369
ECHIPAMENTE PERIFERICE Laboratorul 1 Sisteme de înregistrare a datelor pe suport magnetic Cap. 1 generalitati 1.1 Introducere Aparitia unitatilor de discuri magnetice a fost precedata de aparitia echipamentelor cu tambur magnetic. Ca exemplu putem da aparitia in anul 1948 a tamburului magnetic acopperit cu Ni, avind 47 de piste, 2560 biti pe pista si timp mediu de acces de 15.6 ms. Tamburul magnetic este preferat datorita timpului de acces convenabil. Apar limitari datorita utilizarii numai a suprafetei exterioare, realizarea discurilor acoperite pe ambele parti implicind dificultati tehnologice. Problema esentiala este mentinerea unei distante de separare suficient de mici dar stabile, intre suprafata discului si capul magnetic. In 1956 IBM comercializeaza prima unitate de disc magnetic cu"capete plutitoare". Se foloseste principiul "pernei de aer" care consta in introducerea de aer sub presiune printr-un orificiu al capului. Distantele de separare sint de ordinul micronului sau chiar submicronice.

ECHIPAMENTE PERIFERICE

Embed Size (px)

DESCRIPTION

an4 Electronica

Citation preview

Page 1: ECHIPAMENTE PERIFERICE

ECHIPAMENTE PERIFERICE

Laboratorul 1Sisteme de înregistrare a datelor pe suport magnetic

Cap. 1 generalitati1.1 Introducere

Aparitia unitatilor de discuri magnetice a fost precedata de aparitia echipamentelor cu tambur magnetic. Ca exemplu putem da aparitia in anul 1948 a tamburului magnetic acopperit cu Ni, avind 47 de piste, 2560 biti pe pista si timp mediu de acces de 15.6 ms. Tamburul magnetic este preferat datorita timpului de acces convenabil. Apar limitari datorita utilizarii numai a suprafetei exterioare, realizarea discurilor acoperite pe ambele parti implicind dificultati tehnologice. Problema esentiala este mentinerea unei distante de separare suficient de mici dar stabile, intre suprafata discului si capul magnetic. In 1956 IBM comercializeaza prima unitate de disc magnetic cu"capete plutitoare". Se foloseste principiul "pernei de aer" care consta in introducerea de aer sub presiune printr-un orificiu al capului. Distantele de separare sint de ordinul micronului sau chiar submicronice.

Fig.1 Structura unei unitati de discuri magnetice

Componente:

Page 2: ECHIPAMENTE PERIFERICE

unul sau mai multe discuri; ansamblul capetelor si circuitelor de scriere/citire; ansamblul de fixare si antrenare al suportului; sistemul de pozitionare a capetelor (in cazul capetelor mobile); blocul logic de comanda si circuitele de interfata cu unitatea de legatura; panoul de comanda si vizualizare a unitatii.

Unitatile de discuri magnetice sint conectate la sistem prin intermediul unitatii de legatura.O unitate de legatura poate controla mai multe unitati de discuri si realizeaza transmiterea informatiei intre procesor si unitatea de discuri. In interfata se face controlul structurii inregistrarii precum si conversia adreselor logice in adrese specifice sistemului concret de acces (pista,sector,etc).

1.2 Suportul si organizarea informatiei

Suportul este alcatuit dintr-un disc cu rol de substrat,acoperit cu un strat cu proprietati magnetice. Substratul: este realizat din Al, plastic sau mai nou sticla. Pentru aceste materiale si pentru prelucrare se impun conditii de rugozitate si planeitate deosebite precum si o buna stabilitate termica.

rigid (aluminiu sau aliaje) flexibil (mylar, plastic)

Stratul magnetic: a fost realizat la inceput din Fe2O3 in amestec cu rasini,grosimea stratului fiind de la 1 la 5 micrometri .Apoi s-a trecut la utilizarea tehnologiei peliculelor subtiri,care a permis obtinerea unor densitati de informatie mult mai mari. Suportul este alcatuit din unul sau mai multe discuri plasate pe acelasi ax,aceste discuri putind sau neputind fi demontabile.Din acest punct de vedere deosebim:

discuri fixe,care au supoortul permanent montat; discuri amovibile, care au suport demontabil si in consecinta capacitatea de memorare

este off-line.

Structura generala a unei inregistrari pe disc este urmatoarea:

GAP SIAdresa

inregistrareCA Zona date CD GAP

SI-sincronizare inregistrare; CA-control adresa; CD-control date

Cerintele structurii de inregistrare sa aiba un reper de inceput de inregistrare care sa poata fi utilzat de sistemul de acces sa contina informatii necesare identificarii si verificarii adresei sa indice corect inceputul si sfarsitul zonei efective de date sa contina informatii de control pentru detectarea erorilor de scriere/citire

1.3 Dificultati la inregistrare si citire

Dificultatile principale la reconstructia unui semnal din inregistrarea magnetica de densitate ridicata provin din:

Page 3: ECHIPAMENTE PERIFERICE

distorsiunile semnalului datorate interfetei tranzitiilor adiacente; micsorarea raportului RSZ cu cresterea densitatii de inregistrare;

La citire semnalul are intre 1 si 5 mV.Nu apar probleme la densitati mici,insa la densitati mari apar distorsiuni de faza si de amplitudine. Pentru caracterizarea sistemelor de citire/scriere s-a definit o marime numita indicele de rezolutie al capului:

IR = Amplit sgn de citire la frecv cea mai inalta

Amplit sgn la frecventa cea mai joasa

Este clar faptul ca IR < 1 intotdeauna. Un sistem cap-disc cu o valoare scazuta a lui IR presupune existenta unui sistem mai sofisticat de citire pentru compensarea distorsiunilor.

Exemplu de structura de adresare ( subsistem cu 8 unitati de discuri):

0 1 2 3 4

O unitatede legatura

8 unitati dediscuri magnetice

400 cilindri 20 capete 6 sctoare

Capacitatea unitatii de disc = cantitatea de informatii care se poate memora pe discurile instalate la un moment dat in unitate

C=dj*dr*S*Nf

dj-densitatea liniara de inregistrare pe pista (bpi sau bpc)dr-densitatea radiala a pistelor (fpi) S-suprafata coroanei circulare cuprinse intre pista 0 de raza R0 si pista maxima N de raza Rn ; Nf-numarul de fete active;

Pe langa capacitatea totala se poate indica si capacitatea formatata. Timpul de acces = suma timpului de pozitionare a capetelor (tp) si a timpului de cautare pe pista (tc)

ta = tp + tc

Timpul de pozitionare mediu:

unde tij = timpul de pozitionare de la pista i la pista j.

Page 4: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Viteza de transfer rezulta din frecventa semnalului la capetele de citire/scriere si este conditionata de densitatea liniara si de viteza de rotatie a discurilor.

Cap 2. Metode de codare a informatiei pe suport magnetic

2.1. Introducere

Constrângerile impuse de mediul magnetic sunt de tipul codurilor RLL, care pot fi privite de asemenea si ca tehnici de modulatie.

Cerintele esentiale ale codurilor de adaptare sunt cele ale canalului de înregistrareredare pe suport magnetic: fiabilitatea înregistrarii si eficienta utilizarii mediului magnetic.

Corespondenta între codul de adaptare si realizarea fizica a înregistrarii este: "1" = exista tranzitie în magnetizare; "0" = nu exista tranzitie în magnetizare.

Notiuni specifice: limitele intervalului fara sincronizare, corespunzatoare codurilor de adaptare (RLL):

precizeaza valoarea maxima si minima pe care o poate lua distanta între doua simboluri de înregistrare "1" pentru a evita interferenta intersimbol (limita minima) si a permite sincronizarea (limita maxima).

raportul de densitate DR (density rate) reprezinta eficienta unei proceduri de codare care exprima continutul informatic al fiecarei tranzitii din magnetizarea mediului magnetic. Pentru canalele discrete, stationare ai fara memorie exista doua tipuri de coduri:

o coduri de translatie a datelor, pentru canalele cu constrângeri; o coduri de transmitere a datelor, pentru canalele cu zgomot.

Codurile de translatie a datelor transforma secventa de date de la intrare într-o noua secventa care satisface constrângerile impuse la intrarea în canal, rezultând astfel coduri de adaptare la canal. Codurile de transmitere a datelor previn aparitia erorilor în secventa de date, rezultând detectia si corectia erorilor.

2.2. Coduri binare

Codul "NRZI" Non Return to Zero I

Se reprezinta fiecare simbol "1" printr-o celula de tranzitie în magnetizare; celulele fara tranzitie corespund simbolului "0".

Page 5: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 2.1. Codul "NRZI" (Non Return to Zero)

Avantaj: raport de densitate bun (DR = 1). Dezavantaj: codul nu permite siruri lungi de simboluri nule din cauza pierderii autosincronizarii.

Codul "FM" Frequency Modulation

Codeaza un simbol de date în doua simboluri de cod. Primul simbol este întotdeauna o tranzitie, asigurând autosincronizarea, iar ultimul corespunde informatiei codate (tranzitie pentru "1").

Fig. 2.2. Codul "FM" (Frequency Modulation)

Avantaj: se obtine eliminarea componentei de curent continuu Dezavantaje: se dubleaza banda de semnal si se reduce raportul de densitate (DR = 0,5).

Codul "MFM" Modified Frequency Modulation

Numele sau provine din procedeul de micsorare a redundantei codului FM prin eliminarea tranzitiilor de sincronizare alaturate unei tranzitii de date.

Fig. 2.3. Codul "MFM" (Modified Frequency Modulation)

Avantaj: raportul de densitate DR = 1.

Page 6: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Codul "M2FM" Double Modified Frequency Modulation

Este o varianta a codului MFM. Redundanta se micsoreaza fata de MFM prin suprimarea tranzitiei de sincronizare daca în celula precedenta aceasta exista. Se obtine astfel un cod RLL la care procedura de codare/decodare se aseamana celei de la MFM.

Fig. 2.4. Codul "M2FM" (Double Modified Frequency Modulation)

Avantaje: raportul de densitate ramâne acelasi ca la MFM si permite o interferenta intersimbol ceva mai redusa. Dezavantaj: distanta maxima între tranzitiile succesive creste.

Codul "PE" Phase Encoding sau cod Manchester

Un simbol de informatie se codeaza într-o tranzitie de un anumit sens între starile de magnetizare de pe suport, iar la juxtapunerea celulelor corespunzatoare simbolurilor de date de acelasi fel apar tranzitii de ajustare "nesemnificative". Traductorul de lectura evidentiaza simboluri de sincronizare la mijlocul fiecarei celule, iar datele se identifica analizând schimbarile de polaritate ale tranzitiilor "nesemnificative".

Fig. 2.5. Codul "PE" (Phase Encoding)

Avantaje si dezavantaje: aceleasi ca la FM.

2.3. Coduri ternare

Avantaje: reducerea redundantei prin considerarea informatiei de faza continute în impulsul transmis. Impulsurile sunt bipolare, al treilea "simbol" fiind considerat componenta continua rezultata, a carei valoare trebuie sa fie cât mai mica. Cele trei coduri ternare studiate sunt codurile TB, DUO si BIP.

Codul "TB" Twinned Binary

Nu are componenta de curent continuu, prin alternarea polaritatii impulsurilor.

Page 7: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 2.6. Codul "TB" (Twinned Binary)Reguli de generare a simbolurilor de cod:

simbolurile "+1" si "-1" alterneaza, indiferent câte simboluri de "0" sunt intercalate între doua simboluri nenule succesive.

un simbol de cod nenul se genereaza la orice schimbare a naturii simbolului de date. Daca b0, b1 sunt simbolurile de informatie, simbolul de cod an se calculeaza astfel:

an = -(1/2)b0 - (1/2)b1

Codul "DUO" Duobinary

Are o componenta de curent continuu importanta, însa nu poseda tranzitii la simbolurile "+1" si "-1" adiacente. Este complementar codului TB, având legea:

an = -(1/2)b0 + (1/2)b1

Fig. 2.7. Codul "DUO" (Duobinary)Reguli de generare:

simbolurile "+1" si "-1" nu alterneaza adiacent. între simboluri de informatie de acelasi fel se genereaza simboluri de cod de acelasi fel.

Page 8: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Codul "BIP" Bipolar

Fig. 2.8. Codul "BIP" (Bipolar)

Se mai numeste si TB modificat. Limiteaza propagarea erorilor, generând simbolurile de cod conform regulilor:

"0" se genereaza ca lipsa de impuls. "1" se genereaza ca impuls. impulsurile de cod pozitive "+1" si negative "-1" alterneaza, indiferent de celulele fara

impulsuri dintre ele. Decodarea semnalului bipolar se face prin redresare si detectie la 1/2 din amplitudine.

Page 9: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 2.9. Metode binare si ternare de codare a informatiei pe suport magnetic (comparatie).

Page 10: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Cap. 3 Discuri magnetice

3.1. Sistemul harddisk

INTRODUCERE

Oficial aparute în anul 1956, harddisk-urile sunt de fapt una din inventiile ce vin ca rezultat al unui lung lant de inovatii. Fara îndoiala ca una din cele mai mari frâne pentru majoritatea sistemelor de calcul de atazi sunt partile mecanice, iar harddisk-urile sunt în mare parte niste dispozitive mecanice.

Harddisk-ul este singura parte mecanica, esentiala pentru functionare, care, la ora actuala, mai face parte dintr-un calculator modern. Chiar daca nu este o componenta electronica 100%, totusi, nivelul tehnologic la care a ajuns este remarcabil. Harddisk-ul este principalul dispozitiv de stocare masiva pentru PC-urile actuale. Nici un alt echipament periferic nu poate ajunge la combinatia utila de viteza, capacitate si comoditate de instalare oferita de discuri. Harddisk-ul PC-ului stocheaza fisierele si extinde capacitatea memoriei RAM prin memoria virtuala.. Harddisk-urile ofera sute sau chiar mii de megaocteti. Intro secunda, harddisk-ul poate sa isi aminteasca si sa furnizeze sistemului informatii echivalente cu intregul continut al unui roman.

Probabil cea mai uimitoare proprietate a harddisk-urilor este capacitatea acestora de a tine pasul cu programele contemporane.Primele PC-uri nu aveau harddisk-uri .Primele harddisk-uri erau cat jumatate de cutie de pantofi si puteau stoca 10 megaocteti ,adica mai putin decat avem nevoie pentru un singur program windows .Harddisk-urile actuale ocupa un spatiu de zece ori mai mic si pastreaza de 100 de ori mai multe date .De fapt ,unitatea de masura standard pentru capacitatea harddisk-urilor a crescut de 1000 de ori ,de la megaocteti la gigaocteti.In acelasi timp ,costul harddisk-urilor a scazut - nu numai costul pe megaoctet,ci si pretul de baza al unei unitati de disc standard.

De fapt harddisk-urile actuale au foarte putine in comun cu discurile produse cu 10 ani in urma. Harddisk-urile moderne ocupa mai putin spatiu, raspund mai rapid, au capacitati mult mai mari, rezista de cateva ori mai mult timp si sunt mai putin expuse la defecte decat discurile mai vechi.Un disc modern nici nu se conecteaza la PC la fel ca unul dintre primele discuri. Noile interfete, într-o evolutie constanta, promit cresterea vitezei si simplifica instalarea.

Page 11: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 3.1.1. Dimensiunea si caracteristicile unui harddisk modern

Tehnologia harddisk-urilor

Harddisk-ul este un dispozitiv combinat, avand o parte electronica si o parte mecanica. Din punct de vedere electric, harddisk-ul are misiunea de a transforma impulsurile evanescente ale datelor digitale in campuri magnetice permanente. Ca si alte dispozitive magnetice de inregistrare

Page 12: ECHIPAMENTE PERIFERICE

harddisk-ul foloseste un electromagnet, numit cap de citire/scriere, ca sa alinieze polaritatile particulelor magnetice de pe discuri.

Toata tehnologia harddisk-urilor se sprijina pe un principiu de baza al fizicii. Curentul electric care trce printr-un conductor creeaza in jurul acestuia un camp magnetic iar intr-un conductor aflat sub influenta unui camp magnetic variabil se induce curent electric. Discurile componente ale unitatii sunt fabricate din aluminiu, peste care este aplicat un strat subtire de material paramagnetic (usor magnetizabil), acesta avand la baza un oxid de fier. Fiecareia dintre cele doua suprafete ale fiecarui disc îi corespunde cate un cap de citire, care, in timpul rotatiei platanelor, pluteste pe o "perna" de aer deasupra lor. Cand un curent, pozitiv sau negativ, strabate bobina aflata in componenta capului de citire, particulele magnetice aflate dedesubt, pe suprafata discului, se aliniaza in sensul curentului electric, astfel creându-se doua stari, corespunzatoare pentru 0 si 1. Când se doreste citirea informatiei stocate pe disc, procesul se inverseaza, în capul de citire inducându-se curent electric la trecerea peste zonele polarizate magnetic de pe suprafata discului. În cazul în care unitatea are în compunere mai multe platane, acestea sunt asezate unul peste altul, fiecare având unul sau doua capete separate de citire, dar legate de celelalte, facând imposibila miscarea independenta a unui singur cap de pe o suprafata. Ansamblul capetelor se numeste actuator.

Alte circuite electronice ale sistemului de harddisk controleaza partea mecanica a unitatii si contribuie la organizarea corespunzatoare a informatiilor stocate si la localizarea datelor stocate pe disc.

Page 13: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 3.1.2. Ansamblul platanelor. Sagetile indica rotatia platanelor (cu rosu) respectiv a

actuatorului (cu galben)

Toate discurile se rotesc unitar pe un singur ax ,numit dispozitiv de antrenare (spindle).De obicei ,axul este conectat la un motor care roteste intregul ansamblu.

Rotatia

Aproape invariabil, harddisk-urile se rotesc cu o singura viteza, masurata in rotatii pe minut sau RPM. Aceasta viteza nu se modifica in timpul functionarii hard-discului, desi unele discuri se pot opri pentru economisirea energiei. Rotatia constanta este numita tehnic inregistrare la viteza unghiulara constanta (constant angular velocity recording). Aceasta tehnologie stabileste viteza de rotatie a discului la o anumita valoare constanta, astefel incat intr-o perioada data de timp pe o anumita pista capul de citire/scriere parcurge un arc de aceeasi marime (masurata in grade). Lungimea reala a arcului masurata linear (in inch sau centimetri) depinde de pozitia radiala a capului. Desi arcul de cerc folosit pentru inregistrarea unui bit are aceasi lungime unghiulara (in grade), atunci cand capul de citire/scriere se afla mai departe de centrul discului, lungimea lineara este mai mare. In ciuda lungimii mai mari a arcurilor catre marginea exterioara a discului, la fiecare rotatie a discului se inregistreaza acelasi numar de biti, deci aceasi cantitate de informatie. Un cerc complet la marginea exterioara a discului contine acelasi numar de biti ca si un cerc complet de la marginea interioara a discului.

O tehnologie mai eficienta, numita inregistrare cu viteza liniara constanta (constant linear velocity recording), modifica viteza de rotatie a discului in functie de distanta capului de

Page 14: ECHIPAMENTE PERIFERICE

citire/scriere fata de centrul discului, astfel incat intr-o perioada data de timp pe sub cap trece un arc de aceasi lungime. Atunci cand capul de citire/scriere se afla mai aproape de marginea exterioara a discului, unde circumferinta este mai mare, viteza de rotatie mai mica permite inregistraria unui numar mai mare de biti la fiecare rotatie. Folosind aceasta tehnologie, un disc de o dimensiune data poate stoca o cantitate mai mare de informatii.

Figura urmatoare ilustreaza diferenta dintre cele doua metode de inregistrare. Lungimea sectoarelor variaza in cazul vitezei unghiulare constante, dar ramane aceasi in cazul in cazul vitezei liniare constante. Numarul de sectoare este acelasi pentru toate pistele in cazul vitezei unghiulare constante, dar se modifica in cazul vitezei lineare constante.

Fig. 3.1.3. Comparatie intre metodele de inregistrare cu viteza unghiulara constanta si cu viteza

liniara constanta.

Harddisk-urile moderne folosesc un compromis intre inregistrarea cu viteza unghiulara constanta si inregistrarea cu viteza constanta. Desi pastreaza o viteza de rotatie constanta, aceste discuri modifica temporizarea bitilor individuali in functie de distanta de centrul discului la care sunt scrisi. Prin scurtarea duratei bitilor (masurata in microsecunde) pe pistele mai lungi ale discului, se poate obtine o marime liniara constanta pentru fiecare bit. Aceasta tehnica de compromis sta la baza tehnologiei de inregistrare pe zone multiple (multiple zone recording).

Capetele de citire/scriere

In afara discurilor, singura componenta aflata in miscare in interiorul celor mai multe unitati de harddisk este sistemul de capete. In majoritatea unitatilor, pentru fiecare fata a discurilor este folosit un cap de citire/scriere care se deplaseza foarte aproape de suprafata lui. Fiecare dintre

Page 15: ECHIPAMENTE PERIFERICE

aceste capete de citire /scriere este flexibil conectat la un brat mai rigid. De obicei, mai multe brate sunt legate laolalta pentru a forma o singura unitate mobila(de obicei pivotanta).

Proiectarea fizica

Capul de citire/scriere este conectat la mecanismul de actionare printr-o articulatie flexibila care permite coborarea sau ridicarea instantanee a capului. Atunci cind harddisk-ul este oprit sau trece in modul asteptare si discurile nu se mai rotesc, capul se asaza usor pe disc, fiind impins de un resort foarte slab. Modelul fizic al capului de citire/scriere il face sa semene cu o aripa de avion. Atunci cand se rotesc, discurile antreneaza si aerul din jur. Deplasarea aerului creeaza un curent care, la fel ca aerul care trece pe langa aripile unui avion, provoaca ridicarea capului de citire/scriere de pe disc. Atat timp cat discurile se rotesc, capetele de citire/scriere zboara la o distanta de citeva milionimi de inci de suprafata discului.

Efectele de altitudine

Inaltimea la care se deplaseaza capetele de citire/scriere ale hard-discurilor este unul dintre factorii care determina capacitatea de stocare a unei unitati. Campurile magnetice sunt divergente, asa ca o data cu distanta dintre cap si disc creste si dimensiunea aparenta a campului generat de o tranzitie de flux de pe disc. Micsorarea distantei dintre cap si disc reduce dimensiunea aparenta a tranzitiilor de flux, permitand stocarea mai stransa a acestora pe suprafata discului si cresterea capacitatii discului. Pentru prima generatie de harddisk-uri capetele se deplasau la o distanta de 10-12 microinci-milionimi de inci-de suprafata discului. Capetele de citire/scriere ale harddisk-ului moderne zboara la o altitudine mai mica, de aproximativ 5 microinci. Reducerea altitudinii a fost posibila dotorita folosirii unor discuri cu rugozitate mai mica si a mediilor magnetice bazate pe pelicula subtire.

Geometria

Pistele

Indiferent de tipul mediului magnetic sau al mecanismului de actionare folosit de un disc, capul de citire/scriere trebuie sa isi opreasca miscarea laterala pe disc de fiecare data cand scrie sau citeste. Cat timp capul stationeaza, discul se roteste. De fiecare data cand discul efectueaza o rotatie completa, capul traseaza un cerc complet pe suprafata acestuia. Acest cerc se numeste pista. Pe fiecare pista bitii de date sunt stocati secvential, ca si cum aceasta ar fi o bucata de banda lipita cap la cap. La fiecare rotire a discului, aceleasi date trec pe sub capul de citire/scriere, cat timp acesta este mentinut in aceeasi pozitie. Circuitele electronice ale unitatii de disc stabilesc ce portiune a pistei este citita (sau scrisa) pentru un bloc aleatoriu de date. O pista are latimea de numai cativa microni (la tehnologia actuala, sub 5 microni). Acest lucru permite o densitate de peste 2000 de piste pe centimetru. Pe aceste piste sunt inregistrate datele.

