, расплавляет тонер, вплавливая его в бумагу. Барабан разряжается и очищается для следующей страницы.
Лазерный принтер: заряд, лазер, тонер, перенос, фиксация
Как лазерный принтер печатает страницу
Пройдите пять этапов в порядке, указанном в критериях оценивания — зарядка, лазер, тонер, перенос, фиксация.
Расставьте этапы лазерной печати по порядку.
Зарядка, лазер, тонер, перенос, фиксация. Критерии оценивания дают эти шаги именно в таком порядке, поэтому и вы должны следовать этому порядку.
3D-принтер
- 3D принтер 3D создаёт твердое объект слоями из цифровой модели.
- Модель проектируется в CAD-программе или сканируется; программа нарезки разбивает её на тонкие горизонтальные слои и генерирует инструкции для каждого.
- Принтер FDM плавит пластиковый филамент и укладывает его через движущуюся сопло; принтер смолы отверждает жидкую смолу ультрафиолетовым светом; порошковый принтер спекает порошок лазером. Каждый слой соединяется со слоем ниже.
- Применение: прототипы, индивидуальные медицинские детали, такие как протезы, запасные части по требованию.
3D-принтер FDM плавит филамент и строит объект слой за слоем
3D-принтер создает объект слой за слоем, каждый из которых связывается с предыдущим.
Программное обеспечение для нарезки разбивает модель на тонкие горизонтальные слои; принтер наносит, отверждает или сплавляет один слой за другим.
Микрофон и динамики
- В микрофоне звуковые волны заставляет мембрану вибрировать. Мембрана перематывает катушку в магнитном поле (или изменяет зазор конденсатора), вырабатывая переменный электрический сигнал.
- Этот сигнал аналоговый, поэтому АЦП (аналого-цифровой преобразователь) выбирает его пробы и превращает в двоичный код перед тем, как он будет сохранён.
- Динамик выполняет процесс в обратном направлении: ЦАП вырабатывает переменный ток, ток в катушке заставляет её двигаться в магнитном поле, а прикреплённый конус толкает воздух, создавая звук.
Внутри микрофона: звук заставляет мембрану и катушку вибрировать, вырабатывая ток
Динамик — это микрофон наоборот: ток двигает катушку, конус двигает воздух
Аналоговый сигнал микрофона должен пройти через какой компонент для цифрового хранения?
ADC преобразует непрерывный аналоговый сигнал в цифровые образцы, которые может хранить компьютер.
Расставьте этапы цифровой записи звука по порядку.
Микрофон является датчиком (звук → напряжение); затем ADC превращает этот аналоговый сигнал в сохраняемые цифровые образцы.
Сенсорный экран
- Сенсорный экран является одновременно устройством ввода и вывода.
- Емкостный: стекло несёт слой, который хранит заряд. Палец, касавшийся его, изменяет заряд в этой точке, а датчики в углах определяют координаты. Точный, яркий, поддерживает мультитач, но требует проводящего касания.
- Сопротивительный: два гибких слоя, разделённых небольшим зазором. При нажатии они соприкасаются, замыкая цепь в точке касания, а напряжение определяет координаты. Работает со стилусом или перчаткой, но яркость ниже и не поддерживает мультитач.
Ёмкостные сенсорные экраны реагируют на электрический заряд кончика пальца
Емкостный сенсорный экран поддерживает мультитач и реагирует на проводящий палец, тогда как резистивный требует физического давления.
Емкостные экраны фиксируют нарушение пальцем электрического поля (мультитач, высокая точность); резистивные экраны работают за счет сжатия двух слоев вместе.
Виртуальная реальность: гарнитура
- Виртуальная гарнитура отображает каждому глазу слегка различающееся изображение на отдельном дисплее (или половине одного экрана), благодаря чему мозг воспринимает глубину.
- Гироскоп и акселератор фиксируют повороты и наклоны головы; изображения перерисовываются много раз в секунду, чтобы соответствовать движению, поэтому сцена кажется неподвижной, пока пользователь оглядывается.
- Наушники воспроизводят звук, изменяющийся в зависимости от положения головы, а внешние камеры или инфракрасные датчики могут отслеживать местоположение пользователя.
Виртуальная гарнитура: два изображения, датчики движения и звук, следующий за головой
Какие из перечисленных являются характеристиками гарнитуры виртуальной реальности? Отметьте все подходящие варианты.
Два изображения создают глубину, датчики движения удерживают сцену неподвижной при повороте головы, а звук следует за ней. Ямки и выступы относятся к оптическим дискам.
Разобранное решение: "опишите основной принцип работы"
- Задание: опишите, как магнитный жёсткий диск хранит и считывает данные. [4]
- Тарелки, покрытые магнитным материалом, вращаются с высокой скоростью. Поверхность разделена на дорожки и секторы. Считывающая/записывающая головка на рычаге актуатора перемещается на нужную дорожку. Данные хранятся в виде намагниченных областей, представляющих 1 и 0, а головка фиксирует намагниченность при прохождении сектора под ней.
- Четыре отдельных шага, перечисленных последовательно, каждый из которых называет конкретную часть устройства. Именно так начисляются четыре балла.
Потерянные баллы
- Утверждение «SSD быстрее» не описывает принцип работы. Нужно объяснить, что хранит данные (заряд в транзисторах) и почему это быстро (отсутствие движущихся частей).
- Тонер прилипает к заряженным участкам барабана, а фьюсер расплавляет его. Пропуск любого из этих элементов — заряда или нагрева — нарушает последовательность процесса.
- Микрофону необходим АЦП до того, как звук можно будет сохранить; динамику нужен ЦАП. Назовите преобразователь.
- Ёмкостный и сопротивительный — это не синонимы. Ёмкостный обнаруживает изменение заряда; сопротивительный — соприкосновение двух слоёв.
Вы поняли
- HDD: намагниченные области на вращающихся дисках, дорожки и сектора, подвижная головка; SSD: заряд в флэш-транзисторах, нет движущихся частей; оптический: лазер считывает ямы и ровные участки
- Лазерный принтер: зарядить барабан → лазер рисует страницу → тонер прилипает к заряду → перенос на бумагу → фьюсер расплавляет его
- 3D-принтер строит объект послойно из нарезанной модели; микрофон состоит из мембраны, катушки и АЦП; динамик работает в обратном направлении
- Сенсорный экран: ёмкостный (заряд, мультитач) или сопротивительный (нажатие слоёв); VR-гарнитура: два изображения, датчики движения, звук, отслеживаемый по положению головы