Cilindrii

Fiecare cap de citire/scriere traseaza o pista pe discul asociat. Mecanismul de actionare blocheaza toate capetele in aceeasi pozitie fata de centrul discului, de-a lungul unei raze date. Deoarece combinarea tuturor pistelor trasate de capetele de citire/scriere pentru o anumita pozitie a mecanismului de actionare formeaza scheletul unui cilindru, o stiva verticala de piste este deseori numita chiar cilindru (apare notiunea de cylinder (cilindru), datorita faptului ca avem mai multe dicuri paralele. Cilindrul se defineste ca totalitatea pistelor de pe toate fetele care au aceeasi distanta fata de centru. Toti cilindrii formeaza volumul). Numarul de cilindri ai unei unitati

Page 16: ECHIPAMENTE PERIFERICE

de harddisk este egal cu numarul pistelor de pe fiecare disc. Cu cat un disc are mai multi cilindri, cu atat poate stoca mai multe date. Numarul maxim de cilindri aste limitat de factori fizici inerenti in tehnologia folosita de unitatea de disc.

Fig. 3.1.4. Reprezentarea pistelor, platanelor si cilindrilor.

Pistele (cu rosu) sunt concentrice pe suprafata platanelor.Pistele aflate la aceeasi distanta de axul discului, dar pe platane diferite, formeaza un cilindru (figurat printr-o suprafata rosie, semitransparenta.

Sectoarele

Majoritatea sistemelor de discuri impart ficare pista in arce mai scurte, numite sectoare. Sectorul este unitatea de baza pentru cantitatea de informatii stocate pe un disc. Sectoarele au lungimea fixa si sunt compuse dintr-o secventa de date, precedata de un "preambul" care are rolul de aspune capului de citire unde incep datele utile. Dupa secventa de date de pe disc, pentru a asigura integritatea datelor, este inregistratao alta portiune care contine un cod de corectie a erorilor (ECC) numit cod Reed-Solomon. Intre doua sectoare consecutive axista un spatiu (intersector gap) care are rol de delimitare. Unele sisteme de operare folosesc sectorul ca

Page 17: ECHIPAMENTE PERIFERICE

unitate de masura de baza(asa cum se intampla in cazul sistemului de fisiere High Performance File System de sub OS/2). Sistemul de operare DOS foloseste ca unitate de masura pentru fisierele stocate pe disc clusterul,care este format din mai multe sectoare. Sectoarele pot fi logice (sectoare soft), fiind marcate prin combinatii de biti inregistrate impreuna cu datele de pe fiecare pista sau fizice (sectoare hard), fiind stabilite de mecanismul discului. Cele mai multe hard-discuri moderne folosesc o tehnica numita inregistrarea pe zone multiple (multiple zone recording sau MZR), care permite stocarea unui numar diferit de sectoare pe fiecare pista.Aceasta tehnica permite folosirea mai eficienta a capacitatii de stocare oferita de mediul magnetic.

Performantele drive-ului

Performantele unui HDD sunt influentate de mai multi factori. Pentru a citi o informatie de pe harddisk, trebuie întâi identificat sectorul sau sectoarele pe care acesta se afla, dupa care capul de citire/scriere trebuie deplasat deasupra pistei pe care respectivul sector se afla. Timpul pierdut cu aceasta operatie se numeste timp de cautare (Seek Time), cu valori medii cuprinse între 5 si 25 ms. Dupa ce capul a fost pozitionat deasupra pistei dorite, se mai introduce înca o întârziere, numita Rotation Latency, pâna când sectorul cautat se va roti pâna sub capul de citire. Cu vitezele actuale de 5400 si 7200 de rotatii pe minut, transferul unui anumit sector se realizeaza într-un timp foarte scurt, adevarata întârziere fiind generata de cei doi factori amintiti: Seek Time si Rotation Latency. Rata sustinuta de transfer a unui disc este diferita de rata interna de transfer a drive-ului si este foarte foarte importanta pentru aplicatii multimedia si Internet, unde un flux continuu este cerut, iar aceasta se calculeaza incluzând întârzierile aparute. Optimizarea discului este una dintre cele mai simple metode de a creste performantele ratei de transfer, pentru ca între doua piste consecutive timpul de acces poate scadea sub 1ms.

La vitezele de peste 90 de rotatii/secunda, pe care discurile le ating, temperatura platanelor creste, cauzând o dilatare a acestora, lucru care poate duce la scrierea si citirea de date eronate, în acest caz fiind nevoie de o recalibrare. Chiar daca procesul de recalibrare se întâmpla destul de rar, de obicei doar de 2-3 ori de la pornirea discului pâna când acesta ajunge la temperatura sa medie de functionare, pentru o aplicatie ce nacesita flux continuu de date, întreruperea cauzata de recalibrare poate fi un lucru fatal. Dar rar se ajunge la întreruperea fluxului, în special datorita faptului ca producatorii au început sa implementeze memorii cache de dimensiuni din ce în ce mai mari în partea electronica a discurilor.

Interfete

Harddisk-urile IDE moderne au evoluat din discurile care dotau primele IBM PC XT. Interfata IDE (Integrated Drive Electronics) a început sa fie folosita pe scara larga în sistemele personale pe la începutul anilor 90. Aceasta oferea o interfata între disc, BIOS si sistemul de operare prin intermediul a trei parametri - CHS -Heads (capete), Sectors (sectoare) si Cylinders (cilindri). Pe atunci, o capacitate de 528 MB parea de neatins, capacitate care era de fapt produsul valorilor maxime pe care cei trei parametri puteau sa le aiba (16 Heads, 63 Sectors si 1024 Cylinders, la o capacitate standard de 512 octeti pe sector).

Odata cu aparitia capacitatilor peste 528 MB problemele, cum era de asteptat, au aparut si ele. Primele drive-uri de peste 528 MB nu puteau fi folosite la întreaga capacitate, pentru ca pur si simplu, nu exista o metoda de a accesa datele care depaseau aceasta limita. Ca un rezultat la aceasta situatie, controlerele de disc au început sa ofere BIOS-ului informatii fizic incorecte, dar acceptate de acesta, despre geometria discului, iar mai apoi BIOS-ul converteste aceste date în informatiile reale pentru a accesa întreaga capacitate. Solutia gasita a fost dezvoltarea standardului, care a evoluat în EIDE (Extended IDE),care avea o noua metoda de a adresa discul, numita LBA (Logical Block Addressing), adica fiecarui sector distribuindu-se câte un numar între 0 si 224, lasând controlerul sa converteasca aceasta adresa în formatul Heads, Sectors si Cylinders. Pe lânga alte îmbunatatiri, aceasta interfata suporta si alte unitati (CD-ROM,

Page 18: ECHIPAMENTE PERIFERICE

DVD etc) si interfata a fost redenumita ATAPI. Ajungându-se la momentul în care aceasta interfata a devenit prea înceata pentru ratele d transfer de care era nevoie, i s-au adus noi modificari. Astfel au aparut UDMA33, UDMA66 si UDMA100 (se foloseste si UltraATA în loc de UDMA sau UltraDMA), cu ratele de transfer de maxim 33, 66 si 100 MB/s.

Fig. 3.1.5. Cabluri ATA/33 si ATA/66.

Tehnologia RAID

Page 19: ECHIPAMENTE PERIFERICE

INTRODUCERE

Odata cu utilizarea tot mai frecventa a PC-urilor ca server-e de retea sau ca statii de lucru sub sisteme de operare pe 32 de biti, calitatile cerute mediilor de stocare în masa au crescut enorm. În aplicatiile vitale, siguranta în functionare este o cerinta de baza.

Hard disk-urile în special s-au dovedit a fi extrem de sensibile, deoarece atât componentele mecanice, cât si partea electronica si mediul de memorare nu sunt imune la caderi. Cu toate ca în ultimii ani discurile au devenit tot mai fiabile, producatorii putând da timpi MTBF (Mean Time Between Failures) tot mai mari, aceasta valoare reflecta doar o statistica, neoferind siguranta suta la suta. Capacitatile de memorare au crescut, depasind domeniul gigaoctetilor, acest lucru implicând utilizarea mai multor hard disk-uri într-un sistem. Însa cu cât sunt mai multe hard disk-uri într-un sistem, cu atât creste probabilitatea de aparitie a unei erori. Daca în plus hard disk-urile sunt vazute de sistem ca o singura unitate logica, caderea unui disc poate avea efecte catastrofale. Din aceasta cauza se opteaza din ce în ce mai mult pentru construirea unor structuri de hard disk-uri tolerante la erori. Tehnica utilizata în acest scop, denumita RAID, încearca gasirea unui compromis între siguranta, viteza si costuri.

Tehnologia RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks - matrice redundanta de discuri ieftine) a fost definita pentru prima data de un grup de oameni de stiinta de la University of California at Berkeley în 1987. Ideea de baza era de a combina mai multe discuri mici, ieftine, într-o matrice de discuri ale carei performante sa le depaseasca pe cele ale unui Single Large Expensive Drive (SLED), deci ale unui singur disc de capacitate mare, scump. Aceasta matrice este vazuta de calculator ca o singura unitate logica. Mai târziu s-a constatat ca solutia obtinuta nu este chiar atât de ieftina precum s-a crezut initial, dar pentru a nu schimba acronimul RAID, s-a hotarât ca semnificatia lui sa devina "Redundant Array of Independent Disks". Acestia au studiat posibilitatea de a utiliza doua sau mai multe Harddisk-uri astfel încât acestea sa apara sistemului gazda ca fiind un singur dispozitiv. Desi performanta unei astfel de matrici de discuri simple era mai buna decat a unui singur harddisk cu capacitate echivalenta, fiabilitatea era inacceptabil de mica. Pentru a rezolva aceasta problema, inginerii de la Berkeley au propus arhitecturi redundante, care sa ofere o cale de a obtine toleranta la erori (fault tolerance) .

Pe lânga definirea nivelelor RAID de la 1 la 5, oamenii de stiinta au studiat data striping-distribuirea (partajarea) datelor pe o matrice de discuri nerendundante. Cunoscuta ca RAID 0, aceasta configuratienu ofera nici un mecanism de protectie a datelor, dar permite un flux maxim pentru aplicatiile care realizeaza transferuri masive de date, cum ar fi productia video digitala.

Page 20: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 1. Schema functionala a unei matrici de discuri RAID

Nici unul din nivelele RAID nu este inerent superior celorlalte. Fiecare este potrivit pentru un anumit tip de aplicatii si platforme, fiecare are caracteristici de cost, performanta si fiabilitate care raspund unei anumite nevoi. Fiecare din aceste nivele poate satisface doar unul sau doua din aceste criterii. Pentru aplicatiile client/server, sistemele bazate pe nivelele RAID 1, 0/1 si 5 sunt cele mai uzuale (RAID 5 este exceptia -oferind cea mai buna combinatie de pret, performanta si fiabilitate pentru cele mai multe servere). Aceasta pentru ca sistemele de operare de retea cele mai populare - cum ar fi Windows NT Server - administreaza datele în moduri similare cu cele în care functioneaza aceste arhitecturi RAID.

Tehnologia RAID nu poate evita defectarea harddisk-urilor, dar ofera o masura de siguranta, facând posibila refacerea datelor în timp real, fara pierderi.

Rezistenta la defecte a matricilor de discuri poate fi îmbunatatita semnificativ si prin alegerea incintei potrivite care gazduieste harddisk-urile. Cele care ofera facilitati pentru unitati hot-swappable, surse de alimentare si ventilatoare redundante, pot mari mult timpul de functionare fara întrerupere a matricilor. Etaloane ca MTDL, MTDA, MTTR si MTBF ofera o masura a performantelor acestora.

Sus

Page 21: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Descrierea nivelurilor RAID

Datorita evolutiei complexitatii programelor în timp au aparut urmatoarele probleme de rezolvat:

asigurarea securitatii datelor; marirea vitezei de acces la date.

S-a trecut la realizarea unor matrici de discuri fizice grupate logic în volume ce trebuie sa asigure distribuirea datelor, precum si implementarea unei structuri care sa asigure securitatea datelor prin utilizarea redundantei.

Conceptul RAID implica trei componente:

zonarea datelor; performante ridicate ale timpului de acces; capacitate de stocare marita; redundanta datelor, fiabilitatea.

Organizarea datelor

Organizarea datelor în cadrul ariilor de discuri presupune doua componente complementare:

mecanismul de redundanta; schema de distributie.

Schema de distributie a datelor defineste algoritmul de translatie al adresei logice externe (ce este vizibila utilizatorului) si adresele fizice ale discurilor incluse în zonele respective.

Sunt doua arhitecturi de baza:

adresarea independenta a fiecarui disc (arhitectura conventionala); "disk striping" (presupune împartirea discului în parti egale).

Mecanismul de redundanta specifica tipul, scopul si localizarea fiecarei informatii redundante din zona de discuri. În mod curent se folosesc "disk mirroring" (dublarea discului) si informatia de paritate. Acest mecanism permite sistemului de discuri sa poata fi folosit fara erori si dupa ce un disc fizic s-a defectat având loc reconstructia datelor.

Distribuirea datelor presupune maparea adreselor logice ale volumului de discuri la discurile fizice componente. Abordarea curenta implica adresarea curenta a fiecarui disc si maparea blocului logic direct catre blocul de pe fiecare disc. Distribuirea datelor este facuta "manual" de catre administratorii de sistem, de programele de aplicatii sau de catre sistemul de operare. In general administratorul de sistem este responsabil pentru decizia privind stabilirea locului fiecarei date pe disc.

Arhitectura de "disk striping" transforma mai multe spatii de adresare într-un singur spatiu de adrese, spatiul unificat folosit de catre procesorul gazda pentru realizarea transferurilor necesare. Sunt doua feluri de distributie a datelor, folosind aceasta arhitectura:

Page 22: ECHIPAMENTE PERIFERICE

"fine-grained striping"; "coarse-grained striping".

"Fine-grained striping" distribuie datele în felii mici astfel încât toate discurile volumului vor colabora la deservirea unei cereri de date. În acest caz, toate cele M discuri contin o fractiune din fiecare bloc accesibil utilizatorului. Numarul de discuri si dimensiunea feliei de date (stripe) sunt alese astfel încât sa asigure accesarea unui bloc minim de date din punct de vedere al procesorului gazda. Cele mai folosite dimensiuni sunt de 1 bit, 1 octet sau 512 octeti; încarcarea datelor este perfect distribuita tuturor discurilor din sistem, acestea suportând încarcarii egale în cazul unor operatii de transfer de date.

Rata de transfer efectiva se apropie de cea a celor M discuri, însa daca datele sunt sincronizate, atunci operatiile de pozitionare (seek) si cele de rotatie a bratelor de citire/scriere nu mai afecteaza timpul total de accesare, în acest caz contând doar timpul de transfer al datelor pe cele M discuri. Din aceasta cauza, la un moment dat doar un singur transfer poate fi asigurat deoarece pentru efectuarea acestuia este nevoie de fiecare disc al volumului. Aceste limitari sunt uzuale în cazul arhitecturii "fine-grained striping", deoarece timpul destinat serviciilor este dominat de cel necesar transferurilor de date.

"Coarse-grained striping" exploateaza transferuri paralele pentru cereri masive si adresare separata a discurilor în cazul unor date de dimensiuni mai mici. În acest caz, încarcarea discurilor nu mai este egala, de aceea trebuie optimizat accesul la primul disc al transferului curent. Pentru optimizarea performantelor trebuie sa alegem dimensiunea optima a feliilor de date.

Pentru cereri de date de dimensiuni variabile, nesecventiale, sunt indicate accesarile de date concurente, iar dimensiunea feliei de date este în corelatie cu numarul de discuri accesate de fiecare transfer. Pentru operatii cu date de dimensiune constanta si pentru date aliniate, felia de date se alege astfel încât numarul de discuri accesate în cadrul fiecarui transfer sa fie o constanta.

Una din solutiile posibile în cazul alegerii dimensiunii feliilor de date, este aceea de a folosi pentru acestea marimi egale cu dimensiunea unei piste fizice sau un multiplu al acesteia, având si avantajul unui timp de latenta zero, asigurând astfel si alinierea feliilor de date pentru timpi de pozitionare minimi.

Redundanta datelor

Mecanismele de implementare a redundantei datelor ale sistemului de stocare reduc capacitatea de stocare, însa asigura protectia datelor în cazul caderii sistemului. Timpul mediu dintre doua defecte consecutive (MTBF - "mean time between failure") este de circa 500.000 ore; cu toate acestea timpul mediu de viata al unui volum de discuri neredundant este de ordinul lunilor, fiind invers proportional cu numarul de discuri ce alcatuiesc sistemul. Daca discurile sunt adresate independent se poate pierde 1/N din numarul de fisiere sau 1/N din datele fiecarui fisier în cazul folosirii "disk striping-ului". Din acest motiv trebuie sa includem un mecanism de implementare a redundantei datelor, mecanism ce poate asigura protectia în cazul uneia sau a mai multor caderi ale discurilor.

O solutie simpla de protectie este aceea de a folosi copii identice; astfel un bloc de date este scris pe M discuri distincte, datele considerându-se pierdute atunci când originalul si cele M copii sunt pierdute. Pentru protectie se folosesc urmatoarele metode:

"disk mirroring"; "disk duplexing";

Page 23: ECHIPAMENTE PERIFERICE

"disk shadowing";

Metoda "disk mirroring" realizeaza scrierea datelor identic pe cele doua discuri distincte. În acest caz fiecare sistem de M+1 discuri distincte poate supravietui caderii a M discuri. Metoda "disk duplexing" realizeaza scrierea datelor tot pe doua discuri, însa canalul de date este distinct pentru fiecare disc.

Solutia software este inferioara, în acest caz procesorul gazda (host-processor) trebuind sa execute si operatiile de I/O pentru matricea de discuri, reducând astfel performantele sistemului; aceasta solutie se practica atunci când se doreste doar capacitate de stocare mare si toleranta la defectari.

Solutia hardware este optima, ea folosindu-se atunci când viteza si performantele de acces sunt factori critici. Aceasta solutie este mai costisitoare, ea implicând utilizarea unui controller dedicat comunicatiei dintre CPU si discuri; acest controller specializat contine un procesor RISC dedicat implementarii algoritmului RAID, în acest caz unitatea centrala (sau serverul sistemului daca se lucreaza în retea) fiind degrevate de operatiile de I/O, mentinându-si astfel performantele neafectate.

RAID 0

RAID 0 nu a fost definit de inginerii de la Berkeley, dar a devenit un termen comun. Este o matrice de discuri independenta, fara redundanta, care acceseaza datele de pe toate harddisk-urile la nivel de blocuri de date. Pentru a realiza acest lucru este scris/citit primul bloc de date pe/de pe primul harddisk, apoi al doilea bloc pe/de pe al doilea harddisk s.a.m.d. RAID 0 se adreseaza doar cresterii fluxului de date si capacitatii de stocare. Datele sunt partajate (data striping) pe mai multe discuri fara nici o informatie redundanta. La acest nivel nu exista nici un fel de toleranta la erori. Daca apare un defect la unul din harddisk-uri, întregul sistem se prabuseste. La fel s-ar fi întâmplat si daca datele s-ar fi gasit pe un singur disc. Avantajul principal al matricii de discuri este transferul mai rapid de date. Acesta creste cu cresterea numarului de unitati SCSI. Are redundanta R = 0.

Fig. 2. RAID 1 - Non-redundent striped array - Matrice de discuri (cu datele) distribuite,

nerendundanta

Sus

RAID 1

Page 24: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Aceasta tehnologie relizeaza toleranta la erori altfel decât RAID 0, 3 sau 5. În RAID 1, când se face scrierea datelor pe disc, se face o copie exacta a acestora pe un al doilea disc (mirror disk - disc oglinda) în mod automat si transparent pentru sistem, aplicatie sau utilizator. Discul oglinda devine astfel o copie axacta a discului principal.

Interfata cu discurile se poate face cu unul sau doua controlere. Un singur controler ofera o performanta de citire/scriere asemanatoare cu cea a unui singur harddisk. Daca se folosesc doua controlere (câte unul pentru fiecare harddisk = duplexing), se reduce riscul de a avea un singur dispozitiv care, în cazul unui defect, ar duce la caderea ambelor harddisk-uri. De asemenea, duplexing-ul poate îmbunatati rata de transfer prin scrierea/citirea alternativa a datelor pe/de pe cele 2 unitati. Comparativ, în cazul unui singur controler performanta la scriere este mai redusa pentru ca datele trebuie scrise întâi pe discul principal si apoi pe discul "oglinda". Discurile oglindite au fost utilizate de majoritatea sistemelor de procesare a tranzactiilor, tolerante la erori. Acestea sunt o încercare de a îmbunatati fiabilitatea mediilor de stocare mai curând decât rata de transfer. MTBF-ul unui asemenea sistem depaseste cu mult pe cel al unui harddisk obisnuit. Spre deosebire de alte nivele RAID, datele sunt "reparabile" daca se defecteaza un singur disc si pot fi refacute, în anumite conditii, in cazul caderii ambelor discuri. Marele dezavantaj este ca numai jumatate din capacitatea de stocare este efectiv utila si marirea acesteia se poate face numai în perechi de discuri. Între nivelele RAID, nivelul 1 ofera cea mai mare disponibilitate a datelor pentru ca sunt mentinute doua copii complete. În plus, performanta la citire poate fi îmbunatatita daca controlerul matricii de discuri permite citirea simultana de pe ambele unitati ale unei perechi. La scriere va aparea o usoara scadere de performanta, comparativ cu scrierea pe un disc obisnuit. O disponibilitate mai mare poate fi obtinuta daca cele doua discuri ale unei perechi sunt conectate la magistrale I/O separate Are redundanta R = 100%.

Fig. 3. RAID 1 - Parallel array with ECC - Matrice paralela cu corectie ECC

Sus

RAID 2

RAID 2 stocheaza datele pe un grup de discuri împartindule în "felii", de obicei de marimea unui sector. Un cod Hamming pentru fiecare "felie" este stocat pe un disc separat, check disk. Codul permite si corectarea erorilor. Acest nivel este referit uneori si ca RAID 0+1 deoarece combina avantajele ambelor tehnulogii - disponibilitatea datelor si performanta ridicata. Poate fi adaptat fie pentu un mediu cu cereri numeroase de acces la date, fie pentru transferul unor volume mari de date. Datele sunt partajate pe mai multe harddisk-uri, câteva dintre ele fiind dedicate stocarii informatiilor de detectare si corectie a erorilor (ECC - Error Checking and Correction) pentru fiecare sector.Oricum, pentru ca cele mai multe din harddisk-urile actuale au incluse facilitati ECC la nivel de sector ca facilitate standared, RAID 2 nu ofera avantaje semnificative comparativ cu arhitectura RAID 3. În prezent, producatorii au renuntat sa mai fabrice matrici RAID 2. Are redundanta R = 25%.

Page 25: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 4. RAID 2 - Mirrored array - Matrice de discuri "oglindite" (dublate)

Sus

RAID 3

În RAID 3 datele sunt distribuite pe mai multe discuri, la nivel de bit sau byte. Unul din harddisk-urile din matrice asigura protectia datelor pastrând byte-ul de verificare a paritati pentru fiecare unitate de alocare. La fel ca la RAID 0, discurile sunt accesate simultan, dar exista în plus harddisk-ul de paritate. Datele sunt scrise/citite simultan pe/de pe toate unitatile, iar bitul de paritate este calculat si comparat cu cel de pe discul de paritate (la citire) sau scis pe respectivul disc (la operatia de scriere). Astfel, pentru fiecare byte scris se calculeaza un bit de paritate pentru a mentine integritatea datelor. Aceasta permite ca matricea de discuri si sistemul sa fie 100% functionale si în cazul defectarii unui harddisk din matrice. În acest caz, se poate continua citirea sau scrierea de pe celelalte unitati. Bitul de paritate permite refacerea datelor de pe discul defect. Înlocuirea unitatii defecte se poate face online (hot-swapped), dupa care controlerul matricii de discuri reconstruieste datele pe acesta. Avantajele RAID 3 fata de nivelele anterioare este ca procentul ocupat de informatia redundanta (de paritate) din totalul capacitatii de stocare descreste pe masura ce creste numarul harddisk-urilor. De asemenea, dispune de cai paralele de transmitere a datelor, oferind astfel rate de transfer ridicate pentru aplicatiile care manipuleaza fisiere de dimensiuni mari. Capacitatea matricii poate fi marita cu câte un harddisk sau în grupuri. La RAID 3, unitatile de alocare a spatiului (si de transfer al datelor) sunt mai mici decât la alte sisteme si rotatia platanelor harddisk-urilor este sincronizata pentru a îmbunatati rata de transfer. Acest lucru o face potrivita pentru aplicatii CAD/CAM sau grafice. Are redundanta R = 25%.

Fig. 5. RAID 3 - Parallel array with parity - Matrice paralela cu informatii de paritate

Sus

Page 26: ECHIPAMENTE PERIFERICE

RAID 4

În RAID 4, informatia de paritate este întretesuta cu datele utile la nivel de sector dau bloc de date. Ca si la RAID 3, un singur drive este utilizat pentru stocarea datelor redundante, folosind un byte de paritate pentru fiecare bloc de date. Caile paralele de transfer a datelor si distributia datelor pe harddisk-urile din matrice la nive de sector sau bloc permit efectuarea de operatii independente pe diversele unitati si executarea în paralel a operatiilor de intrare/iesire. RAID 4 este identic cu RAID 3 cu exceptia faptului ca se utilizeaza unitati de alocare mai mari, astfel încât informatiile pot fi citite de pe un harddisk din matrice independent de discul de paritate. Acest lucru permite suprapunerea în timp a operatiilor de citire. RAID 4 ofera performante ridicate de citire si relaiv bune de scriere. Aceasta este o solutie de utilitate generala, aplicabila mai ales acolo unde raportul citiri/scrieri este ridicat. Astfel, RAID 4 este o alegere buna pentru transferuri de blocuri de date mici, tipice pentru sistemele de procesare a tranzactiilor. Performantele la scriere sunt scazute, pentru ca la fiecare scriere trebuie sa se scrie si bitul de paritate pe harddisk-ul respectiv. Astfel, harddisk-ul de paritate devine o frâna în calea performantei ridicate când sunt necesare multe scrieri ale informatiei de paritate. În acest caz, RAID 5 este o solutie mai buna deoarece informatia de paritate este distribuita pe toate discurile disponibile. RAID 4 aproape ca nu a fost implementat în practica pentru ca nu ofera avantaje semnificative fata de RAID 5. Are redundanta R = 25%.

Fig. 6. RAID 4 - Striped array with parity - Matrice de discuri cu datele distribuite, cu paritate

Sus

RAID 5

Aceasta tehnologie combina fluxul masiv de date oferit de RAID 1 - prin paratjarea datelor la nivel de bloc - cu mecanismul de refacere a datelor prin intermediul informatiilor de paritate. Acest nivel de toleranta la erori integreaza informatia de paritate la nivel de sector cu partajarea datelor si informatiilor de paritate pe toate harddisk-urile, fara a avea deci o unitate dedicata stocarii informatiilor de paritate. Aceasta permite multiple operatii de intrare/iesire concurente ceea ce conduce la un flux de date îmbunatatit, cu mentinerea integritatii datelor.

Un disc anume din matrice este accesat doar atunci când trebuie scrise/citite date sau informatii de paritate pe/de pe acesta. În RAID 5 discurile pot raspunde independent cererilor de acces, ceea ce ofera o performanta sporita la citire într-un mediu cu solicitari intense de acces. Datorita informatiilor de paritate, o matrice RAID 5 poate supravietui caderii unui disc fara pierderea datelor sau întreruperea accesului la acestea. Punctul forte al acestei tehnologii este manipularea unui numar mare de fisiere mici.

Rata de transfer este ridicata pentru ca nu mai exista strangularea de la RAID 4 datorata drive-ului de paritate. Desi RAID 5 este mai eficient din punct de vedere al costurilor, pentru ca nu

Page 27: ECHIPAMENTE PERIFERICE

mai este necesar un drive separat pentru paritate, performanta la scriere are de suferit. Fiecare operatie de scriere necesita 4 accese independente la disc. Întâi, datele vechi si informatia de paritate este citita de pa discuri separate. Apoi este calculata noua paritate. În fine, noile date si informatiile de paritate sunt scrise pe discuri separate.

Multi producatori de sisteme RAID utilizeaza caching-ul pentru a compensa performantele slabe la scriere. În acest caz este important ca acesta sa fie sustinut de un sistem UPS (Uninterruptible Power Supply). În aplicatiile grafice, dezavantajul RAID 5 fata de RAID 3 este slaba performanta la scriere datorata informatiilor de paritate distribuite, astfel încât RAID 5 este de obicei întâlnit în aplicatii cu numar mare de operatii de citire/scriere scurte. Utilizarea maxima a capacitatii se obtine atunci matricea are mai putin de 7 discuri. La un numar mai mare aceasta este asemanatoare nivelului RAID 3. Are redundanta R = 25%.

Fig. 7. RAID 5 - Striped array with distributed parity - Matrice distribuita cu paritate distribuita Scrierea necesita actualizarea paritatii Citirile se pot face simultan de pe toate harddisk-urile

În cazul caderii unui disc, operatia de refacere a datelor consta în folosirea discurilor ramase, discul de paritate si discurile de date, datele refacându-se cu aceeasi suma de paritate folosita la constructia discului de paritate.

Sus

RAID 6

Caracteristici / Avantaje

1. RAID 6 este în esentã o extensie a lui RAID 5 care permite pentru o tolerantã a erorii aditionalã folosirea unei a doua paritãti independent distribuitã (paritate bidimensionalã).

2. Datele sunt împãrtite în blocuri la fel ca la RAID 5 si un al doilea set de paritate este calculat si scris pe toate driverele; RAID 6 asigurã o tolerantã a erorilor foarte mare, si poate rezista la defectiuni de disc multiple si simultane.

3. Este o solutie perfectã pentru aplicatii critice.

Dezavantaje

1. Design-ul controlerului este foarte complex.

Page 28: ECHIPAMENTE PERIFERICE

2. Timpul necesar controlului pentru a procesa adresele de paritate ale controlerului este foarte mare.

3. Performantã de scriere foarte proastã.

4. Necesitã M+2 drivere pentru a fi implementat datoritã schemei de paritate bidimensionale.

Fig. 8. RAID 6 - Discuri de date independente cu douã scheme de paritate distribuite

independent

Inapoi

RAID 7

Caracteristici arhitecturale: Toate transferurile de I/O sunt asincrone, controlate independent si beneficiazã de

memorie cache, inclusiv transferul cu interfata gazdã. Toate scrierile si citirile sunt centralizate în memoria cache prin intermediul unui x-bus de

mare vitezã. Discul de paritate dedicat poate fi pe orice canal. Implementare completã a unui proces orientat pe sisteme de operare real-time,

implementat la nivelul procesorului într-un sir de control. Canal de comunicatii controlat real-time de sistemul de operare. Sistemele deschise folosesc discuri SCSI standard, magistrale standard PC, plãci de

bazã si memorii SIMM. Transfer de date de mare vitezã (x-bus), datoritã memoriei cache internã. Generarea de paritate integratã în memoria cache.

Page 29: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 9. RAID 7 - Asincronizare optimizatã pentru rate mari de I/O si de transfer

Avantaje

1. Performantele medii de scriere sunt cu 25% pânã la 90% mai bune decât performantele discurilor obisnuite, si de la 1,5 pânã la 6 ori mai bunã decât orice alt nivel RAID.

2. Interfetele gazdã sunt scalabile pentru conectivitate sau pentru cresterea transferului.

3. Citirile de mãrime micã în mediul multi-user au timp de acces aproape 0 datoritã memorãrii in cache.

4. Performantele de scriere se îmbunãtãtesc odatã cu cresterea numãrului de drivere din suprafatã.

5. Timpul de acces scade odatã cu cresterea numãrului de actualizatoare din suprafatã.

6. Nu este necesar transferul de date suplimentare pentru paritate.

Dezavantaje

1. Solutia este oferitã de cãtre un singur producãtor.

2. Cost pe MB foarte mare.

3. Garantie foarte scurtã.

4. Nu existã serviciu de depanare.

5. Sursa de curent trebuie sã fie UPS pentru a preveni pierderea de date din cache.

În cadrul nivelului RAID 5, data este împartita de-a lungul tuturor discurilor din matrice, folosind felii largi, cu câte o felie pe "linie", continând datele de paritate. Alocarea acestei felii de paritate este rotita printre toate discurile din matrice astfel încât feliile succesive de paritate sunt întotdeauna scrise pe un disc diferit. În eventualitatea "caderii" unuia din ele (drive failure), continutul fiecarei felii lipsa poate fi reconstruit din data de paritate pentru acea "linie", astfel nepierzându-se nici un fel de date. Caderea întregii matrici reclama caderea simultana a doua drivere - un eveniment foarte improbabil.

Page 30: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Felierea discului cu paritate rotativa ( Disk striping with rotating parity)

A memora datele de paritate înseamna ca în orice moment în care o data este scrisa pe un disc din matrice, paritatea trebuie sa fie reactualizata. Daca datele de paritate au fost mereu scrise pe un acelasi disc, acest disc va deveni o problema (a bottle-neck) pentru celelalte discuri, cu un efect negativ care va reduce performanta sistemului la scriere. Prin rotirea discului care memoreaza felia scrisa, aceasta încurcatura este înlaturata si acest efect negativ este redus. Mai mult, partajarea datelor si a paritatii de-a lungul discurilor permite aceleasi performante la citire ca în cazul în care nu exista un disc de paritate dedicat.

În figura urmatoare sunt ilustrate operatiile de scriere/citire pentru nivelul RAID 5, folosind patru discuri.

Fig. 8. Operatiile de scriere/citire pentru nivelul RAID 5, folosind patru discuri

Când data este scrisa în matricea RAID 5, informatia de paritate trebuie sa fie reactualizata în unul din urmatoarele moduri:

1. - informatia de paritate este o operatie XOR a datelor dupa fiecare disc din matrice. Ori de câte ori data dupa oricare disc este schimbata, celelalte discuri din matrice care memoreaza date sunt citite si aplicate unei operatii XOR pentru a crea noua paritate. Aceasta implica accesarea fiecarui driver din matrice pentru fiecare operatie de scriere;

2. - acest al doilea mod implica gasirea bitilor de date care au fost schimbati de catre operatia de scriere, iar apoi schimbarea bitilor de paritate corespunzatori. Aceasta metoda este acompaniata mai întâi de citirea datei vechi pentru a fi rescrisa. Aceasta data este aplicata unui XOR cu noua data care va fi scrisa. Rezultatul este un " bit mask" care are "1" în pozitia fiecarui bit ce a fost schimbat. Aceasta "bit mask" este apoi aplicata unui XOR cu vechea informatie de paritate care este citita de la driver-ul de paritate din matrice. În acest fel este posibil sa se determine care biti din vechea paritate au fost schimbati si noua paritate reactualizata este apoi scrisa înapoi pe discul de paritate. Aceasta rezulta în doar doua citiri, doua scrieri si doua operatii XOR.

Acest dezavantaj al memorarii informatiei de paritate mai târziu decât o copie a datelor, este datorat timpului în plus de la durata operatiilor de scriere pâna la regenerarea informatiei de paritate. Acest timp aditional reduce performantele de scriere pentru RAID 5 fata de RAID 1 cu un

Page 31: ECHIPAMENTE PERIFERICE

factor între 3/5 si 1/3. Din acest motiv RAID 5 nu este recomandat pentru aplicatiile de scriere în care performanta este importanta.

În urmatoarea figura este ilustrat modul în care se realizeaza reactualizarea paritatii:

Fig. 9. Reactualizarea paritatii în timpul scrierilor cu RAID 5

Refacerea datelor pierdute

În cadrul nivelului RAID 0 când o unitate de hard disc a cazut, întreaga matrice de discuri nu mai poate fi folosita. În matricea de discuri RAID 1, caderea unui disc are doar un mic impact asupra performantelor, deoarece datele pot fi citite de la discul oglinda.În matricea RAID 5, datele trebuie sa fie reconstruite prin citirea si aplicarea unei functii XOR feliilor de date corespunzatoare de la discurile ce ramân în matrice. Acest proces este însa relativ încet; cu cât mai multe discuri sunt în matricea RAID , cu atât operatiile devin mai încete. În figura urmatoare este ilustrat procesul de reconstructie al datelor pe un sistem cu RAID 5.

Fig. 10. Procesul de reconstructie al datelor pe un sistem cu RAID 5

Page 32: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Reconstructia unui hard disc deficient

Atunci când un disc defect este înlocuit într-o matrice RAID 1 sau 5, controlerul SCSI va reconstrui data pierduta pe noul driver. Aceasta operatie de reconstructie are loc în decursul citirilor si scrierilor normale din matrice. În cazul matricii RAID 1, reconstructia va avea loc relativ repede, deoarece ea implica doar copierea datei continute în discul oglinda pe noul disc reînlocuit.

În cazul matricii RAID 5, noua data ce urmeaza a fi scrisa pe cel mai nou reînlocuit disc, trebuie sa fie recreata prin citirea si aplicarea unei functii XOR feliei de date corespunzatoare de la discurile remanente în matrice. Acest lucru cauzeaza o considerabila degradare a performantei pe durata operatiei de reconstruire, care va dura cu atât mai mult cu cât sunt mai multe discuri în matrice.

Operatii pe un sistem cu RAID 5

1. Operatie normala

Un subsistem de discuri ce opereaza sub mediul RAID 5, memoreaza datele în felii largi de-a lungul matricii de discuri, folosind o schema de paritate rotativa cu XOR. Atât timp cât nu a avut loc nici o cadere de discuri vom avea urmatoarea schema:

Fig. 11. Functionare normala

2. Caderea unui disc

Consideram exemplul precedent; presupunem ca una din unitatile de hard disc (de exemplu unitatea 3 ) produce o deficienta. Unitatea de disc defecta este reprezentata în figura ca nefiind prezenta din punct de vedere logic. Începând din acest moment pâna când o alta unitate o va înlocui si datele vor fi reconstruite pe aceasta din urma, accesul la hard discurile subsistemului va

Page 33: ECHIPAMENTE PERIFERICE

fi încetinit datorita încarcarii pe controlerul SCSI; controllerul acopera datele discurilor pentru accesurile de citire prin executarea de XOR pe feliile corespunzatoare de la unitatile de disc remanente în sistem.

3. Reconstructia noii unitatii de hard disc

Unitatea de hard disc ce a generat disfunctia este înlaturata din sistem si apoi înlocuita cu o noua unitate. Dupa ce vechea unitate a fost înlocuita, controlerul SCSI de RAID va începe sa reconstruiasca datele ce se gaseau pe discul cazut, pe noua unitate introdusa în sistem. Pentru fiecare linie de felii din matrice, controlerul executa un SAU EXCLUSIV (XOR) pentru informatiile de date/paritate, de la feliile celorlalte unitati de discuri, iar datele rezultate le scrie pe felia discului nou introdus.

Fig. 12. Matricea RAID 5 dupa caderea unui harddisk

Page 34: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 13. Reconstructia datelor lipsa pe harddisk-ul nou introdus

Dimensiunea blocului de date

O problema care trebuie rezolvata atunci când se proiecteaza un sistem RAID este aceea de alegere a dimensiunii blocului de date, deoarece majoritatea cererilor adresate matricii de discuri sunt de un singur bloc. Fiecare acces la date de dimensiuni mai mari de un bloc necesita contributia mai multor discuri, deci pentru a împiedica posibilitatea unor cereri multiple pentru acelasi disc se va folosi fie reordonarea acceselor la matricea de discuri (cu ajutorul unei stive de comenzi), fie folosirea unor buffere de date mari,depasind 1MB) care stocheaza datele pâna când sunt disponibile si celelalte discuri pentru a se finaliza accesul corect.

Dimensiunea unui bloc de date poate fi un multiplu al dimensiunii unei piste; astfel, în cazul unor cereri multiple, se vor putea pozitiona cu usurinta capetele discului la începutul zonelor respective, determinând astfel un timp de cautare si de transfer mult mai redus. Deoarece dimensiunea unei piste este un multiplu al sectorului (512 octeti), pentru un aliniament optim al feliilor de date trebuie sa alegem dimensiunea acestora astfel încât sa reducem timpii de cautare si de pozitionare a capetelor discului.

Atât nivelul RAID 1 cât si nivelul RAID 5 folosesc "block-striped array" ce împarte datele în mai multe blocuri, care apoi sunt stocate pe discuri separate. Avantajul metodei "block-striping" este legat de posibilitatea ca oricare disc sa adreseze independent date de dimensiune mai mica sau egala cu cea a blocului de date.

RAID 1 scrie datele în cadrul matricii de discuri cu o redundanta "mirror", astfel încât atunci când controllerul scrie un bloc pe un disc, va scrie acelasi bloc si pe discul "mirror".

RAID 5 care foloseste N discuri va scrie blocuri distincte de date pe cele N-1 discuri, iar apoi calculeaza blocul de paritate pe care îl scrie pe cel de-al N-lea disc.

Page 35: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Pentru a putea folosi avantajul matricii "block-striping" controllerul trebuie sa implementeze o coada de comenzi primite de la CPU. Acesta permite servirea unor cereri de I/O concurente, în timp ce fara aceasta coada s-ar putea servi doar o singura cerere comportându-se ca un singur disc cu informatie redundanta. Atunci când avem un mic procent din cereri ce depasesc dimensiunea blocului de date, pierderea de performanta este mica comparativ cu cazul în care toate cererile de date sunt mai mari decât blocul de date, în acest caz trebuind accesate doua discuri pentru a efectua un transfer. Aceste lucruri sunt valabile în ipoteza în care controllerul acceseaza discurile în paralel (concurent). În mod normal asemenea sisteme folosesc tehnici de accesare în paralel si alte tehnici de management ale acceselor; una dintre aceste tehnici este cea prin care se implementeaza o coada de comenzi în cadrul unei matricii de discuri cu controller care reordoneaza cererile, introducând întârzierii fiecarei comenzi, însa pe ansamblu beneficiile fiind considerabil superioare nivelului costului.

O alta posibilitate este folosirea unui buffer mare (mai mare de 1MB) pentru a stoca datele deja prelucrate pâna când controllerul asteapta disponibilizarea discului dorit în cadrul transferului. În acest caz sistemul de operare gazda trebuie sa respecte ordinea de initiere a acceselor de date.

Daca dimensiunea blocului de date este aleasa mai mica decât majoritatea cererilor, exista posibilitatea accesarii datelor care nu sunt corect aliniate din punct de vedere al delimitarii blocurilor. Lipsa alinierii înseamna pentru controller accesarea unei date ce încalca granita dintre doua blocuri, deci accesarea de pe doua discuri. Nealinierea, în cele mai multe din cazuri este consecinta alegerii gresite a dimensiunii blocului de date: doua discuri trebuie sa satisfaca o singura cerere, în acelasi mod în care pentru blocuri de 8 KB, o citire de 16 KB implica doua operatii de seek. Pierderile de viteza sunt mai mici în cazul lipsei alinierii decât în cazul alegerii unui bloc de dimensiune mai mica, deoarece sistemul de fisiere poate fi corectat din punct de vedere al alinierii prin reordonarea cererilor pentru a se asigura ca toate cererile sunt îndreptate catre adresele de început ale blocurilor.

Algoritmi RAID

Pentru a mari performantele discurilor se impune folosirea unui controller de cache; acesta va realiza anticipat transferurile ce urmeaza a fi facute si de asemenea va satisface cererile actuale în timp ce magistrala locala a sistemului este ocupata cu transferul între alte dispozitive. Folosirea unui cache destinat calcularii anticipate a citirilor viitoare se numeste "Read Ahead Cache". Memoriile cache sunt de tip asociativ si se bazeaza pe faptul ca o cautare în memorie dureaza mai putin decât un acces la disc.

Metodele de cautare a datelor sunt urmatoarele: LOOK THROUGH, în care se parcurge mai întâi memoria tampon (cache-ul) si apoi hard

discul; LOOK ASIDE, în care se porneste simultan cautarea în memoria cache si pe hard disc; MONITORING, foloseste un controller pentru a lua decizii privind ordinea de cautare.

În cazul sistemelor RAID, trebuie rezolvata problema mentinerii redundantei matricii de discuri, deoarece în cazul întreruperii accidentale a alimentarii noile blocuri de paritate si de date aflate în memoria cache nu au fost înca salvate putându-se astfel pierde; acest lucru are loc datorita algoritmului de înlocuire a liniilor si datorita faptului ca salvarea datelor în memoria cache are loc doar în urma satisfacerii conditiilor de înlocuire a liniilor. O solutie simpla, însa scumpa, este folosirea unei memorii cache non-volatile. Memoria cache poate fi implementata la nivelul controller-ului sau poate fi separata, expandata sau memorie non-volatila. În cazul implementarii memoriei cache la nivelul controller-ului exista urmatoarele avantaje: se pot procesa rapid datele provenite de la mai multe host-uri cu mecanismele de protectie adiacente; functiile cozii de comenzi, operatiile de seek, transferurile DMA si alte functii de optimizare sunt executate de catre

Page 36: ECHIPAMENTE PERIFERICE

controller, degrevând astfel procesorul gazda de aceste operatii, el putând executa astfel alte task-uri. Exista trei algoritmi utilizati, fiecare prezentând un anumit avantaj:

algoritmul de înlocuire aleator (RR-random replacement); algoritmul LRU (Least Recently Used); algoritmul SLRU(Segmented LRU).

Algoritmul RR - determina numarul liniei care iese din memoria cache folosind un generator de numere pseudoaleatoare. Acest algoritm este usor de implementat, însa performantele generale sunt slabe datorita inexistentei unor asocieri între atributele spatiale si temporale ale unei cereri de date.

Algoritmul LRU - este cel mai folosit datorita gradului mare de generalitate pentru solutii diferite; este folosit pentru managementul memoriei virtuale, a sistemelor de fisiere si a operatiilor de I/O. Acest algoritm implementeaza o stiva LRU ce va contine numarul liniei din memoria cache, iar în vârful stivei se va afla tot timpul numarul liniei cel mai recent utilizate si în ordine descrescatoare celelalte linii pâna la ultima care reprezinta coada stivei si care este numarul liniei cel mai putin utilizate. Acest algoritm foloseste principiul determinarii temporale conform caruia o linie utilizata la un moment dat nu va mai fi utilizata în viitorul apropiat. Dezavantajul acestui algoritm îl reprezinta modul defectuos de predictie al accesarilor viitoare si înlocuirea neeconomica a liniilor în acest caz.

Algoritmul Segmented LRU (SLRU) - se implementeaza o memorie cache cu un continut suplimentar în care se scriu datele ce au fost înlocuite; memoria cache SLRU este împartita în doua segmente:

segmentul de proba, care este segmentul principal în care sunt înscrise datele; segmentul de protectie care reprezinta directorul secundar pentru liniile ce au fost

înlocuite de algoritm.

Liniile în fiecare segment sunt ordonate de la cea mai recent utilizata la cea mai putin utilizata; în memorie liniile sunt în acelasi segment fizic, diferenta fiind data de un bit atasat ce determina segmentul careia apartine. Algoritmul SLRU protejeaza datele ce vor fi accesate de mai multe ori introducându-le în segmentul de protectie daca apare un semnal de hit, înlocuindu-le pe cele cu unica folosinta.

Exemple de implementare a tehnologiilor RAID

Un prim exemplu elocvent de implementare a tehnologiei RAID îl reprezinta subsistemele RAID RM-50FC si DS-50FC de la firma AC&NC. Ele sunt folosite pentru stocari de date, utilizate cu precadere în retelele LAN, acolo unde sunt necesare capacitati mari de stocare a datelor. Cel mai nou produs, RM-50FC, este un sistem de stocare de date full Fiber Channel ce ofera o înalta perormanta si cea mai mare siguranta în stocarea datelor.

Controllerele RAID ale acestui subsistem suporta tehnologiile RAID 0, 1, 3, 4 si 5; are prevazut un disc global de rezerva, posibilitatea de reconstructie automata a datelor precum si 512 MB de memorie cache de date. Fiecare subsistem RM-50FC poate suporta pâna la 110 unitati de disc.

Page 37: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 14. Subsistem RM-50FC

Capacitatea discurilor poate fi: 18GB (10.000 rpm), 36GB (10.000 rpm) or 73GB (10.000 rpm), putându-se ajunge astfel la o capacitate maxima de 8.03 TB.

Specificatii tehnice: Arhitectura RAID: CPU AMD K6 300MHz, cu o cale de date de 533 MB/sec, DMA, pe 64

de biti; Interfata magistralei de disc: patru Fiber Channel de 100 MB/sec; Numarul de unitati de disc pe canal: maxim 55 de unitati; Memorie cache: 512 MB; Sisteme de operare suportate: Windows NT, Windows 2000 si MSCS (Microsoft Cluster

Server), SCO Unix, SunOS/Solaris, IBM AIX, MAC OS, Linux, Novell, OS/2, DOS precum si multe altele;

Marime, greutate: 48 cm latime, 48 cm lungime, 18 cm înaltime, 19 kg fara unitatile de disc;

Un alt exemplu de implementare a tehnologiei RAID este JetStor II-FC, a carui matrice RAID este bazata pe noile controllere RAID cu cinci canale LVD / FC Ultra2 SCSI 64-bit. Acesta ofera o performanta excelenta datorita folosirii interfetei de disc Ultra2 SCSI, a interfetei Fiber Channel de 100MB/sec si este independent de un sistem de vreun sistem de operare. O performanta mai buna poate aduce un beneficiu performantei sistemului I/O în general, particularizând pentru tranferurile unor blocuri mari de date.

Fiecare unitate JetStor II-FC RAID poate suporta pâna la opt unitati de disc de 3.5", care pot fi amplasate în locatii speciale.

Costurile scazute de implementare si depanare sunt asigurate de design-ul cableless oferit de JetStor II-FC, de doua surse de energie redundante, de sase ventilatoare si, bineînteles, de controlerul RAID. JetStor II-FC este realizat în doua variante: tower desktop si rackmount .

Page 38: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 15. JetStor II-FC: tower desktop si rackmount

Capacitatea discurilor poate fi: 9.1GB (7.200 / 10.000 rpm), 18GB (7.200 / 10.000 / 15.000 rpm), 36GB (7.200 / 10.000 rpm), 73GB (10.000 rpm), and 180GB (7.200 rpm). Capacitatea totala este de 1440 GB, folosind discuri cu capacitatea maxima de 180GB.

Controllerele RAID suporta tehologiile RAID 0, 1, 3 si 5; are prevazut un disc global de rezerva, posibilitatea de reconstructie automata a datelor, precum si pâna la 128 MB de memorie cache de date SO-DIMM SDRAM.

Specificatii tehnice: Arhitectura RAID: CPU 66 MHz RISC pe 64 de biti, cu 264 MB/sec, calea de date DMA

pe 64 de biti; Memoria cache: pâna la 128 MB într-un singur slot de 144 de pini SO-DIMM SDRAM; Sisteme de operare suportate: Windows NT, Windows 2000 si MSCS (Microsoft Cluster

Server), SCO Unix, SunOS/Solaris, IBM AIX, MAC OS, Linux, Novell, OS/2 precum si multe altele;

Marime, greutate: 48 cm lungime, 30 cm latime, 22 cm înaltime, 12.2 kg fara unitatile de disc.

RAID 5-3

RAID 5-3 este o varianta hibrida între RAID 0, 1, 3 si 5. Se mai numeste "Parallel Array with Parity, Mirrored". Are doua niveluri. În nivelul de jos exista o zona de date în paralel, cu disc de paritate, ca la RAID-3. În nivelul de sus, RAID-3 este vazut ca disc virtual (RAID-0), la care se aplica "mirroring" (RAID-1). Prezinta performante ridicate la operatiile de scriere/citire, dar fiabilitatea este mai slaba. În reconstructia datelor se obtin performante asemanatoare cu RAID-5. Are redundanta R = 25%.

Page 39: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 16. RAID 5-3 - Rate mari de I/O si transfer performant de date

Avantaje

1. Are aceeasi tolerantã a erorii ca si RAID 3, dar si acelasi control al erorilor.

2. Ratele de transfer foarte mari sunt obtinute datoritã segmentelor de suprafatã RAID 3.

3. Ratele mari de I/O pentru cereri mici sunt obtinute cu ajutorul divizãrii RAID 0.

4. Este o solutie excelentã pentru site-urile care ar fi mers si cu RAID 3, dar care necesitã un surplus de performantã.

Dezavantaje

1. Foarte costisitor ca implementare.

2. Rotatia tuturor discurilor trebuie sã fie sincronizatã, ceea ce limiteazã alegerea discurilor.

3. Divizarea octetilor duce la o utilizare proastã a capacitãtii formatate.

Comparatie între nivelele RAID

Nivelul RAID

Numar minim

de harddisk-

uri

Descriere Puncte forte Puncte slabe

RAID 0 2Data striping

fararedundanta

Cele mai bune performante de transfer

Lipseste protectia datelor:daca un harddisk

sedefecteaza, toate datele

sunt pierdute

RAID 1 2 Disk mirroring Performante bune; protectie a datelor

Costuri suplimentare datorita redundantei

Page 40: ECHIPAMENTE PERIFERICE

foarte buna; penalizari minime in ceea ce priveste

performanta de scriere

ridicate; pentru ca toate datele sunt duplicate

este nevoie de o capacitate dubla de

stocare

RAID 2Neutilizat in

mediiLAN

Nu are utilizaripractice

Utilizat in trecut pentru corectia erorilor

RAM (cod Hamming) si in harddisk-uri inainte

de utilizarea sistemelor interne de corectie

a erorilor

Nu are aplicabilitate practica; performantelesale pot fi obtinute prin

RAID 3 la un pretmai mic

RAID 33

LAN

Data striping la nivel

de byte cu harddisk

dedicat pentruparitate

Performante excelente pentru accese

secventiale la volume mari de date

Nu este potivit pentru aplicatii de retea

orientate spre tranzactii; un singur

harddisk pentru paritate nu suporta

citiri/scrieri simultane multiple

RAID 43 (utilizat

rar)

Data striping la nivel

de bloc cu drive

dedicat pentruparitate

Data striping sprijina citirilesimultane multiple

Cererile de scriere pe disc sufera de

acceasi degradare a performantelor ca si

RAID 3 datorita harddisk-ului de paritate

unic

RAID 5 3

Data stiping la nivel

de bloc cu paritate

distribuita

Cel mai bun raport pret/performanta

in retele orientate pe tranzactii;

performante si protectie a datelor foarte

bune; suporta citiri/scrieri simultane multiple;

poate fi optimizat pentru citiri secventiale

ale unor volume mari de date

Performantele de scriere pe disc sunt

mai scazute la RAID 0 si RAID 1

RAID 0/1 4

Combinatie de RAID 0

(data striping) si

RAID 1 (mirroring)

Cele mai bune performante si protectie

a datelor (poate suporta defecte multiple

ale unitatilor de harddisk)

Costuri suplimentare din cauza redunda-

tei ridicate; pentru ca toate datele sunt

duplicate, este nevoie de o capacitate

dubla de stocare; necesita minim 4

harddisk-uri

Page 41: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Cap 4. Benzi magnetice

INTRODUCERE

Benzile magnetice sunt destinate salvarilor de siguranta - o modalitate de a va asigura ca un dezastru nu va va face sa pierdeti toate datele valoroase. De asemenea, o parete dintre sistemele standardizate de benzi magnetice pot fi folosite ca medii de schimb. Sistemele de banda magnetica exista în diferite formate, cu capacitati, viteze si modalitati diferite de folosire.

Având un sistem de salvare corespunzator, putem oricînd sa facem o copie a celor mai valoroase date pe un mediu amovibil, pe care sa îl stocam într-un loc sigur. În cazu unui dezastru avem întotdeauna o copie de pe care putem reface informatiile originale.

Conceptul este simplu, dar departe de perfectiune. Un sistem de salvare trebuie sa asigure o combinatie de caracteristici contradictorii. Mediul de salvare trebuie sa fie permanent, dar refolosibil, sigur, dar portabil, fiabil, dar ieftin, usor de folosit, dar sa fie un echipament pentru PC-uri.

Benzile au fost primele sisteme magnetice de stocare masiva folosite pentru calculatoare, înca de pe vremea calculatoarelor Univac, de marimea unei camere, si a tuburilor cu vid. Benzile magnetice s-au dovedit un înlocuitor bun puntru cartelele si benzile de hârtie perforate - sistemul primar de stocare al calculatoarelor mainframe. Ulterior, transferurile de informatii au devenit un devenit un domeniu important de utilizare a benzilor magnetice. Bazele de date puteau fi transferate cu usurinta de la un sistem la altul cu ajutorul rolelor de banda magnetica. Dupa ce discurile au preluat rolul de sistem principal de stocare, sistemele de benzi magnetice au fost adaptate ca sisteme pentru salvarile de siguranta.

În momentul intrarii în lumea calculatoarelor personale, benzile magnetice trecusera deja printr-un proces de evolutie în mediul calculatoarelor mainframe. Banda magnetica nu a fost considerata niciodata sistem de stocare primar. În lumea PC-urilor, benzile magnetice au îndeplinit încâ de la început acelasi rol pe care îl au si astazi, acela de mediu de baza pentru salvarile de siguranta. De la primele sisteme, benzile magnetice s-au dezvoltat în acelasi ritm cu discurile pentru a caror salvare sunt folosite. Pornind de la sisteme care nu puteau stoca decât 30 MB pe banda, sistemele moderne încarca mai multi gigaocteti pe casetele compacte, usor de folosit.

Mediile de stocare

Ca entitate fizica, banda magnetica este simpla si sofisticata, în acelasi timp. Modelul este foarte simplu, reprezentând un mediu perfect de stocare secventiala (o panglica lunga si subtire, pe care sunt stocate secvente de informatie). Partea sofisticata este legata de materialele folosite pentru constructie.

Banda magnetica

Banda folosita de orice sistem este formata din doua parti principale (suportul si pelicula). Suportul ofera rezistenta necesara pentru a evita ditrugerea benzii în timp ce este deplasata înainte si înapoi pe calea de transport. Progresele calitative ale materialului folosit ca suport reflecta dezvoltarea industriei materialelor plastice. Primele benzi magnetice foloseau ca suport hârtia. La scurt timp dupa aparitia echipamentelor de înregistrare comerciale, la începutul anilor

Page 42: ECHIPAMENTE PERIFERICE

1950, a fost adoptat celuloidul (acetatul de celuloza, acelasi material plastic folosit pentru filmele fotografice cu trei decenii în urma). Materialul plastic cel mai bun este poliesterul. Pentru benzile magnetice, poliesterul are calitati deosebite: flexibilitate si procent mic de întindere pentru lungimi mari ale benzii. Aceste calitatii sunt necesare pentru a rezista la rasucirile impuse de mecanismul unitatii de banda, la vitezele mari de derulare si la schimbarile bruste de directie. Grosimea tipica a stratului de suport al benzii magnetice variaza de la 0,25 mil (un mil este egal cu o miime de inch) la 1 mil, adica între 10 si 40 de microni.

Latimea stratului de suport depinde de aplicatia careia îi este destinata banda magnetica. Benzile mai late ofera un spatiu mai mare pentru stocarea datelor, dar sunt mai scumpe si, dincolo de un anumit punct, mai greu de împachetat. Benzile cele mai înguste, folosite de obicei pentru casete, masoara 0,150 inch (3,8 milimetri). Benzile cele mai late, folosite pentru calculatoare, masoara 0,5 inch (12,7 milimetri). Modul de proiectare a echipamentelor si formatul de stocare determina latimea benzii folosite.

La fel ca si stratul de suport, a evoluat si pelicula magnetica, în acelasi timp cu toate mediile magnetice. Daca, la un moment dat, benzile erau acoperite cu oxizi magnetici dopati, peliculele magnetice moderne include particule de metale pure, aplicate cu adezivi speciali, sau ciar pelicule metalice placate sub forma de vapori. Peliculele magnetice ale benzilor respecta aceleasi principii ca toate celelalte medii magnetice, benzile magnetice moderne au coercitivitati mai înalte si permit densitati de stocare mai mari.

Cartusele

La început, au fost folosite rolele. Acestea sunt simple mosoare pe care este înfasurata o banda de o anumita lungime si reprezinta cea mai simpla modalitate de transportare a benzilor. Sub aceasta forma, benzile magnetice poarta numele de rola deschisa (open reel).

Prin închiderea benzii magnetice într-un cartus, se obtine o caseta permanenta care asigura protecsia mediului magnetic delicat si simplifica încarcarea. Cartusul de baza, folosit pentru sistemele mainframe 3480/3490/3590, nu face decât sa împacheteze o rola de banda într-o carcasa de plastic si se bazeaza pe un sistem automat de dirijare a benzii. Toate sistemele de banda folosite astazi pentru PC-uri, incluzând casetele digitale, cartusele de un sfert de inch, sistemele de banda helicoidale de patru si opt milimetri, folosesc cartuse de tip caseta care contin atât rola sursa cât si rola destinatie în aceeasi carcasa. Originea acestui model poate fi urmarita pâna la casetele audio.

Dezvoltata si omologata de conglomeratul Philips, caseta audio a fost doar una dintre numeroasele încercari de depasire a problemelor create de întinderea benzilor de pe rolele deschise. Ideea originala nu a apartinut firmei Philips. O alta încercare a fost facuta anterior de RCA. Care a folosit o caseta asemanatoare, dar mai mare, a carei patrundere pe piata a esuat. Caseta compacta, asa cum a fost denumita de Philips, a vut mai mult succes, deoarece este mai usor de folosit si nu a avut aspiratii prea mari. Aceasta nu a fost proiectata ca un mediu de înalta fidelitate, dar a patruns pe aceasta piata pe masura ce dezvoltarea tehnologica a dus la îmbunatatirea mediului magnetic, cu o calitate initiala modesta. Dimensiunea si comoditatea în folosire au facut ca acestea sa devina mediul audio preferat pentru echipamentele auto si apoi mediul de înalta fidelitate preferat (chiar înainte de introducera CD-urilor, casetele au câstigat cea mai mare parte a pietei muzicale).

Mecanismul de baza al casetei nu face decât sa închida doua role transportoare într-o carcasa de plastic. Carcasa protejeaza banda magnetica, deoarece aceasta este permanent atasata la ambele role, ceeace elimina necesitatea întinderii benzii. Partile laterale ale carcasei au rolul de a mentine pozitia rolelor. Aceasta functie este întarita de doua foi subtiri de teflon, câte una de fiecare parte a rolelor de banda, care contribuie la reducerea frecarii dintre banda si

Page 43: ECHIPAMENTE PERIFERICE

carcasa de plastic. O fereastra transparenta de plastic pe ambele parti ale casetei permite sa se vada câta banda mai este pe fiecare dintre cele doua role.

Rolele din interiorul casetelor nu sunt decât simple mosoare pe care este înfâsurata banda magnetica. O mica clema de pe perimetrul rolei fixeaza un capat al benzii pe rola. În diferite puncte din interiorul casetei sunt dispuse ghidaje care asigura benzii magnetice parcurgerea unui traseu corect. Caseta include si un sistem de protectie împotriva stergerii accidentale a muzicii sau a informatiilor valoroase. În partea din spate a casetei (partea opusa celei în care intra capulde citire/scriere) se afla doua urechiuse de plastic care protejeaza doua orificii din carcasa. Un brat al mecanismului de transport încearca sa intre în aceste orificii. Daca reuseste, caseta este considerata protejata la scriere. Ruperea uneia dintre dele doua urechiuse protejeaza caseta împotriva unor stergeri accidentale. Pentru a înregistra caseta este suficient sa se acopere din nou gaurile (putem folosi benzi adezive, leucoplast etc).

Casetele audio mai recente au pe marginea din spate crestaturi suplimentare, care indica senzorilor unitatii de caseta tipul benzii din interiorul casetei. Cartusele de banda mai noi au modificat o parte dintre aspectele fizice ale casetelor audio, dar au pastrat tehnologia de baza. Toate cartusele de date au o grosime aproape uniforma si uzn fel de usita care protejeaza banda magnetica. Desi unele cartuse de banda nu folosesc mecanismul bazat pe urechiuse si orificii, toate folosesc un sistem oarecare de protectie la scriere. Multe cartuse fac aceasta operatie reversibila, folosind glisoare sau indicatoare rotative. Unele cartuse folosesc benzi de alte dimensiuni decât casetele audio standard.

Tehnologii de înregistrare pe banda

Sistemele de banda sunt deseori descrise dupa modul de operare, adica modalitatea de înregistrare a datelor pe banda. Exita cel putin patru moduri specifice de înregistrare care au patruns si în specificatiile sistemelor de banda folosite pentru calculatoare: start-stop, flux continuu, paralel si serpentina.

Modul de operare de tip start-stop

Diferenta fundamentala dintre unitatile de banda este data de modul în care acestea deplaseaza banda. Primele unitati de banda operau în modul start-stop, acestea manipulau la un moment dat un bloc de date (de la 128 de octeti la câtiva kiloocteti) si scriau pe banda fiecare bloc, pe masura ce îl receptionau. Între blocurile de date, unitatea oprea miscarea benzii si astepta receptionarea urmatorului bloc. Unitatea trebuia sa pregatesca banda pentru fiecare bloc, identificând blocurile astfel încât datele sa poata fi corect recuperate.

Modul de operare cu flux continuu

Atunci când unitatea de banda a PC-ului primeste portia de date de care are nevoie, octetii curg câtre unitate într-un flux neîntrerupt si banda se deruleaza fara oprire. Aceasta operare se numeste mod de lucru flux continuu (streaming). Unitatile de banda care folosesc aceasta tehnologie pot sa accepte date si sa le scrie pe banda cu o rata limitata numai de viteza de deplasare a mediului si de densitatea de stocare (densitatea liniara a datelor de pe banda). Pentru ca banda nu trebuie sa se opreasca între blocuri, unitatea de banda nu pirde timp. Modelul bayat pe flux continuu reduce si ea costurile, deoarece unitatea nu trebuie sa accelereze sau sa frâneze rapid banda, ceea ce permite folosirea unui mecanism cu greutate mai mica. Aproape toate unitatile de banda pentru PC-uri pot sa scrie în prezent flixuri de date pe banda.

Page 44: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Modul de înregistrare paralela

Asa cum unitatile de disc împart suprafeta discului în piste paralele, unitatile de banda împart latimea benzii magnetice în mai multe piste. Numarul de piste variaza în functie de tipul unitatii si de standardul folosit. Primele sisteme de banda magnetica folosite pentru calculatoare înregistrau noua piste de date separatr. Prima dintre aceste masini folosea înregistrarea paralela, prin care înregistra fiecare octet pe întreaga latime a benzii, cu un bit pe fiecare pista si un bit de paritate. O banda putea fi folosita pentru o singura trecere peste capul de citire/scriere, dupa care trebuia sa fie derulata înapoi. Sistemele de banda mai noi au dezvoltat acest model, înregistrând pe latimea benzii 18 sau 36 de piste, corespunzatoare unui cuvânt sau unui cuvânt dublu, scrise în paralel.

Înregistrarea paralela permite o rata de transfer pentru o anumita banda, deoarece la un moment dat sunt scrisi mau multi biti, dar citirea datelor consuma foarte mult timp (pentru cautarea unui anumit octet poate sa fie necesara derularea întregii benzi). În plus, capetele de citire/scriere si circuitele electronice asociate sunt, inevitabil, complicate. Capul de citire/scriere trebuie sa aiba un spatiu si un pol pentru fiecare pista. Pentru pregatirea semanlelor destinate fiecarei piste, unitatea de banda trebuie sa foloseasca un amplificator separat. De aici rezulta si un pret mai mare pentru unitatile care folosesc înregistrarea paralela.

Modul de înregistrare în serpentina

Majoritatea sistemelor de banda pentru PC-uri folosesc înregistrarea pe mai multe piste, dar acestea nu sunt scrise în paralel. Datele primite sunt convertite într-o forma si apoi scrise pe banda. Înregistrarea seriala pe mai multe piste are ca rezultat o metoda de înregistrare numita înregistrare în serpentina. Unitatile de banda care folosesc cartuse în serpentina scriu bitii de date pe banda secvential, într-o directie, pe o pista, pe toata lungimea benzii. Atunci când unitatea ajunge la capatul benzii, sensul de miscare se schimba si capul de citire/scriere se deplaseaza pe urmatoarea pista. Procesul se repeta la fiecare capat al benzii, pâna la terminarea pistelor. Figura de mai jos prezinta organizarea pistelor pe o banda care foloseste înregistrarea în serpentina.

Fig.1. Organizarea unei benzi cu patru piste pentru înregistrarea în serpentina.

Un sistem de banda cu înregistrare în serpentina poate citi destul de rapid datele prin deplasarea capului de pe o pista pe alta, deoarece trebuie sa parcurga doar o parte a benzii ca sa gaseasca datele cerute. În plus, pentru acest tip de înregistrare este nevoie de un singur canal de scriere si de un singur pol pentru capul de citire/scriere, ceea ce scade pretul unitatii de banda. Sistemele moderne cu înregistrare în serpentina pot folosi mai mult de 50 de piste pe latimea benzii.

Page 45: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Modul de înregistrare elicoidala

Principiul de baza al tuturor sistemelor de banda precedente este deplasarea benzii peste un cap de citire/scriere stationar. Viteza de deplasare a benzii, împreuna cu densitatea de stocare a datelor pe banda, determina viteza cu care pot fi scrise sau citite datele pe banda, asa cum densitatea datelor si viteza de rotatie determina rata de transfer a datelor în cazul discurilor. Prin 1950, rata de transfer a devenit o problema atunci când s-a încercat stocarea pe banda magnetica obisnuita a filmelor de televiziune. Era necesara o rata de transfer de ordinul megaoctetilor, în timp ce majoritatea sistemelor de banda se opreau la nivelul kilooctesilor. Ideea inspirata care a facut posibila înregistrarea video a fost punerea în miscare a capului, simultan cu miscarea benzii, astfel încât viteza relativa sa creasca. Evident, capul nu se poate misca paralel cu banda. Primele aparate video deplasau capul aproape perpendicular pe directia de miscare a benzii. Dupa câteva decenii de dezvoltare, s-a dovedit ca înclinarea capului la un mic unghi fata de banda, satfel încât acesta sa parcurga pe banda o sectiune a unui traseu elicoidal, este cea mai practica solutie. Procesul rezultat a fost numit înregistrare cu scanare elicoidala. Exemple de sisteme cu scanare elicoidala: benzile de opt milimetri si benzile DAT (Digital Audio Tape).

În sistemele de înregistrare cu scanare elicoidala, capetele rotative sunt montate pe un tambur. Banda magnetica înconjoara tamburul în afara cartusului protector. Doua brate ale mecanismului trag banda în afara cartusului si o înfasoara pe jumatate în jurul tamburului (în unele sisteme banda banda este înfasurata aproape în întregime în jurul tamburului). Pentru ca traseul capului sa fie înclinat pe banda, tamburul este monatat sub un anumit unghi, care masoara aproximativ cinci grade în cazul benzilor de opt milimetri si aproximativ sase grade în cazul benzilor DAT. Ca rezultat, benzile elicoidale au mai multe piste paralele, dispuse oblic pe latimea benzii, în loc sa fie paralele cu marginile acesteia. Aceste piste sunt foarte fine, unele sisteme elicoidale înregistreaza aproape 2000 piste pe inch. În majoritatea sistemelor elicoidale, pistele diagonale sunt însotite de una sau mai multe piste audio.

Înregistrarea cu scanare elicoidala poate sa foloseasca înreaga suprafata a benzii. Sistemele de înregistrare cu capete stationare trebuie sa lase spatii libere (zone de siguranta) între pistele care contin date. Sistemele elicoidale pot suprapune pistele si chiar fac acest lucru. Desi în cazul benzilor de opt milimetri se folosesc zone de siguranta, benzile DAT permit suprapunerea marginilor la scrierea pistelor. Aceasta metoda de suprapunere functioneaza, deoarece tamburul rotativ are, de fapt, doua (sau mai multe) capete de citire/scrier, iar fiecare dintre acestea scrie datele cu o alta relatie unghiulara (numita azimut) fata de pistele de pe banda.

La citirea datelor, capul de citire raspunde puternic la datele scrise cu acelasi azimut cu al sau, dar slab la datele cu un azimut diferit. În sistemele DAT, un cap este înclinat cu 20 de grade înainte fata de perpendiculara pe piste, iar al doilea cap este înclinat înapoi cu acelasi unghi.

4.1 Sistemul DAT

Înregistrarile digitale pe banda magnetica se împart în doua categorii: cu cap stationar (stationary head) si cu cap rotativ (rotary head).

Rata mare de bit ceruta de înregistrarile digitale audio poate fi obtinuta în doua feluri: capul de redare sa fie mentinut fix iar banda sa fie transportata rapid, sau banda poate sa ruleze cu o viteza relativ mica iar capul sa fie miscat (învartit). Ultima varianta este principiul de functionare al RDAT. În sistemul de citire elicoidala a benzii, banda este înfasurata pe un tambur astfel încât ea intra si iese în si din contact cu capul în plane diferite. Aceasta provoaca înregistrarea de catre cap a unor piste lungi, înclinate, cu distanta între ele determinata de viteza liniara a benzii. Distanta între piste poate fi facuta mult mai mica decât în cazul recorder-elor cu cap stationar.

Page 46: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Adaptoare PCM (Pulse Code Modulation)

În esantionarea digitala, datele sunt codate pentru a forma (simula) un semnal video care este cunoscut sub numele de pseudo-video sau semnal compus care poate fi înregistrat corect pe un videorecorder obisnuit. Dispozitivul care formeaza un astfel de semnal se numeste adaptor PCM:

Fig. 1. Schema bloc a adaptorului PCM

O linie tipica de semnal pseudo-video este aratata în figura 2:

Fig. 2. Linie tipica de semnal video pentru PCM 1610

Page 47: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Cum videorecorderul este proiectat sa comute capetele în timpul cursei inverse verticale, în aceste locuri nu sunt înregistrate esantioane. În RDAT-uri sunt utilizate câteva tipuri de compresie în timp a semnalului pentru a restrânge esantioanele în parti active de linii neblancate. Aceasta se face simplu citind esantioanele dintr-o memorie la o rata de bit mai mare decât rata de esantionare, astfel încât, împreuna cu pulsurile de sincronizare, media ratei obtinute sa fie aceeasi cu rata esantionarii. Esantioanele citite din memorie trebuie serializate si astfel fiecare bit este transmis pe rând.

Se utilizeaza o tehnica puternica de întretesere pentru a combate caderile benzii magnetice. Spre exemplu PCM-160 (Sony) divide fiecare câmp video în 7 blocuri a câte 35 linii fiecare si întretese esantioanele din blocuri utilizand o schema simpla de corectie de erori încrucisata.

Pentru consumatori, PCM-urile înregistreaza stereo cu cuantizare liniara pe 14 biti. Aceste unitati pot fi folosite cu VCR-uri domestice. Exista doua formate incompatibile. Unul utilizeaza o frecventa de esantionare de 44.0559 kHz în conjunctie cu 525 linii / 59.94 Hz, NTSC timming, iar celalalt utilizeaza o frecventa de esantionare de 44.1 kHz cu 625 linii / 50 Hz, PAL timming. Ca o complicatie ulterioara, Sony a creat o varianta ce permite o cuantizare liniara pe 16 biti.

RDAT (Rotary-head Digital Audio Tape)

RDAT a fost primul aparat de înregistrare audio digitala destinat consumatorilor. Proiectat special pentru acest scop, consumul de banda magnetica a putut fi facut mult mai mic decât la un aparat video convertit. De altfel, RDAT a realizat cea mai mare densitate de informatie pe unitatea de suprafata de banda magnetica la acea vreme. Originea RDAT s-a dezvoltat diferit si procesul de standardizare a implicat 80 de companii.

Caseta de RDAT are dimensiunile de 73mm x 54mm x 10.5mm si este cu putin mai mica decât o caseta compacta audio analogica. Design-ul casetei încorporeaza câteva îmbunatatiri fata de stramosul ei analogic. Astfel partea prin care au acces capetele este închisa de o usita, iar gaurile pentru axele rolelor sunt acoperite de un dispozitiv care aluneca peste ele, care de altfel blocheaza si usita când caseta nu este în aparat. Închiderea usitei asigura si blocarea rolelor. Rezulta o caseta care este bine sigilata împotriva "contaminarii" în timpul transportului sau depozitarii. Caseta are gauri de recunoastere în 4 locuri diferite, astfel încât playerul poate sa determine automat tipul casetei care a fost introdusa. În plus exista si un mecanism de protectie la stergere. O oarecare libertate exista în proiectarea senzorului de sfarsit de banda. Acesta este optic, caseta incluzând o prisma opticâ si fante prin care circula lumina.

Banda are o latime de 3.81 mm si este dintr-o pulbere metalica de înalta coercitivitate (tipic 1480 Oersted). Latimea este aceeasi ca si la caseta compacta analogica. Când caseta este plasata în transportor, dispozitivul alunecator este împins înapoi. Acesta elibereaza sistemul de blocare al usitei. Continuându-se miscarea casetei, se elibereaza gaurile pentru axele rolelor. Caseta este încarcata pe axele învartitoare si pe ghidajele de banda, iar usita este complet deschisa pentru a avea acces la banda. Dezvoltarea tehnicilor de compresie în timp a permis comprimarea esantioanelor în pachete într-o înregistrare intermitenta, întrerupta de lungi pauze. Pe timpul pauzelor, capul de redare nu este necesar sa fie în contact cu banda si astfel unghiul de înfasurare al benzii pe tambur poate fi redus, lucru ce usureaza încarcarea benzii pe cap. La RDAT unghiul de înfasurare al benzii pe cap este de numai 90°, la o dimensiune comuna a tamburului. Cum capetele sunt la 180°, înseamna ca pe doua sferturi din rotatie nici unul din capete nu se afla pe banda. Când caseta este încarcata, rola presoare si alti câtiva pini de ghidare trec în spatele benzii. Prin simpla miscare a cabestanului si a tamburului spre caseta, încarcarea benzii pe capete este gata. Un alt avantaj al unghiului mic de înfasurare este ca se reduc frecarile între banda si tambur, ceea ce permite o economie de energie (în aplicatiile portabile) si permite benzii sa fie deplasata cu viteza mare fara sa fie slabita presiunea pe tambur

Page 48: ECHIPAMENTE PERIFERICE

ca la video casete. Astfel, playerul poate citi subcodurile în timpul derularii, facilitând un acces rapid la piesele muzicale.

Fig. 3. Piste la RDAT

Modelul pistelor pe banda este aratat în figura 3. Tamburul cu capete se roteste cu o viteza de 2000 rpm în aceeasi directie cu directia de deplasare a benzii; dar fiindca axa de rotatie a tamburului este înclinata, rezulta piste diagonale de 23.5 mm înclinate la un unghi de aproximativ 6°. Din cauza azimutarii diferite a celor doua capete (±20°), nu mai este nevoie de spatiu de garda între pistele vecine. Aceasta alegere de ±20° reduce diafonia, si în acelasi timp zgomotul, cu o pierdere de numai 1 dB, având în vedere aparenta reducere a vitezei de scriere. În plus fata de pistele diagonale exista doua piste liniare, una sus si alta jos, care le protejaza pe cele dintâi de defectele marginilor benzii. Având în vedere ca viteza de miscare liniara a benzii este foarte mica, utilizarile acestor piste sunt oarecum limitate.

Specificatii RDAT

Cele mai folosite frecvente de esantionare sunt 48 kHz sau 44.1 kHz cu 16 biti în complement fata de 2 la cuantizare, la o viteza liniara a benzii de 8.15mm/sec. Casetele standard ofera 120 de minute de timp de redare neîntrerupt. Pentru aparatele destinate spre larg consum si casetele preînregistrate se prefera frecventa de 44.1 kHz care asigura acelasi software ca la CD. De aceea acum aparatele încorporeaza un SCMS (Serial Copying Management System).

Gaura 1 Gaura 2 Gaura 3 Semnificatie

0 0 0 Banda din pulberi metalice sau echivalenta / 13 m m grosime

0 1 0 ---“----“----“----“ banda; subtire

Page 49: ECHIPAMENTE PERIFERICE

0 0 1 1.5 TP / 13 m m grosime

0 1 1 1.5 TP / 13 m m grosime

1 X X Rezervat

Gaura 4 Semnificatie

0 Banda nepreînregistrata (goala initial)

1 Banda preînregistrata

1 - gaura prezenta; 0 - gaura astupata

Benzile copiate prin contact ruleaza cu o viteza de 12.225 mm/s, rezultând un timp de redare de 80 minute. Exista mai multe optiuni: Optiunea 1 este identica cu modul de esantionare la 48 kHz, numai ca esantionarea se face la 32 kHz. Optiunea 2 este un tip de redare extra-long-play. Frecventa de esantionare este de 32 kHz, iar cuantizarea este neliniara pe 12 biti în complement fata de 2. Viteza benzii si a tamburului sunt înjumatatite pentru a da un timp de redare continua de 4 ore. Ambele optiuni sunt stereo, dar optiunea 3 utilizeaza parametrii optiunii 2 pentru 4 canale audio. Aceasta dubleaza rata de bit de la optiunea 2, astfel încât viteza benzii este de 8.15 mm/s.

Schema bloc RDAT:

Page 50: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 4. Schema bloc a RDAT

Pentru înregistrare, semnalul analogic este aplicat unui convertor analog-digital. Esantioanele sunt subiectul unei întreteseri pentru a reduce efectul erorilor. Memoria este citita la o rata de bit mai mare pentru a realiza compresia în timp. Octetii aditionali redundanti calculati din esantioane sunt adaugati fluxului de date pentru a permite corectia erorii. Este adaugata si informatia de subcod. Se foloseste codarea (8,10), care este lipsita de componenta continua. Semnalul este aplicat capetelor printr-un transformator rotativ. La redare semnalul citit este decodat (10,8) si este separat de semnalul de ceas. Subcodurile (informatii diverse) sunt separate, iar esantioanele audio sunt deintretesute într-o memorie si expandate în timp în functie si de viteza relativa cap-banda pentru a corecta aceste fluctuatii. Corectia erorilor este facuta partial înainte de întretesere si partial dupa. Esantioanele corectate sunt aplicate unui convertor digital-analogic. Sistemul de urmarire automata a pistelor analizeaza semnalul provenit de la cap si comanda motoarele de antrenare a benzii si a tamburului.

Page 51: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Urmarirea pistei in RDAT

Benzile tip metal cu semnal mare de iesire permit la un raport semnal-zgomot adecvat obtinerea unor piste foarte înguste pe banda. Astfel, pentru controlul pistelor la videorecorder-e se foloseste pista liniara de control care contine câte un puls pentru fiecare pista diagonala. Faza pulsurilor citite de capul fix sunt comparate cu faza pulsurilor citite de tambur si erorile sunt folosite pentru a conduce motorul cabestanului. Acest principiu este bun pentru piste lungi (cum sunt la videorecorder-ele analogice). În RDAT urmarirea pistelor se face citind un aliniament special de pe însesi pistele benzii si utilizând aceasta informatie pentru a controla cabestanul. Tehnica folosita se numeste ATF (Area-Divided Track Following):

Fig. 5. Urmarirea pistelor la RDAT

Pistele de pe fiecare parte a unei piste normale au înregistrate un semnal de burst ce contine un ton de 130 kHz care este înregistrat în doua locuri diferite. Frecventa fiind scazuta, nu este afectata de azimut. Daca capul iese de pe pista din anumite motive, amplitudinea semnalului pilot de pe pista adiacenta va creste, iar cealalta va scadea. Eroarea de pista este obtinuta prin esantionarea amplitudinii burst-ului si memorarea valorii pentru a fi comparate cele doua amplitudini relative. Exista posibilitatea de redare fara urmarirea pistei. Tamburul se roteste cu aproximativ dublul vitezei normale, iar cabestanul continua sa se roteasca cu viteza normala. Capul rotativ încruciseaza pistele aleator, dar, din cauza vitezei crescute virtual, fiecare bloc de sincronizare este recuperat, multe dintre ele chiar de doua ori.

Page 52: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Recorder-e cu cap stationar (SDAT)

Recorder-ele profesionale cu cap stationar sunt proiectate special pentru productia si prelucrarea înregistrarilor si ofera toate avantajele unor piste multiple analogice. Când a fost dezvoltata prima masina de înregistrare cu capete stationare, functiile necesare erau: control independent pe fiecare pista la înregistrare cât si la redare, înregistrare sincrona, editare punch-in/punch-out, editare prin taieri de banda, redare cu viteza variabila, largimi de banda si viteze ale benzii variabile, monitorizare de pe banda în timpul înregistrarii, facilitati de sincronizare a câtorva masini între ele.

Formatul DASH (Digital Audio Stationary Head)

Cu tehnologia capetelor de ferita a fost posibila obtinerea a 24 piste pe jumatate din latimea benzii. Pistele analogice sunt plasate la margine si ele sunt ca o protectie pentru pistele digitale, protejându-le de defectele marginilor. Pistele de control si de coduri de timp sunt plasate în centrul benzii, unde sufera cele mai putine stricaciuni. Spatiul dintre piste este îmbunatatit punând bobinele pe parti alternative ale întrefierului. Circuitele magnetice închise partial au o inductanta mutuala considerabila si sufera de diafonie. Aceasta poate fi compensata prin înregistrarea câtorva piste alaturate împreuna, conectând în antifaza legaturile la amplificator. Utilizând capete în tehnica "film subtire", circuitul magnetic si bobinele sunt realizate prin depunere pe substrat la un unghi adecvat fata de banda si ele pot fi facute la fel de mici ca si distanta între piste. Asa numita versiune de dubla densitate, cunoscuta ca DASH II, utilizeaza aceste capete "film subtire" (thin film) pentru a obtine 48 de piste pe jumatate din latimea benzii. Masinile DASH II pot citi înregistrarile facute cu DASH I pe 24 piste. Formatul DASH suporta 3 frecvente de esantionare si viteza benzii este normalizata la 30 inch/sec la rata cea mai mare. Cele 3 rate sunt 32 kHz, 44.1 kHz si 48 kHz. Cele mai multe recorder-e cu cap stationar vor înregistra la o frecventa de esantionare rezonabila numai alimentându-le de la o referinta externa sau cuvinte de sincronizare la o frecventa apropiata.

Page 53: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 6. Schema bloc a unui SDAT

Controlul pistelor la DASH

Acest control are o structura bloc separata, unde fiecare înregistrare este referita la un sector, termen împrumutat de la tehnologia discurilor. Lungimea unui sector este egala cu 4 blocuri de date dintr-o pista digitala. Fiecare bloc contine 12 esantioane audio. Un sector corespunde la 48 esantioane de-a lungul pistei, ceea ce înseamna ca la 48 kHz frecventa de esantionare sectorul dureaza 1ms. Sectorul contine si 28 biti de adresa de sector care sunt folositi de autolocatorul absolut si pentru sincronizarea între masini similare.

Controlul pistei trebuie sa fie capabil sa citeasca într-un domeniu larg de viteze ale benzii si de aceea utilizeaza o densitate scazuta si un cod de canal FM simplu. Pentru a ajuta operatiile cu viteza variabila, un bloc de sincronizare precede fiecare sector de date. La sfarsitul sectorului, un cod CRC detecteaza daca bitii de stare sau de adresa ai sectorului au fost corupti. În mod normal, adresele sunt incrementate. Când o adresa este citita eronat, se adauga un "1" la adresa precedenta. Daca banda a fost taiata, are loc un salt. Unele DASH-uri controleaza viteza

Page 54: ECHIPAMENTE PERIFERICE

cabestanului la redare, examinând întarzierea medie în corectoarele bazei de timp, ceea ce înseamna ca blocul de control al pistelor nu este necesar la redare normala în acest caz. Existenta acestui bloc este necesara fiindca el da adresele sectoarelor necesare în autolocatarea absoluta si în sincronizare.

DCC (Digital Compact Cassette)

DCC-ul este un format cu cap stationar al carei transportor de banda este proiectat sa redea si casetele analogice compacte existente, peste facilitatea înregistrarii si redarii digitale. Pentru a asigura aceasta compatibilitate, DCC-ul foloseste o banda la fel de lata ca si cea de la caseta analogica (3.81 mm) si o ruleaza cu aceeasi viteza (4.76 cm/s). Se pastreaza principiul redarii pe o fata într-o directie si pe cealalta fata în directie opusa. Caseta DCC are dimensiuni similare cu caseta compacta, asa încât amândoua pot fi încarcate în acelasi transportor. Caseta DCC se deosebeste foarte mult din punct de vedere constructiv de cea analogica. Nu poate fi încarcata decât pe o singura parte pentru ca are gaurile pentru axele rolelor pe o singura fata. Umflaturile pentru accesul capetelor au disparut, ceea ce o face sa ocupe putin spatiu la depozitare. Fereastra transparenta a disparut de asemenea, asa ca banda care a ramas pâna la sfârsitul casetei este afisata pe display-ul aparatului. Cum caseta nu poate fi întoarsa, transportorul are proprietatea de a rula în ambele sensuri. Rezulta ca formatul DCC este autoreverse. Exista gauri de identificare a timpului de redare:

 

Gaura 45 60 75 90 105 120

3 * * * * * *

4     *   * *

5            

Deschiderile pentru axele rolelor, cabestan si capete sunt acoperite de capace plate de metal care se deschid automat când caseta este încarcata. Aceste capace actioneaza si frânele când caseta nu este utilizata. DCC utilizeaza pentru reducerea datelor codarea PASC (Precision Adaptive Sub-band Coding - Philips), care foloseste o rata de date de un sfert din rata PCM initiala. Aceasta permite ca benzile conventionale de crom sa fie folosite la o minima lungime de unda de aproximativ 1mm, în schimbul unei înalte coercitivitati pe care benzile normale o cer pentru înregistrarea lungimilor de unda foarte mici. Un avantaj al pistelor longitudinale este ca benzile pot fi copiate la viteza mare. Chiar folosind o reducere a datelor, singura cale de a acomoda rata de bit necesara este folosirea mai multor piste în paralel:

Page 55: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 7. Pistele la DCC

Capul are 8 piste paralele plus o pista de subcoduri, iar pe partea cealalta are doua piste analogice. La capatul benzii capul sufera o rotatie de 180° pe un ax perpendicular pe banda si reda pistele în celalalt sens. Rata înregistrata pe fiecare pista este de numai 96 Kbiti/s ceea ce reprezinta 1/16 din rata unei masini PCM care înregistreaza un singur canal audio. Viteza benzii este foarte scazuta în comparatie cu alte standarde pentru cap stationar. Se folosesc capete magnetorezistive pentru ca ele nu au o actiune derivata si semnalul este independent de viteza.

Capul magnetorezistiv utilizeaza un element a carei rezistenta electrica se modifica în functie de fluxul magnetic al benzii. Capetele magnetorezistive nu pot înregistra, de aceea sunt folosite alte capete pentru înregistrare. Exista 9 capete inductive pentru înregistrare distantate la 185mm si cu grosimea de 195mm. La redare sunt folosite capetele magnetorezistive cu grosimea de 70mm. Motivele acestor deosebiri de largime a pistelor de la inregistrare la redare sunt:

1. redarea nu este afectata de aliniamentul lateral eronat ±57mm, asigurând compatibilitatea între aparate;

2. pierderile cauzate de azimut incorect sunt invers proportionale cu latimea pistei si o pista de redare mai mica este astfel mai putin sensibila la reglajul azimutului. Cele 20 de întrefieruri (capete) nu pot fi facute economic prin tehnici conventionale, asa ca se utilizeaza tehnologia "film subtire". Ghidurile de banda sunt o combinatie între ghiduri aflate pe cap si pini existenti în caseta. Schema bloc a unui DCC este aratata în figura 8:

Page 56: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 8. Schema bloc DCC

DCC suporta frecvente de esantionare de 48 kHz, 44.1 kHz si 32 kHz, oferind benzi audio de 22 kHz, 20 kHz si respectiv 14.5 kHz cu o gama dinamica de 18 biti. DCC foloseste coduri Reed-Solomon cu bloc complet de întretesere. Un frame contine 8192 bytes de date PASC, 128 bytes de date auxiliare si aproximativ 40% redundanta. Fiecare frame este divizat logic in 16 "coduri produs" (product codes), care au o structura tridimensonala. Pista numarul 8 este folosita pentru date auxiliare. Ea este protejata mai bine împotriva erorilor. În compensare, rata de date este redusa de 8 ori fata de rata pistelor audio digitale. Astfel, în fiecare frame sunt numai 4 blocuri de sincronizare fata de 32 blocuri de sincronizare de pe pistele audio. Un cod Reed-Solomon unidimensional protejaza datele auxiliare.

4.2. Sistemul QIC

În încercarea de a reduce haosul de pe piata cartuselor de banda mai multi producatori (DEI, Archive, Cipher Data si Tandberg) s-au întâlnit la Conferinta Nationala pentru Calculatoare (National Computer Conference) din Houston. În 1982. Acestia au hotarât formarea unui comitet pentru dezvoltarea unui comitet pentru dezvoltarea unor standarde în vederea introducerii unei clase uniforme de produse. Organizatia a fost denumita Working Group for Quarter-inch Cartridge Drive Compatibility (Grupul de lucru pentru compatibilitatea unitatilor de banda pentru cartuse de un sfert de inch) si a devenit cunoscuta sub numele prescurtat "Comitetul QIC".

Page 57: ECHIPAMENTE PERIFERICE

În noiembrie 1987, numele oficial al organizatiei a devenit Quarter-inch Cartridge Standards, Inc. Comitetul QIC a fost format, în principal , din producatori care nu vindeau direct pe piata calculatoarelor personale si s-a ocupat initial de standardizarea fizica. Dezvoltarea formatelor de date a fost lasata în seama integratorilor de sisteme. În timp, comitetul s-a transformat într-o asociatie profesionala si a recunoscut necesitatea standardizarii formatelor. Organizatia a promulgat standarde pentru toate aplicatiile benzilor magnetice. Tabelul de mai jos prezinta unele standarde adoptate de comitetul QIC pentru cartusele de date.

Tabelul 1 - Standarde QIC pentru cartusele de date de tip DC6000

StandardCapacitate

nativaNumar de

pisteBiti pe inch

Viteza benzii (inch pe secunda)

Coercivitatea benzii(Oe)

QIC-24-DC60 MB

9 8000 90 550

QIC-120-DC

125 MB 15 10000 90 550

QIC-150-DC

150/250 MB 18 10000 90 550

QIC-525-DC

320/525 MB 26 16000 90/120 550

QIC-1000-DC

1,2 GB 30 36000 53,3/80 550

QIC-1350-DC

1,6 GB 30 51667 90/120 900

QIC-2GB-DC

2,5 GB 42 40640 70,9 900

QIC-2100-DC

2,6 GB 30 67773 91,5/120 900

QIC-4GB-DC

4 GB 45 50800   900

QIC-5GB-DC

5 GB 44 96000 90 900

QIC-5010-DC

13 GB 144 67773 30/60/120 900

QIC-5210-DC

25 GB 144 76200    

QIC-6000C 6 GB 96 50800    

Primul standard dezvoltat de comitetul QIC pentru un produs comercial a fost QIC-24, o versiune cu noua piste a unitatii de banda DC300. Standardul a fost aprobat oficial în aprilie 1983 si primele produse comerciale au aparut pe piata un an mai târziu. QIC-24 ofera o capacitate de 60 MB, cu o densitate de 8000 de biti pe inch. Folosind tehnica de înregistrare în serpentina pista cu pista, cu o viteza de deplasare a benzii de 90 de inch pe secunda, sistemul atinge o rata de transfer de 720 de kilobiti pe secunda, prin interfata QIC-02.

Page 58: ECHIPAMENTE PERIFERICE

De atunci, istoria cartuselor de date a înregistrat o crestere continua a capacitatii, obtinuta prin cresterea densitatii de stocare. Noile standarde maresc numarul de biti pe inch, lungimea benzii si numarul pistelor de date. Prin cresterea densitatii datelor la 10000 de biti pe inch si înregistrarea unui numar de 15 piste pe latime de un sfert de inch a benzii, standardul QIC-120-DC dubleaza capacitatea cartuselor, ajungând la 125 MB. Unitatile de banda QIC-120-DC pot citi (dar nu si înregistra) cartusele QIC-24-DC. Se mareste densitatea de stocare, si de asemenea creste si rata bruta de transfer a datelor la 900 de kilobiti pe secunda.

Un nou standard adoptat a fost QIC-150-DC. O usoara modificare a geometriei si cresterea lungimii benzii au dublat din nou capacitatea de stocare. Unitatile de banda QIC-150-DC înregistreaza 18 piste pe latime, pastrând densitatea de 10000 de biti pe inch a unitatilor QIC-125-DC. Folosind benzi mai scurte (DC6150), noul standard ofera o capacitate de 150 de MB pentru un cartus. Cu benzile mai lungi (DC6250), acelasi format ajunge la o capacitate de 250 MB. Unitatile QIC-150-DC pot citi, dar nu pot scrie benzile care respecta cele doua standarde QIC anterioare.

Urmatoarea crestere de capacitate a fost realizata odata cu adoptarea standardului QIC-525-DC. Prin cresterea densitatii liniare si a densitatii pistelor cu 60 de procente (16000 de biti pe inch si 26 de piste), unitatile care respecta acest standard ofera o capacitate de 525 de MB pe benzile DC6525 (320 MB pe benzile D6320). În plus, cresterea optionala a vitezei de deplasare a benzii la 120 de inch pe secunda face ca rata bruta de transfer între banda si controler sa creasca la 1,92 megabiti pe secunda. Standardul permite si folosirea unei viteze mai mici , de numai 90 de inch pe secunda, si asigura compatibilitatea la citire cu benzile QIC-120-DC si QIC-150-DC.

Comitetul QIC a adoptat standardul care foloseste ultimul standard care foloseste ca mediu de stocare banda traditionala - respectiv banda magnetica de 550 de Oe, folosind înregistrarea cu codificare pe grupuri - QIC-1000-DC. Înregistrarea se face pe 30 de piste, cu densitatea de 36000 de biti pe inch, ceea ce înseamna o capacitate de 1,2 gigaocteti pe cartus. Desi noul standard a redus viteza maxima a benzii la 80 de inch pe secunda, densitatea mai mare are ca rezultat o rata de transfer sporita, respectiv 2,8 megaocteti pe secunda. Unitatile de banda QIC-1000-DC pot citi benzile înregistrate sub toate standardele anterioare, cu exceptia standardului QIC-24-DC.

Simultan cu adoptarea standardului QIC-525-DC, comitetul QIC a introdus în lumea cartuselor de date noi tehnologii. Standardul QIC-1350-DC introduce o noua metoda de codificare a datelor - 1,7 Run Length Limited - si un nou mediu de stocare, cu coercitivitate mai mare (900 de Oe). Noul mediu de stocare si noua metoda de codificare au permis producatorilor sa ridice densitatea datelor la 51667 de biti pe inch. Folosind 30 de piste, benzile QIC-1350-DC ofera o capacitate de 1,6 gigaocteti. La o viteza maxima de 120 de inch pe secunda (desi este permisa si viteza de 90 de inch pe secunda), sistemul poate obtine o rata buna de transfer de aproximativ 6,2 megaocteti pe secunda.

Folosind benzi mai lungi si o densitate de înregistrare mai mare (67773 de biti pe secunda), standardul QIC-2100-DC, a marit capacitatea cartuselor la 2,6 gigaocteti. Unitatile QIC-1350-DC pot sa citeasca benzile QIC-525-DC si QIC-1000-DC, unitatile QIC-2100-DC pot citi aceste benzi, precum si cele înregistrate cu unitatile QIC-1350-DC pe noua piste.

Trebuind sa faca fata competitiei cu alte cartuse, cu capacitati si rate de transfer mai mari (cum ar fi banda de 8 milimetri), comitetul QIC a pus la punct trei noi standarde, care au dus cartusele de un sfert de inch în domeniul gigaoctetilor. Standardul QIC-2GB-DC împarte banda de 900 Oe în 42 de piste, cu o densitate de 40640 de biti pe inch, obtinând o capacitate de 2,5 gigaocteti pe cartus. Standardul QIC-5GB-DC creste densitatea la 96000 biti pe inch si adauga înca doua piste (ajungând la 44), ceea ce înseamna o capacitate totala de 5GB pe cartus. Standardul QIC-5010-DC creste capacitatea la 13 gigaocteti, folosind 144 de piste si o densitate de 67773 de biti pe inch. Dintre toate standardele, QIC-5GB-DC are cea mai mare rata bruta de

Page 59: ECHIPAMENTE PERIFERICE

transfer (aproximativ 8,6 MB pe secunda, la o viteza de deplasare a benzii de 90 de inch pe secunda) si cea mai buna compatibilitate. Unitatile QIC-5GB-DC pot sa citeasca orice format fizic anterior.

Minicartusele (Mini-Cartridges)

Dezavantajul cartuselor standard de un sfert de inch este dimensiunea. Instalarea unei unitati de banda cu dimensiunea 6´4 inch într-un spatiu standard de 5,25 inch este o adevarata provocare, instalarea într-un spatiu de 3,5 inch este imposibila. În cautarea unui mediu mai compact, producatorii au micsorat dimensiunile produselor, reducând capacitatea benzii, dar pastrând mecanismul de actionare. Rezultatul acestor cautari a fost numit Mini-Cartridge. Dimensiunile mai mici au fost adoptate de comitetul QIC, care a promulgat un standard. Tabelul de mai jos prezinta standardele QIC pentru minicartuse.

Tabelul 2 - Standardele QIC pentru minicartuse

StandardCapacitatea

nativaNumar de

pisteBiti pe inch

Viteza benzii (inch pe secunda)

Coercitivitatea benzii (Oe)

QIC-40-MC 60 MB 20 10000 25/50 550

QIC-80-MC 125 MB 28 14700 25/50 550

QIC-100-MC

40 MB 24 10000 60 550

QIC-128-MC

128 MB 32 16000 90 550

QIC-3010-MC

255 MB 40 22125 22,6 900

QIC-3020-MC

500 MB 40 44250 22,6 900

QIC-3030-MC

580 MB 40 40600 60 900

QIC-3040-MC

840 MB 42/52 40600 70,9 900

QIC-3080-MC

1,6 GB 60 60000 30-80 900

QIC-3210-MC

1,8/2,3 GB 56/72 76200   1800

QIC-3090-MC

2 GB 48 93333 56,5 1800

QIC-3110-MC

2 GB 48 70000   1800

QIC-3070-MC

4 GB 144 67773 N/A 900

QIC-3095-MC

4 GB 72 50800   900

Page 60: ECHIPAMENTE PERIFERICE

QIC-3230-MC

15,5 GB 180 76200   1800

Primele minicartuse au fost lansate de 3M Company sub denumirea DC2000, astfel ca minicartusele sunt deseori numite cartuse de tip DC2000. Ca si în cazul cartuselor de tip DC6000, denumirea fiecarui model indica prin ultimele trei cifre capacitatea cartusului. Cartusele DC2080 au capacitatea de 80 MB, cartusele DC2120 au capacitatea de 120 MB.

Minicartusele masoara 3,25´2,5´0,625 inch. Primele modele contineau o banda cu lungimea de 205 picioare (62,48 metri), cu aceeasi latime (un sfert de inch) ca si cartusele mai mari - de aici cifra de "2" din denumirea cartuselor. Un mare avantaj al cartuselor mai mici este faptul ca unitatile de banda care le folosesc încap foarte bine în spatiile de 3,5 inch. Pe de alta parte, capacitatile cartuselor sunt inevitabil mai mici, deoarece acestea au mai putin spatiu pentru banda. Pornind de la valori modeste (o capacitate totala de 40 MB), posibilitatile de stocare ale minicartuselor au ajuns la 15,5 gigaocteti sub standardele QIC. Comitetul QIC sustine ca se va ajunge la capacitati de 30 de GB.

Standardul QIC-40-MC

Primul standard important folosit pentru patrunderea pe piata microcartuselor a fost QIC-40-MC. Standardul QIC-40-MC a fost creat pentru producerea unui mediu de salvare ieftin, destinat sistemelor de tip DOS si OS/2. Pentru a reduce cheltuielilor utilizaturilor finali, conectarea unitatii de banda la PC se facea printr-un port liber al controller-ului conventional pentru unitatea de dischete. Datorita acestei interfete, unitatile QIC-40-MC sunt cuplate la un conector liber de pe cablul unitatii de dischete. Dezavantajul acestei metode este faptul ca sistemele echipate cu o unitate Mini-Cartidge nu pot avea decât o singura unitate de dischete.

Sub standardul QIC-40-MC, pe latimea benzii sunt înregistrate 20 de piste, fiecare continând aproximativ 2 MB de date. Fiecare pista este împartita în 68 de segmente, de câte 29 de sectoare. Fiecare sector contine 1024 de octeti. Standardul specifica folosirea înregistrarii cu modulatie în frecventa modificata (modified frequency modulation - MFM) si a iesirii normale a unui controller de dischete. La viteze standard de deplasare a benzii si rate de transfer normale, informatiile sunt înregistrate cu o densitate de 10000 de biti pe inch. Viteza de operare a benzii depinde de tipul controller-ului de dischete la care se face conectarea. Un controller cu densitate normala (care functioneaza numai cu dischete de 360 KB) permite o rata de transfer a datelor de 250 de kilobiti pe secunda, ceea ce are ca rezultat o viteza a benzii de 25 inch pe secunda. Pentru controller-ele de înalta densitate, care opereaza la 500 de kilobiti pe secunda, viteza benzii este de 50 de inch pe secunda.

QIC-40-MC dezvolta standardele QIC anterioare, specificând si formatul datelor de pe banda. Acest format aloca sectoare fisierelor într-un mod asemanator cu alocarea spatiului de pe discuri. Fiecare banda contine echivalentul unui tabel de alocare a fisierelor, care indica sectoarele defecte de pe banda, astfel încât informatiile sa nu fie stocate în zonele defecte sau cu risc. Formatul standard QIC-40-MC specifica foarte clar structura datelor de pe banda. Sub standardul QIC-40-MC, o treime din capacitatea potentiala a benzilor DC2000 (60MB) este dedicata informatiilor de identificare a formatului si codurilor corectoare de erori. Se folosesc doua metode de corectare a erorilor: verificarea ciclica prin redundanta (CRC) si un cod Reed-Solomon (un algoritm eficient de corectare a erorilor, folosit printre altele, în comunicatiile interplanetare). Rata teoretica de eroare este foarte mica - 1 la 1014 - adica un bit defect la 100000 de miliarde. Conform calculelor, aceasta metoda ar trebui sa asigure aparitia unui singur bit defect la doua sute de mii de benzi. Aceasta rata de eroare ar asigura mai putine defecte decât în cazul unei unitati de disc obisnuite.

Page 61: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Principalul dezavantaj al cartuselor QIC-40-MC este timpul. Folosirea benzilor QIC-40-MC este deseori un exercitiu de rabdare. Din cauza folosirii interfetei de dischete, transferurile de date sunt limitate la viteza dischetelor. În plus, primele unitati QIC-40-MC aveau nevoie de aproximativ jumatate de minut pentru pozitionarea capetelor de citire/scriere la capatul benzii, înainte de a începe operatia de salvare. Capetele trebuiau pozitionate cu precizie pe pistele înguste ale benzii. Unitatile de banda moderne elimina acest timp lung de asteptare.

Ca si dischetele, benzile QIC-40-MC trebuie sa fie formatate înainte de a putea fi folosite. Deoarece benzile au capacitatea de stocare mai mare decât dischetele, procesul de formatare dureaza mai mult - o trecere la viteza maxima a benzii peste capul de scriere pentru fiecare pista. Aceasta înseamna aproximativ o ora pentru 40 de MB. Pentru economisirea timpului de formatare multi producatori de sisteme QIC-40-MC permit formatarea partiala a benzii, la o capacitate mai mica, de obicei în portiuni de 2 MB, adica o singura pista. O solutie mai buna, aplicata de majoritatea producatorilor pentru formatele de benzi moderne, este folosirea cartuselor preformatate.

Necesitatea formatarii benzilor QIC-40-MC si a minicartuselor standard aparute ulterior nu are numai dezavantaje. Desi dureaza destul de mult, ofera si unele beneficii. De exemplu, în timpului procesului de formatare sunt marcate toate sectoarele defecte. Deoarece banda este formatata cu un tabel de alocare a fisierelor, accesul la sectoarele benzii se poate face aleatoriu. Desi banda trebuie sa fie derulata pentru a ajunge într-un anumit punct, formatul permite identificarea exacta a fiecarui sector, fara referiri la sectoarele vecine. Aceasta înseamna ca nu trebuie sa se citeasca întreaga banda ca sa se gaseasca un anumit fisier. Ca urmare, o banda QIC-40-MC poate imita modul de operare al unei dischete - dar nu si viteza acesteia pentru operatiile de acces aleatoriu. În plus benzile formatate simplifica adaugarea noilor fisiere pe o banda partial folosita, deoarece sistemul poate afla cu usurinta unde s-a oprit scrierea pe banda.

Standardul QIC-80-MC

Urmatorul pas dupa QIC-40-MC a fost QIC-80-MC, care extrapoleaza standardul anterior. QIC-80-MC defineste nu numai aranjamentul fizic al pistelor pe banda si densitatea datelor, dar si formatul logic al datelor (ceea ce, teoretic, face ca benzile înregistrate pe o unitate sa fie interschimbabile cu cele înregistrate pe alta unitate - un obiectiv în sfârsit atins), metoda de corectare a erorilor (care, teoretic, face ca rata erorilor pe banda sa fie mai mica decât cea de pe discul pentru care se face salvarea de siguranta) si schemele de comprimare a datelor, care pot fi folosite optional. Unitatile de banda care respecta standardul QIC-80-MC pot sa citeasca dar nu si sa scrie cartuse QIC-40-MC. Principala diferenta dintre cele doua standarde este aceea ca benzile QIC-80-MC contin piste mai multe si mai înguste - 28 în loc de 20. În plus, densitatea datelor pe fiecare pista a crescut de la 10000 la 14700 de biti pe inch. Rezultatul efectiv este dublarea capacitatii de stocare a benzii care a ajuns la 80 de megaocteti.

Desi unitatile QIC-80-MC pot fi conectate la controlerele de dischete, exista si alte variante. Interfata acestora se bazeaza pe controller-ul de dischete 765 sau un cip echivalent cu acesta, care poate fi un adaptor gazda separat sau cu un canal liber al controller-ului de dischete existent. Forma pe care o iau aceste circuite determina usurinta de instalare a unui sistem Mini-Cartridge. Unele unitati de banda pot fi cuplate direct la orice conector liber de pe cablul unitatilor de dischete. Altele intercepteaza semnalele transmise de controller-ul de dischete înainte ca acesta sa ajunga la unitatile de dischete, ceea ce înseamna un cablu în plus si ceva mai multa confuzie în interiorul PC-ului. Altele folosesc placi de extensie suplimentare, cu circuite electronice dedicate (dar bazate tot pe cipurile controller-elor de dischete).

Desi interfata QIC-80-MC se bazeaza pe controller-ul traditional de dischete, standardul accepta si ratele mai mari de transfer ale unitatilor de dischete cu densitate foarte mare (extra density), respectiv un megabit pe secunda. Unitatile QIC-80-MC pot folosi si benzi cu 50 de

Page 62: ECHIPAMENTE PERIFERICE

procente mai lungi, ceea ce le mareste capacitatea la 120 MB. Majoritatea sistemelor QIC-80-MC ofera si posibilitatea de comprimare a datelor, dublând capacitatea cartuselor.

Standardul QIC-100-MC

Urmatorul numar dupa QIC-80-MC este standardul QIC-100-MC, dar numele acestuia poate crea confuzii. QIC-100-MC a fost, de fapt, primul standard Mini-Cartridge adoptat de comitetul QIC în anul 1985. În timp ce numele QIC-40-MC si QIC-80-MC se refera la capacitatea nominala a sistemelor, QIC-100-MC nu contine o astfel de indicatie. Capacitatea benzilor QIC-100-MC este de numai 40 MB. Spre deosebire de celelalte standarde, unitatile QIC-100-MC folosesc interfata SCSI, nu interfata de dischete. Din nefericire, costul acestei interfete cu performante mai mari elimina principalul motiv al optarii pentru sistemele Mini-Cartridge, respectiv costul scazut. Ca urmare, formatul QIC-100-MC nu a reusit niciodata sa câstige piata.

Standardul QIC-128-MC

În mai 1989, QIC a adoptat ultimul standard Mini-Cartridge bazat pe vechea banda de 550 de Oe, QIC-128-MC. În mare parte o actualizare a standardului QIC-100-MC, noul format a crescut numarul de piste cu 50 de procente (ajungând la 32), a marit densitatea de stocare si viteza de deplasare a benzii de la 60 la 90 de inch pe secunda. Aceste modificari au îmbunatatit capacitatea benzilor de peste 3 ori, de la 40 la 128 MB, folosind cartuse DC2165. Unitatile QIC-128-MC pot folosi si benzi mai scurte, DC2110, dar ofera numai o capacitate de 86 MB. Unitatile care respecta standardul QIC-128-MC pot sa citeasca benzile produse conform specificatiilor QIC-100-MC. Totusi, ca si modelul precedent, nici acest standard nu a devenit vreodata popular.

Seria QIC-3000

Pentru a creste capacitatea de stocare a minicartuselor, astfel încât sa tina pasul cu harddisk-urile, aflate într-un proces de dezvoltare rapida, comitetul QIC a trecut la un nou mediu, cu coercitivitate mai mare, pentru toate standardele Mini-Cartridge ulterioare. Începând cu anul 1991, toate standardele Mini-Cartridge se bazeaza pe medii magnetice cu coercivitatea de 900 de Oe sau mai mare. Aceasta schimbare este reflectata de noua nomenclatura care nu mai corespunde capacitatii cartuselor.

Primul dintre aceste noi standarde a fost adoptat în aprilie 1991 si a adus în lumea minicartselor tehnologia de mare viteza, folosita pentru cartusele de date cu dimensiuni mai mari. Introdus sub numele de QIC-470 si QIC-555M, dar redenumit ulterior QIC-3030-MC, noul standard ridica densitatea datelor la 40600 de biti pe inch, la o viteza de deplasare a benzii de 60 de inch pe secunda, suficienta pentru asigurarea unei rate brute de transfer apropiata de 2,5 megabiti pe secunda. Pentru transferul acestui flux de date de mare viteza catre sistem, QIC a înzestrat noul standard cu o interfata SCSI-2. Pentru cresterea capacitatii, standardul QIC-3030-MC specifica înregistrarea unui numar de 40 de piste pe banda cu latimea de un sfert de inch, ceea ce înseamna o capacitate de 580 megaocteti pentru un cartus standard QIC-143 cu banda de 900 de Oe. Noul model este total diferit de orice altceva din lumea cartuselor, asa încât unitatile QIC-3030-MC nu sunt compatibile cu nici unul dintre standardele anterioare.

Câteva luni mai târziu, în iunie 1991, QIC a adoptat un nou standard, în acelasi domeniu de capacitate, QIC-3020-MC (numit initial QIC-385 si QIC-500M), care permitea unitatilor de banda citirea cartuselor QIC-40-MC si QIC-80-MC. Ca si modelele anterioare, unitatile QIC-3020-MC sunt proiectate astfel încât sa foloseasca interfata de dischete sau interfata AT Attachment (IDE). Pentru acomodarea la cerintele acestor interfete, QIC a redus viteza de deplasare a benzii la 22,6 inch pe secunda, pastrând aceeasi densitate de înregistrare (44250 de biti pe inch). Ca si QIC-3030-MC, QIC-3020-MC înregistreaza 40 de piste pe latimea benzii, ceea ce permite celor

Page 63: ECHIPAMENTE PERIFERICE

doua standarde sa foloseasca acelasi mecanism, fiind necesara doar o modificare firmware pentru schimbarea vitezei de deplasare a benzii densitatii datelor. Standardul QIC-3020-MC ofera o capacitate de 500 MB pe un minicartus standard QIC-143.

Pentru contracararea concurentei reprezentate de catre mediile elicoidal, în februarie 1992, QIC a introdus o versiune perfectionata a standardului QIC-3030-MC, oferind posibilitatea de stocare a patru gigaocteti de date necomprimate pe un singur minicartus. Pentru obtinerea acestei capacitati, a fost necesara reducerea latimii pistelor - a caror numar a ajuns la 144 - si cresterea densitatii liniare la 67773 de biti pe inch. Unitatile de banda care respecta noul standard, numit QIC-3070-MC, pot sa citeasca si cartusele QIC-3030-MC.

În iunie 1993, QIC a adoptat o versiune de capacitate mai mica a standardului QIC-3020-MC, sub numele QIC-3010-MC. Prin reducerea la jumatate a densitatii datelor, noul standard a înjumatatit capacitatea cartuselor, pastrând nemodificati ceilalti parametri. Standardul rezultat este mai putin pretentios din punct de vedere al echipamentelor si permite înregistrarea mai putin densa a datelor, care ar trebui sa fie mai sigura. Mostenind caracteristicile standardului QIC-3030-MC, unitatile QIC-3010-MC pot sa citeasca benzile QIC-40-MC si QIC-80-MC. Mai mult, unitatile QIC-3030-MC pot sa citeasca benzile QIC-3010-MC, dar unitatile cu capacitate mai mica nu pot citi benzile înregistrate pe mecanismele cu capacitate mai mare.

În competitie directa cu benzile audio digitale (Digital Audio Tape) în ianuarie 1994, QIC a adoptat doua noi standarde în domeniul gigaoctetilor. QIC-3080-MC ofera o capacitate de 1,6 gigaocteti pe un minicartus cu banda de 900 Oe, înregistrând 60 de piste cu o densitate liniara de 60000 de biti pe inch si o viteza a benzii între 30 si 80 de inch pe secunda. QIC-3090-MC creste capacitatea de stocare a cartuselor, folosind densitati mai mari ale datelor datorate benzilor de 1300 de Oe. Un singur cartus QIC-3090-MC poate stoca doi gigaocteti de date, împartiti pe 48 de piste cu o densitate liniara de 93333 biti pe inch. În sistemele 3090-MC, banda se deplaseaza cu o viteza de 56,5 inch pe secunda.

Standardul QIC-3070-MC adoptat în februarie 1992, specifica înregistrarea a 144 de piste pe o banda de 900 de Oe, cu o densitate liniara de 67773 biti pe inch, ceea ce înseamna un total de patru gigaocteti pe fiecare cartus. Unitatile QIC-3070-MC folosesc cartuse speciale (QIC-138), dar pot sa citeasca si benzile înregistrate pe unitatie QIC-3030-MC. Aparitia unor medii magnetice cu o coercitivitate si mai mare a permis comitetului QIC sa adopte câteva noi standarde pentru cartuse, toate cu capacitatile de mai multi gigaocteti.

Standardul QIC Wide

Harddisk-urile standard din majoritatea PC-urilor actuale au dublat aceasta capacitate, fara sa recurga la comprimarea datelor. Pentru a permite folosirea cartuselor de banda pentru discurile mai mari, Sony Corporation a crescut cu 68 de procente capacitatea cartuselor, prin utilizarea unei benzi de latime mai mare, creând astfel cartusele QIC-Wide. Noile cartuse "de un sfert de inch" contin benzi magnetice cu latimea de 8 milimetri (0,315 inch). Noul format a fost adoptat ulterior si de alti producatori, cartusele de acest tip fiind disponibile din mai multe surse.

Capacitatea unui singur cartus QIC-Wide porneste de la 200 MB, necomprimat, si ajunge la 4 GB, folosind pelicule magnetice avansate, unitati mai moderne si tehnici de comprimare a datelor. Surprinzator, benzile mai late nu au determinat cresterea preturilor. Cu exceptia dimensiunii cartuselor si a distantei pe care trebuie sa o parcurga capetele de citire/scriere pentru a se pozitiona pe pistele benzii, mai numeroase, standardele QIC-Wide nu modofica tehnologia de baza. Tabelul de mai jos prezinta caracteristicile minicartuselor QIC-Wide produse de Sony.

Tabelul 3 - Caracteristicile minicartuselor produse de Sony

Page 64: ECHIPAMENTE PERIFERICE

StandardCapacitate

nativaNumar

de pisteBiti pe inch

Viteza de deplasare a

benzii (inch pe secunda)

Ccoercitivitatea benzii (Oe)

Rata de transfer a

datelor

QW5122F 208 MB 36 14700 34 550 62,5 KB/s

QW3000XLF 1,0 GB 52 40600 70 900 300 KB/s

QW3010XLF 425 MB 50 22125 22,6 900 125 KB/s

QW3020XLF 849 MB 50 22125 22,6 900 250 KB/s

QW3080XLF 2,0 GB 77 60000 78 900 225 KB/s

QW3095XLF 2,0 GB 77 67733 78 900 225 KB/s

QW3210XLF 2,3 GB 72 76300 47,2 1800 300 KB/s

Cartusele Travan

În 1995, un numar de producatori de benzi si cartuse, printre care Conner, Iomega, HP, 3M si Sony au marit capacitatea minicartuselor printr-o solutie simpla - marind dimensiunile cartuselor, astfel încât acesta sa poata contine o cantitate mai mare de banda. Rezulstatul eforturilor acestui grup de lucru a fost tehnologia Travan. Cartusele Travan sunt mai mari pe toate cele trei dimensiuni. Acestea sunt mai late, mai lungi si mai înalte. Înaltimea mai mare permite folosirea unei benzi mai late, respectiv banda de 8 milimetri (0,315 inch) lansata de Sony. Banda mai lata permite cresterea numarului de piste cu aproximativ 30 de procente (de la 28 la 36, în primul format Travan). În plus, cartusele Travan sunt mai mari cu o jumatate de inch pe lungime si pe latime. Ele se masoara 0,5´3,6´2,8 inch, fiind mai mici în partea frontala (3,2 inch) decât în partea din spate, acolo unde se afla rolele de banda. Intern, cartusele Travan folosesc acelasi mecanism ca si celelalte cartuse de un sfert de inch si trebuie sa fie formatate înainte de folosire.

Desi cresterea dimensiunii pare modesta, permite mai mult decât dublarea lungimii benzii, de la 307 picioare (93,57 metri) în cartusele DC2120, la 750 de picioare (228,6 metri) în cartusele Travan. Datorita dimensiunilor mai mari, cartusele Travan au o forma specifica, dreptunghiulara cu doua colturi rotunjite, pentru a permite introducerea mai usoara în unitatea de banda. În figura de mai jos este prezentat un cartus Travan.

Page 65: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 4.3.1. Cartus de banda Travan

Combinatia dintre numarul mai mare de piese si lungimea mai mare a benzii a fost suficienta pentru cresterea capacitatii la 400 MB (necomprimat) în prima implementare Travan. Nici un aspect al modelului Travan nu împiedica dezvoltarile ulterioare, asa încât orice dezvoltare a minicartuselor standard poate fi aplicata direct pentru cresterea capacitatii cartuselor Travan. De fapt, la introducerea pe piata, cartusese Travan au fost îmbunatatite de trei ori, de fiecare data capacitatea fiind cel putin dublata.

Prima modificare, care a avut ca rezultat modelul TR-2, a îmbunatatit coercitivitatea mediului magnetic si a permis cresterea densitatii datelor, atât prin marirea numarului de piste, cât si a densitatii liniare pe fiecare pista. Urmatoarea modificare a dublat densitatea liniara, fara sa modifice numarul de piste, si a avut ca rezultat modelul TR-3. O alta crestere a densitatii liniare, asociata cu o crestere corespunzatoare a numarului de piste, a dus la obtinerea modelului TR-4, cu o capacitate de 4 gigaocteti pe cartus. Tabelul de mai jos prezinta caracteristicile diferitelor implementari Travan.

Model TR-1 TR-2 TR-3 TR-4

Capacitate, necomrimat 400 MB 800 MB 1,6 GB 4 GB

Capacitate, comprimat 800 MB 1,6 GB 3,2 GB 8 GB

Rata minima de transfer 62,5 KB/s 62,5 KB/s 125 KB/s 567 KB/s

Rata maxima de transfer 125 KB/s 125 KB/s 250 KB/s 567 KB/s

Lungimea benzii 750 ft. 750 ft. 750 ft. 740 ft.

Page 66: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Latimea benzii 0,315 in. 0,315 in. 0,315 in. 0,315 in.

Coercitivitatea mediului magnetic 550 Oe 900 Oe 900 Oe 900 Oe

Numar de piste 36 50 50 72

Densitatea datelor 14700 ftpi 22125 ftpi 44250 ftpi 50800 ftpi

Interfata Floppy Floppy Floppy SCSI/E-IDE

Compatibilitatea la citire/scriere QIC-80 QIC-3010 3020/3010 3080/3095

Compatibilitatea numai la citire QIC-40 QIC-80 QIC-80 QIC-3020

Probabil cel mai remarcabil aspect al modelului Traven este compatibilitatea: o unitate Traven accepta cartuse standard DC2000, cartuse QIC-Wide, precum si cartuse proprii - acestea înseamna cartuse cu dimensiuni diferite si benzi magnetice cu latimi diferite. Compatibilitatea este extinsa atât pentru operatiile de citire cât si pentru cele de scriere. Diferitele implementari Travan asigura si compatibilitatea înapoi. Standardele mai recente pot sa citeasca si benzile înregistrate sub standardele Travan anterioare.

Standardul QIC-EX

Atât timp cât exista cartuse care nu intra cu totul în unitatile de banda, precum Travan, de ce nu ar exista si cartuse care ramân în afara unitatii? Aceasta idee sta la baza filozofiei QIC-EX. Iesind cu aproape 3 inch în afara unitatii de banda, cartusele QIC-EX contin pâna la 1000 de picioare (304,8 metri) de banda magnetica în format QIC. Aceasta înseamna mai mult decât dublul capacitatii minicartuselor obisnuite. Crescând si latimea benzii pâna la valoarea de 8 milimetri, specifica modelelor QIC-Wide, cartusele QIC-EX pot ajunge la capacitati de ordinul gigaoctetilor. Figura de mai jos prezinta dimensiunile unui cartus QIC-EX.

Spre deosebire de modelul Travan, care are nevoie de o unitate cu deschidere mai mare, deoarece cartusele sunt mai late, modelul QIC-EX are aceeasi latime ca si minicartusele obisnuite. Ca urmare, cartusele QIC-EX pot fi folosite în majoritatea unitatilor Mini-Cartridge, oferind o crestere instantanee a capacitatii.

Page 67: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 4.3.2. Dimensiunile unui cartus QIC-EX

Comprimarea datelor

O alta metoda de crestere a capacitatii cartuselor de banda este comprimarea datelor. Folosind programele de comprimare a datelor, se poate dubla capacitatea benzilor. Standardele QIC folosesc doi algoritmi de comprimare. QIC-122 se bazeaza pe acelasi algoritm de comprimare folosit de programul Stacker al firmei Stac Electronics. QIC-130 este un standard de comprimare dezvoltat de compania Hewlett-Packard si foloseste un algoritm numit DCLZ, prescurtarea de la "Data Compression according to Lempel and Ziv" ("Coprimarea datelor în conformitate cu Lempel si Ziv"). Ambele metode de comprimare QIC se bazeaza pe acelasi principiu: reducerea datelor repetitive la un atom mai mic care refera un bloc de date mai lung, pastrat într-un dictionar. Algoritmii verifica fluxul de date receptionate, identifica secventele înregistrate în dictionare si le înlocuiesc cu atomii corespunzatori. Ambii algoritmi ofera o crestere medie aparenta a capacitatii de stocare de aproximativ doua ori, în functie de datele stocate.

Cu exceptia primelor trei standarde pentru cartuse (QIC-24-DC, QIC-120-DC si QIC-150-DC), standardele QIC permit producatorilor sa aleaga orice metoda de comprimare. Producatorii de minicartuse au optat pentru aceeasi metoda de comprimare, cu exceptia standardelor QIC-100-MC si QIC-128-MC (pentru care nu a fost adoptat nici un standard de comprimare) si QIC-3010-MC si QIC-3020-MC (pentru care QIC a adoptat numai standardul de comprimare QIC-122).

Compatibilitatea cartuselor

Compatibilitatea ramâne o problema spinoasa si în cadrul cartuselor de banda. Benzile cu aceleasi dimensiuni fizice încap în unitatile de banda indiferent de format, dar pentru operarea

Page 68: ECHIPAMENTE PERIFERICE

corespunzatoare, mecanismul unitatii trebuie sa corespunda cu mediul magnetic din punct de vedere al coercitivitatii. Cu exceptiile prezentate anterior, benzile înregistrate sub un anumit standard nu pot fi citite de unitatile care respecta un alt standard. Totusi, exceptiile existente va permit sa instalati o noua unitate de banda fara sa actualizati si sa înlocuiti toate copiile de siguranta facute deja pe benzi.

Problemele de compatibilitate au însa radacini mai adânci. Chiar daca doua unitati de banda respecta acelasi standard, s-ar putea ca benzile înregistrate sa nu fie interschimbabile. Unele standarde QIC definesc numai formatul fizic al benzii, adica numarul de piste si numarul de biti pe inch. Fiecare producator poate sa decida modul de gestionare a informatiilor stocate, de exemplu prin împartirea pistelor în blocuri sau în sectoare. Alte standarde QIC definesc si formatul logic al datelor stocate pe banda, dar nu specifica aranjarea exacta a structurii de fisiere. Aceste aspecte sunt lasate în seama celor care produc programele de salvare. Ca urmare, desi benzile sunt interschimbabile si pot fi citite indiferent de echipamentele folosite, este posibil ca programele de creare a copiilor de siguranta sa nu poata întelege datele de pe banda. Deoarece nu este asigurata compatibilitatea dintre structurile de fisiere, puteti sa cititi fiecare octet de pe banda, dar nu obtineti decât o gramada de date - fisiere despre care nu stiti unde încep si unde se termina.

Unele standarde QIC sunt proiectate astfel încât cartusele sa fie interschimbabile. De fapt, doua standarde QIC (QIC-140 si QIC-141) include specificatii pentru cartuse de date si minicartuse cu acces numai pentru citire, destinate distribuirii produselor software. Totusi, folosirea cartuselor de banda nu a câstigat prea multi adepti pentru distribuirea programelor. Producerea în serie a discurilor CD-ROM costa mult mai putin, desi benzile sunt competitive fata de CD-urile inscriptibile atunci când sunt necesare numai câteva copii.

Cap5. Extensii si dezvoltari

5.1. Conectarea mediilor de stocare a datelor

Orice sistem de stocare a datelor: harddisk, floppy disk, banda streamer sau unitate de disc optic, se conecteaza la sistemul de calcul prin intermediul unei interfete (ansamblu hardware), care va asigura doua operatii de baza cu aceste medii, si anume scrierea si citirea datelor.

Aceste interfete poarta denumirea generala de controller-e sau cuploare (de disc, streamer, CD-ROM etc.). Astfel, în cazul citirii de pe mediul de stocare, rolul interfetei este de a localiza pozitia si de a citi datele specificate, respectiv de a le adapta formatul într-unul care poate fi utilizat si "înteles" de componentele sistemului de calcul, în special de memoria RAM si microprocesor. De asemenea, în cazul scrierii de noi date, aceasta interfata va realiza operatia inversa, adica localizarea pozitiei unde vor fi depuse acestea, transformând datele preluate într-un format special în care pot fi scrise pe mediul de stocare.

Bineînteles, fiecare operatie de acest gen are ca etapa de start (la citire) si finala (la scriere), operatia de transformare a schimbarilor de flux magnetic de la nivelul discurilor în unitati de semnal (care vor fi interpretate ca biti), respectiv de a transforma unitatile binare în fluxuri magnetice care vor realiza functia de scriere. Comanda controller-ului este realizata prin intermediul unor registre interne. Dupa ce microprocesorul a transmis comanda catre controller, acesta din urma va lucra independent, în timp ce microprocesorul se va dedica unei alte activitati. La încheierea operatiei comandate, controller-ul va genera un semnal catre microprocesor, corespunzator terminarii operatiei.

Page 69: ECHIPAMENTE PERIFERICE

În ceea ce priveste accesul la memorie, controller-ele sunt concepute sub doua forme: în primul caz este vorba despre cele care nu accepta transmisia tip DMA (Direct Memory Access) si care, dupa citirea unui bloc de informatii de la periferice, încep sa transfere secvential informatia în memoria RAM (octeti sau cuvinte, în functie de dimensiunea magistralei), proces controlat si gestionat de microprocesor. Aceasta metoda este relativ lenta în transmisia datelor, deoarece pentru fiecare operatie a controller-ului, acesta va cere acceptul sau va astepta comanda microprocesorului. În plus, microprocesorul supravegheaza transferul de date pe toata durata sa. Cea de a doua metoda este folosita de controller-ele dotate cu posibilitatea transmiterii DMA, transferul fiind efectuat integral de controller, microprocesorul nefind obligat sa supravegheze procesul. Implicit, viteza generala a sistemului creste prin degrevarea microprocesorului de aceasta sarcina.

O problema care apare în cazul harddisk-urilor este cea în care controller-ele nu ar avea posibilitatea retinerii datelor citite, fiind obligate sa efectueze transferurile catre memorie, la fiecare citire, direct prin magistrala. Poate aparea foarte frecvent pericolul magistralei ocupate (Busy), fapt care ar duce la pierderea informatiei citite. În plus, dupa cum se va arata în continuare, vitezele de transfer controller-RAM si controller-discuri difera foarte mult: în cazul primului transfer, acesta se desfasoara la nivel de MB/s, iar în cel de-al doilea caz, la nivel de KB/s. Desigur, trebuie sa existe o compensare a acestei diferente. Acestea au fost motivele dotarii controller-elor cu memorii tampon (buffer-e), cu rol de stocare temporara a blocurilor de informatii citite din mediul de stocare, pâna când se primeste acceptul scrierii în RAM (magistrala libera - blocul de date citit anterior a fost deja transferat în RAM). Un alt aspect luat în considerare la constructia controller-elor este legat tot de harddisk-uri si intervine în procesul de citire. Intervalul de timp necesar controller-ului pentru golirea buffer-elor în memorie este prea mare pentru ca sectorul care deja se afla sub capul de citire al unitatii sa poata fi citit si memorat în acest buffer. Nu trebuie neglijata, asadar, viteza foarte mare cu care se roteste discul.

Practic, sectorul urmator celui memorat va fi pierdut, putând fi citit abia la o a doua trecere a acestuia prin dreptul capului de citire. De aceea, la completarea sectoarelor pe harddisk-uri, se impune ca între doua sectoare succesive din punct de vedere logic sa existe un anumit numar de sectoare, fara legatura cu datele care sunt continute de sectoarele succesive logic.Acest factor de salt se numeste factor de întretesere (interleave sau interlace). El este fixat la formatarea discului, când fiecare sector fizic se numeroteaza, în dimensionarea sa intervenind si timpul de acces al unitatii de disc.

Controller-ele au o influenta deosebita asupra vitezei de transfer a datelor. Privitor la aceasta, un factor important este rata de transmisie de pe magistrala. Astfel, oricât de rapide ar fi unitatea de stocare si controller-ul aferent, având deci o rata de transmisie unitate-controller foarte buna, daca magistralele calculatorului nu se ridica la acelasi nivel de performanta, investitia în unitati si controller-e de calitate este inutila, deoarece magistrala sistemului va "gâtui" transferul controller-sistem, aducându-l la nivelul la care acesta poate efectua o transmisie. O alta caracteristica a controller-elor, care poate îmbunatati calitatile unitatii în ansamblu (scazând timpul de acces cu circa 25 %), este aceea de a retine comenzile de scriere/citire într-o anumita ordine, care are drept criteriu de ierarhizare distanta dintre capetele de citire/scriere si pozitia fizica pe disc a datelor care trebuie citite. În acest mod se pot evita deplasari neergonomice ale capetelor de scriere/citire ce ar duce la cresterea timpului de acces (vezi figura 1).

Page 70: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 5.1.1. Ierarhizarea distantei dintre capetele de citire/scriere.

În figura 1, capul de citire/scriere va citi mai întâi sectorul 3, care este cel mai aproape de pozitia capului, dupa care va citi sectoarele 4 si 2, sarind apoi la sectorul 1, desi acesta a fost primul cerut. Pâna la citirea efectiva a sectorului 1, datele continute de sectoarele 2, 3 si 4 (citite deja) vor fi retinute în buffer-ul controller-ului. O problema importanta este cea generata de erorile de citire/scriere, care apar destul de frecvent în cazul utilizarii intense a harddisk-ului (cum este situatia utilizarii memoriei virtuale, create pe disc - fisiere temporare - swap files). Metoda de verificare a corectitudinii rezida din calcularea sumelor de control (CRC - Cyclic Redundancy Check), constând în suma unui anumit numar prestabilit de biti ai informatiei scrise.

În momentul scrierii datelor pe disc, aceste sume sunt calculate si memorate. Valoarea este stocata pe disc si citita la fiecare accesare a informatiei respective. Odata cu citirea informatiei, suma de control este recalculata si apoi comparata cu valoarea anterior stocata. În cazul în care cele doua valori nu sunt identice, este activat un mesaj de eroare, intervenind procesele de corectie. Aceasta suma este reactualizata la fiecare scriere pe disc a informatiilor.

Controller-ele pot transmite datele serial sau paralel. Transmisia seriala este mult mai simpla, deci mai ieftina, datele transmitându-se pe o singura linie sub forma unor "trenuri" de date, bit cu bit. Datele vor forma cozi pâna când magistrala se va elibera pentru a prelua un nou transfer. Este un mod de transmisie foarte lent si de aceea este rar utilizat în sistemele performante, folosindu-se mai mult la cele lente si nepretentioase.

Transmisia paralela se desfasoara simultan pe opt linii si este în mod normal de 8 ori mai rapida decât cea seriala. Este o solutie mai scumpa decât precedenta, dar mult mai avantajoasa prin cresterea vitezei de transfer. La scrierea pe disc, odata cu informatia propriu-zisa, sunt scrise si asa-numitele informatii de tact, cu rol de a stabiliza viteza de citire/scriere. Avem în vedere variatiile de turatie ale motorului care antreneaza discurile si pozitia informatiei pe suprafata. Aceste informatii de tact însotesc pe disc informatiile propriu-zise si apar sub forma unor biti de tact (exista unele tipuri de controller-e la care informatiile de tact nu sunt asimilate la scrierea fiecarui bit de date, ci sunt scrise într-o portiune speciala a discului). Principalele tipuri de controller-e, respectiv unitati de harddisk asociate, folosite în configuratiile clasice sunt:

ST 505 - ST 506 (Seagate Technology); ESDI (Enhanced Small Device Interface); SCSI (Small Computer System Interface); IDE (Integrated Device Electronics).

Fiecare din aceste tipuri are propriile dezvoltari ulterioare, variante mai fiabile, cu viteze de transfer superioare, deci solutii tehnice mai performante, derivate din aceste tipuri de baza.

Page 71: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Controller-e ST

Acest tip de controller este printre cele mai vechi si a fost dezvoltat de corporatia Seagate Technology (ST). În functie de modul în care se face înregistrarea pe harddisk, exista trei subtipuri de controller-e ST. Primul tip este NZR (No Return to Zero). La acest tip, informatiile de tact sunt scrise pe anumite suprafete de disc protejate (fata de modelele mai avansate, la care aceste informatii sunt scrise simultan cu informatia, în aceleasi zone de date). Procedeul de scriere este simplu. Fluxul magnetic pe suprafata activa se schimba la schimbarea starii logice (din 0 în 1 sau invers) si ramâne la fel pentru bitii identici.

Fig. 5.1.2. Realizarea scrierii pentru controller-e ST tip NRZ.

Acest mod de înregistrare este primitiv si ridica probleme mari la sincronizare. Rata de transfer controller-harddisk, în acest caz, este de sub 2 MB/s, iar rata de transfer controller-RAM de circa 120 KB/s. Al doilea tip de controller din categoria ST foloseste o metoda de scriere prin modulare în frecventa (FM - Frequency Modulation), metoda în care, simultan cu înregistrarea datelor, se înregistreaza si informatiile de tact. Astfel, pentru fiecare bit de informatie se mai ataseaza un bit suplimentar, de tact (1 devine 11 si 0 devine 10). Acest procedeu ocupa foarte mult spatiu (practic dublu), datorita bitilor de tact, fiind necesara (tehnologic) o densitate de înregistrare mica. Controller-ul de acest tip este dotat cu BIOS integrat, iar magistrala de date este seriala (volum mic de date integrate transferate la viteza mica). Si aici exista greutati de sincronizare, datorita aparitiei sirurilor lungi de biti identici. Rata de transfer controller-harddisk este de 2,5-3 MB/s.

Page 72: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 5.1.3. Realizarea scrierii pentru controller-e ST prin modulare FM.

Procedeul FM a evoluat apoi la MFM (Modified Frequency Modulation), obtinându-se o noua categorie de discuri ST. Informatia de tact este stocata doar în grupele de biti care nu contin biti setati (1) si nici în grupa anterioara nu exista vreun astfel de bit. Asadar, un 1 se transforma în grupa 01, iar valoarea 0 se transforma în grupa 00 sau 10, dupa cum a existat (sau nu) valoarea 1 în grupa anterioara. În acest caz discul prezinta 17 sectoare per pista si 512 octeti per sector. Sensul curentului din bobina se schimba înaintea fiecarei cifre 1.

Fig. 5.1.4. Realizarea scrierii pentru controller-e ST prin modulare MFM.

Privind comparativ cele doua metode de scriere se observa ca bobina este comandata diferit, în primul caz (FM) fiind necesar ca sensul curentului prin bobina capului de citire/scriere sa se schimbe de 16 ori, iar în cazul MFM de 8 ori. De aici rezulta ca viteza de scriere în cazul MFM este mult mai mare, deoarece dispozitivul de comutare electronica a sensului prin bobina va lucra mai putin. În cazul MFM, rata de transfer controller-harddisk este de circa 5 MB/s, iar rata de transfer controller-RAM, de 400-600 KB/s. Un sistem de înregistrare mai evoluat este cel obtinut prin metoda RLL (Run Length Limited), sistem cu care se obtin economii de spatiu de 45-50 %, fata de metodele anterioare. În aceasta metoda, între doi biti succesivi cu valoare 1 se intercaleaza între 2 si 7 biti cu valoare 0, tinând cont si de bitii care urmeaza, rezultând o codificare speciala. În acest mod se obtin multe siruri cu configuratia 100…1 (sau minim 2 zerouri dupa 1), siruri care se pot stoca pe un spatiu foarte restrâns). Pentru aceste controller-e, rata de transfer controller-harddisk este de 7,5-9 MB/s, rata de transfer controller-RAM este de 650-700 KB/s, iar discul prezinta 26 de sectoare per pista la 512 octeti per sector. Toate aceste interfete

Page 73: ECHIPAMENTE PERIFERICE

sunt seriale, iar legaturile se fac prin cabluri panglica (cu 20 de linii - magistrala de date si 34 de linii pentru comenzi). Unitatile harddisk se cupleaza prin cabluri panglica cu 6, respectiv 20 de linii. Tipurile de controller-e ST pot suporta pâna la doua discuri legate simultan si au integrate pe placa circuite electonice de atenuare si compensare a erorilor de scriere/citire. Tot în aceasta categorie intra si controller-ele care asigura cuplarea floppy disk-ului la sistem, folosindu-se metoda MFM. Fiecare interfata din aceasta categorie este dotata cu propriul BIOS, integrat de asemenea pe placa. Adaptarea semnalelor pentru magistrala reprezinta înca o functie integrata a placii controller. O serie de parametri care privesc lucrul cu discul se pot programa si regla din softul (driver-ul) care se livreaza, de obicei, odata cu placa controller.

Controller-e ESDI

Acest tip de controller (Enhanced Small Device Interface) a fost realizat de firma Maxtor, fiind superior tipului descris anterior, deoarece se pot obtine rate de transfer controller-harddisk de ordinul a 10-15 MB/s si chiar la 24 MB/s pentru controller-ele superioare, de tipul Super ESDI. Rata de transfer controller-RAM este cuprinsa intre 850 si 900 de KB/s, iar discul prezinta între 32 si 38 sectoare per pista.

Fata de controller-ele ST, ESDI dispun de o "inteligenta proprie", nemaifiind nevoie de un schimb intens de informatii de control pentru operatiile de citire/scriere, schimb care s-ar fi desfasurat, în mod normal, între controller si harddisk. Acest flux de comenzi si informatii de control fiind mai mic, se obtin rate de transfer superioare tipului ST. Totodata, unitatea de codare-decodare EDU (Encoding-Decoding Unit) a fost mutata pe unitatea de disc, prin aceasta obtinându-se o micsorare a cablurilor de legatura între controller si EDU. Cum pe acest traseu semnalele circula în format analogic, ele pot suferi degradari sau alterari, fapt care duce la aparitia de erori la scriere/citire. Cu cât traseul de legatura EDU-controller este mai mic, cu atât mai mult scade acest risc.

În plus, la controller-ele ESDI se foloseste o memorie tampon pentru transmisia datelor, fapt care duce la o crestere a securitatii datelor, inclusiv la cresterea vitezei de transmisie. Acest controller cuprinde si mecanisme de control si corijare a erorilor.

Controller-e SCSI

Datorita diverisitatii tipurilor de periferice si a unitatilor de stocare oferite pe piata, s-a simtit nevoia unui tip de interfata care sa poata gestiona cât mai multe dintre acestea, deci o interfata orientata spre sistem (spre deosebire de ST si ESDI, care erau interfete orientate spre dispozitiv). O astfel de interfata universala este SCSI (Small Computer System Interface), termen a carui pronuntie este la fel cu cea a cuvântului "scuzzy" (engl.). Acest sistem nu este un controller propriu-zis, ci mai degraba o arhitectura de magistrala.

Acest controller lucreaza ca interfata I/O paralela pe 8 biti, având fata de precedentele un spor deosebit de viteza. Pentru prima data, conceptul de realizare a interfetei sistem-unitate de stocare a fost schimbat, prin mutarea si integrarea controller-ului propriu-zis în cadrul unitatii de stocare. Legatura dintre controller (si implicit discuri) si sistemul de calcul (microprocesor) a fost realizata prin intermediul unui dispozitiv numit Host-Adapter, cu rolul de preluare a semnalului furnizat de controller - un format special SCSI - si de transformare (adaptare) a acestuia în semnal transportabil pe magistralele sistemului, adica în format ISA, EISA, MCA, VLBus sau PCI (PCI-SCSI, VLBus-SCSI, PCI-FastSCSI etc).

Spre deosebire de controller-ele ST si ESDI, la care se puteau cupla maxim doua unitati, la acest tip se pot cupla pâna la 7 unitati (sau 32 la ora actuala, pentru alte standarde SCSI îmbunatatite): harddisk-uri, unitati CD-ROM, diferite dispozitive periferice ca scanner-e,

Page 74: ECHIPAMENTE PERIFERICE

imprimante, plotter-e etc. Dupa cum s-a spus, host-adapter-ul joaca rolul de magistrala I/O. Pe aceasta magistrala exista 8 (SCSI-1), 16 sau 32 de noduri (pentru versiunile noi de SCSI) si anume un calculator gazda si 7 periferice (respectiv 1 si 15 sau 1 si 31). Fiecarei unitati îi este asignata o adresa proprie, iar datele, pentru a ajunge la destinatie, trec de la o unitate la alta, parcurgând fiecare nod, pâna ajung la dispozitivul destinatie (vezi figura 2.26). Fiecare extensie de periferic are propriul sau host-adapter dedicat.

Fig. 5.1.5. Dispunerea perifericelor la controller-ele SCSI.

Pentru a folosi aceasta magistrala nu este nevoie de acordul controller-ului, deoarece perifericele cuplate vor emite ele însele semnale despre operatia desfasurata (scriere/citire). Exista, desigur, un sistem de prioritati, functie de adresa asignata fiecarui periferic atasat. Toate perifericele primesc indicatoare, în functie de activitatea pe care o desfasoara. Aceste indicatoare de activitate sunt de periferic intiator (emitator-source) si periferic destinatie (tinta-target). La fiecare actiune, perifericul initiator lanseaza o comanda (codificata pe 6 octeti pentru magistralele de 20 biti, sau pe 10 octeti pentru magistralele de 32 de biti) catre un anumit periferic destinatie. Aceasta comanda este emisa într-un format specific, numit CDB (Command Descriptor Block). În cadrul acestui cod de comanda, primii 8 biti realizeaza asa-numitul OpCode (Operating Code = codul operatiei). Exista 256 de comenzi diferite care au ca rezultat actiuni de citire, scriere, formatare etc. Practic, datorita CDB se poate scrie orice driver pentru operatii SCSI, aceasta fiind o interfata orientata spre sistem si un standard de magistrala, netinând cont de echipamentul cuplat (sistemul de calcul este insensibil la perifericul conectat).

Un alt aspect diferit pentru SCSI este felul cum vede acesta organizat discul si anume ca o însiruire de blocuri de date numerotate, nemaitinând seama de cilindri, piste, capete sau sectoare. De aici rezulta un mare avantaj la proiectarea controller-elor, care nu mai sunt construite dedicat pentru anume discuri si deci nu mai sunt supuse unor restrictii de proiectare si constructie.

Magistrala SCSI transfera datele prin doua moduri: modul sincron, cu 5 MB/s, respectiv circa 40 MB/s la standardul SCSI-2; modul asincron, unde transmisia este în functie de lungimea cablului de legatura,

ajungand la viteze de transfer de 2-3,3 MB/s.

Controller-ul SCSI executa la fiecare transfer de date pe magistrala paralela un control de paritate, fapt care duce la cresterea securitatii datelor. Acest tip de controller comunica cu perifericele printr-un sistem de instructiuni (CCS - Common Commanded Set), spre deosebire de

Page 75: ECHIPAMENTE PERIFERICE

celelalte controller-e care foloseau pentru comunicatie numai semnale electrice de anumite nivele. Vorbind despre transferul între controller si calculator, apar trei metode utilizate:

Programmed I/O (PIO), la care transferul (octeti) se face cu instructiuni IN/OUT prin porturile I/O, cu implicarea totala a microprocesorului;

Direct Memory Access, metoda de acces direct la memorie din partea unui periferic-extensie, metoda în care blocuri de date se transfera în/din RAM, fara supraveghere efectuata de microprocesor (implicare din partea microprocesorului la nivel foarte scazut);

Bus-mastering DMA; cum un sistem de calcul este alcatuit din mai multe componente interconectate care folosesc sistemele de magistrala drept cai de comunicatie si transferuri de date, vitezele proprii de lucru ale fiecarei componente în parte scad destul de mult, datorita imixtiunilor din partea celorlalte periferice-extensii conectate si care cer acces la magistrale.

Bus-mastering este un sistem de semaforizare si protocoluri, prin care o componenta a sistemului poate deveni master-bus în sistem, exploatând singura si independenta resursele de transport ale magistralei, fara a fi "deranjata" de alte extensii pretendente la magistrala. Bus-masteringul este implementat de o unitate speciala, numita ISP - Integrated System Peripheral, care va aloca postul de master-bus unei extensii de periferic, la cererea acesteia. Bineînteles ca exista un sistem de prioritati, care va scuti sistemul de calcul de unele conflicte de acces la magistrala (vezi figura 2.27).

Fig. 5.1.6. Sistemul de prioritati în cazul bus-masternig.

Aceasta metoda permite unui dispozitiv SCSI sa opereze cu memoria RAM (scrieri/citiri) fara acordul microprocesorului, acesta dedicându-se altor procese. Controller-ele de acest tip sunt recomandate, datorita vitezelor de transmisie sporite. La sfârsitul magistralei SCSI, formata fizic din cablu cu 50 de linii si maximum 6 metri lungime, în perifericele terminale, se monteaza un terminator, constând dintr-un circuit integrat specializat, ori dintr-o rezistenta sau un ansamblu de rezistente, pentru a evita erorile aparute în situatia reflexiilor de semnal. Pe acest cablu datele se transmit numai pe 8 linii, iar o a 9-a linie este destinata transmiterii bitului de paritate.

Controller-ele SCSI sunt ideale în modul de lucru multitasking, deoarece unitatile periferice cuplate pot lucra în paralel la cereri simultane de sarcini (task-uri). Un alt avantaj oferit de SCSI consta în faptul ca odata primita comanda de la microprocesor, controller-ul preia gestiunea task-ului, microprocesorul ocupându-se de alte activitati. Toata electronica si logica de comanda a acestui tip de controller se afla integrata în unitatea de disc SCSI, iar discurile sunt organizate pe baza metodei ZBR (Zone Bit Recording).

Page 76: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Sub-standardul SCSI-2 a aparut datorita problemelor de compatibilitate ridicate de comunicatia sistemelor SCSI cu terminalele (având în vedere multitudinea de modele oferite de producatori). De aceea s-a conceput un controller total independent de terminal. Setul de comenzi uzuale (CCS) a fost refacut complet, eliminându-se anumite comenzi care produceau unele necazuri la transmisia de date. Acest tip recunoaste pâna la 10 periferice cuplate, pentru fiecare dispunând de un set aparte de comenzi (spre deosebire de primul tip SCSI, în care acesta nu facea deosebire între natura diferitelor periferice). Datele se transfera cu viteza de pâna la 50 MB/s, în mod sincron, pe magistrale de 16 biti. Sub-standardul SCSI-3 este un controller I/O pe 16/32 de biti cu rata de transfer de maxim 20 MB/s. Controller-ele SCSI pe 32 de biti au fost dotate cu doua denumiri si anume Fast si Wide (pentru cele care depasesc 20 MB/s, respectiv pentru cele care lucreaza pe 32 de biti).

Pentru Fast SCSI, datele sunt transmise sincron cu o rata de 30-40 MB/s. Este un dispozitiv extrem de rapid, ideal pentru bancile de date în retea, când magistralele I/O devin aglomerate. Wide SCSI transmite de asemenea datele sincron, pe magistrale de 16/32 de biti, la viteze de 35-45 MB/s. Cuplarea este posibila prin cabluri panglica, având 68+1 sau 110 fire. Toate controller-ele SCSI dispun de BIOS încorporat. Discurile coordonate de acest standard prezinta structura înregistrarii de tip RLL - RLL (1,7), RLL (2,7) - si MFM.

Controller-e IDE

Controller-ul IDE (Integrated Device Electronics) mai este cunoscut si sub numele de AT-Bus, deoarece îl pot utiliza numai calculatoarele AT. Aceasta se datoreaza modului specific de lucru pe 16 biti, minimul folosit pentru magistralele de date AT.

Controller-ul IDE împreuna cu EDU se afla integrate pe unitatea de harddisk, pentru cuplarea cu calculatorul fiind necesar un host-adapter, cuplat într-un slot al placii de baza - ca la SCSI (deci placa montata în calculator nu este controller-ul propriu-zis, ci un host adapter). Exista variante constructive atât pentru magistrale ISA, EISA, VLBus, cât si pentru PCI. Host-adapter-ul IDE permite cuplarea a maximum doua unitati harddisk/banda magnetica sau, în cazul controller-elor combinate, la acelasi controller pot fi cuplate si maxim doua unitati floppy disk. Pe aceeasi placa, de obicei un Multi I/O, sunt prezente si interfetele seriale/paralele, adaptorul de jocuri (Game Adapter) etc. Capacitatea maxima a harddisk-urilor care se pot cupla la un astfel de controller este de 528 MB, datorita limitarii impuse de BIOS:

63s x 16c x 1024 x 512 = 528 MB,

unde: s = numarul de sectoare/pista; c = numarul logic de capete; 1024 = numarul de cilindri; 512 = numarul de octeti/sector.

Pentru a elimina aceasta limitare de capacitate, standardul IDE a fost extins la un nou standard care permite între altele cuplarea unor unitati de stocare cu capacitate crescuta. De asemenea, s-a revizuit si numarul de unitati care pot fi cuplate, acesta crescând la 4 (doua harddisk-uri si doua unitati de banda, CD-ROM etc).

Acest nou dispozitiv este controller-ul E-IDE (Enhanced IDE). În acest caz sunt de fapt doua controller-e integrate pe aceeasi placa, unul primar si unul secundar. Cele doua canale lucreaza independent, pentru fiecare canal rulând câte o comanda. Astfel, daca la un sistem se cupleaza doua harddisk-uri pe acelasi canal (pentru fiecare canal se poate conecta un cablu-panglica cu

Page 77: ECHIPAMENTE PERIFERICE

câte doua conectoare pentru cele doua harddisk-uri), acesta va fi mult mai lent decât un sistem cu cele doua harddisk-uri cuplate câte unul pe fiecare canal (vezi figura 2.28).

Fig. 5.1.7. Cuplarea harddisk-urilor la controller-ele EIDE.

EIDE foloseste metodele de accesare descrise la standardul SCSI si anume PIO, DMA si în special Bus-mastering, când adaptorul devine master pe magistrala, transmitând datele direct în memorie. Daca la standardul IDE nu se puteau cupla harddisk-uri mai mari de 528 MB, la noul standard aceasta problema a disparut, datorita driver-ului EIDE implementat, ajungându-se la capacitatea de 8,5 GB. De asemenea, si viteza de transfer a crescut la 11-13 MB/s.

Doua dintre comenzile care apartin setului intern IDE sunt Read Multiple si Write Multiple, prin care se poate face trecerea de la citirea/scrierea uni-sector la cea multi-sector, faza în care se pot scrie/citi simultan mai multe sectoare. Comenzile au ca rezultat o crestere foarte mare a vitezei de transfer si de aceea este bine ca atunci când se dispune de o unitate de harddisk IDE sau EIDE sa se activeze aceste comenzi prin modificarea optiunii CMOS, IDE HDD Block Mode. Host-adapter-ele sunt construite special pentru diverse arhitecturi de magistrala, cum ar fi: ATA-IDE pentru ISA/EISA, MCA-IDE pentru MCA, VLBus-IDE sau VLBus-EIDE pentru VLBus si PCI-EIDE sau ATA-2, IDE-2 pentru PCI. Legatura cu controller-ul se face prin cabluri cu 40 de fire prevazute cu socluri.

Pentru ca sistemul sa lucreze la capacitatea maxima, având în vedere vitezele de transfer foarte mari, este bine ca magistrala sa fie de viteza mare, de tip VLBus sau PCI. În caz contrar, magistrala va diminua performantele atinse de acest standard.

Controller-e pentru CD-ROM

În cazul dotarii calculatorului cu o unitate CD-ROM, se impune a fi specificat nivelul la care se lucreaza cu CD-ul, si anume profesional sau amator. În primul caz, cea mai buna solutie este alegerea unui controller de tip SCSI sau cel putin a unui controller de tip EIDE, prevazut cu posibilitati I/O pentru CD-ROM, care sa asigure rate de transfer controller-calculator de cel putin 300 KB/s. În plus, exista multe aplicatii pretentioase care cer, în mod special, prezenta unui controller SCSI.

În cel de-al doilea caz, când pretentiile pentru viteza scad, un controller AT Bus (IDE) satisface prin rata sa de transfer, de circa 150 KB/s. Oricum, cel mai bine este ca la achizitionarea unei unitati CD-ROM sa fie luat si controller-ul recomandat în cartea tehnica de firma constructoare sau de firma care comercializeaza unitatea, pentru a evita ca între unitate si

Page 78: ECHIPAMENTE PERIFERICE

controller, la cuplare, sa apara conflicte de protocol, transmisie sau pur si simplu incompatibilitate.

Cache controller

În acest caz nu este vorba despre un nou standard de interfata-controller pentru medii de stocare sau periferice, ci de o solutie practica, din ce în ce mai folosita pentru diverse tipuri de controller-e si anume instalarea pe placa controller-ului a unei memorii tampon de tip cache, care va îmbunatati considerabil performantele unitatii cuplate. Functional, aceste controller-e nu difera de celelalte tipuri, fara cache, doar ca în acest caz în lantul de transmisie memoria cache intervine ca intermediar în accelerare.

Fig. 5.1.8. Dispunerea memoriei cache pentru controller-e.

Controller-ul, lucrând cu blocuri de date de scris/citit, va transmite aceste blocuri mai întâi în memoria cache, de aici acestea fiind preluate fie de mediul de stocare, fie de memoria RAM. În general, un controller de calitate dispune de 1-2 MB de memorie cache (vezi figura 2.29).

La o operatie de citire de pe harddisk, controller-ul nu va mai cauta pe acesta ci, pe baza adreselor pe care le-a memorat anterior (adrese ale blocurilor cu care a operat), va cauta mai întâi în memoria cache locul dorit. Daca acesta exista stocat în memoria cache, va fi direct transferat în RAM, în caz contrar cautarea facându-se pe disc. Probabilitatea gasirii blocului dorit (cache hit) în memoria cache este destul de mare, datorita faptului ca, la un moment dat, sistemul de calcul va rula doar o anumita bucla (segment) de program, de 64 KB, în care vor fi vehiculate aproximativ aceleasi blocuri de date si instructiuni.

Sporul de viteza obtinut prin folosirea memoriei cache este foarte mare, datorita lipsei factorilor de întârziere care intervin în operatiile de citire/scriere curente (pozitionare a capului unitatii în zona în care este stocat blocul respectiv pe disc, factor de întretesere etc.).

În ceea ce priveste modul în care memoria cache este eliberata de continut, se foloseste metoda LRU (Last Recently Used), având la baza o statistica memorata a gradului de accesare a blocurilor de date. Astfel, blocul de date cel mai putin utilizat, deci cu cele mai mici sanse de a fi cerut de sistemul de calcul, va fi sters, disponibilizând astfel spatiul pentru alte blocuri.

5.2. Intel StorageExpress System

Page 79: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Prezentare ISES

Protectia datelor într-o retea de calculatoare este o preocupare constanta a oricarui administrator de sistem. Masurile software (login script-uri necesare si suficiente pentru orice utilizator, acces la resurse prin parola, software performant antivirus, optimizari de programe, configurari particulare pe statii/aplicatii) pot deveni insuficiente în cazuri de incidente hard. Singura salvare în astfel de situatii limita este, dupa depanarea hardware existenta unor copii ale, cel putin, informatiilor de interes deosebit stocate pe discurile serverelor si nodurilor LAN.

Statistici recente arata ca probabilitatea de restaurare integrala a fisierelor pierdute este în jurul a 50%. Inexistenta unei copii de siguranta face ca restaurarea a 20Mo date ingineresti sa coste 90.000USD si 42 de zile de munca (U. S. Computer Security Association).

O solutie pentru linistea noastra, dar mai cu seama a conducerii unei firme posesoare de retea/retele de calculatoare, este procurarea unui ansamblu hard/soft de salvare/restaurare care sa ofere garantie maxima. Majoritatea procedeelor clasice sunt ineficiente pentru complexitatea unui LAN multiserver. Si în acest domeniu Intel a gasit o rezolvare eleganta, completa din punct de vedere hard-soft. Intel StorageExpress System functioneaza în topologii: Ethernet 10baseT, Ethernet 10base5, Ethernet 10base2 (cu transceiver extern).

Dedicat în principal retelelor NetWare (2.15, 3.11 sau mai mare, mono/multi segment, single/multi server), StorageExpress este compatibil cu specificatiile Novell SMS (Storage Management Services) - altfel spus StorageExpress ramâne compatibil cu versiuni NetWare superioare celor existente. Optional retelele IBM Token Ring pot beneficia de suportul oferit de Intel StorageExpress System. Acest mediu complet integrat, este proiectat pentru salvarea/restaurarea serverelor si statiilor dintr-un LAN/WAN.

Versiunea EL este echipata cu tape drive 2.2 GO, si se preteaza a fi integrata în retele cu maxim 4 servere/50 noduri. Varianta extinsa, XL ( 5GO ), este pentru LAN-uri multiserver cu maxim 5 servere/125 noduri. Noutatea absoluta este ca din punct de vedere hard, StorageExpress aduce mai de graba cu un PC decât cu un tape drive clasic. Astfel ambele modele au în componenta lor: Microprocesor, harddisk, memorie flash, cartele Ethernet si SCSI-2 pe 32 biti, alte optiuni.

StorageExpress poate fi integrat în retele eterogene, dar conforme cu topologiile si formatele de cadre anterior enumerate (statii de lucru într-un segment Ethernet pot rula DOS, Windows, OS/2). Software-ul de aplicatie ce însoteste componenta hard a StorageExpress System, si se instaleaza pe o statie de lucru a retelei, este StorageExpress Central Console. Conditiile de instalare ale StorageExpress Central Console sunt dintre cele mai prietenoase. Statia nededicata, pe care se face instalarea, trebuie sa fie un PC cu urmatoarele conditii minimale:

microprocesor 386SX/DX; vonitor VGA; 5MO spatiu liber pe disc; 4MO RAM; sa ruleze Windows 3.1 în mod protejat, dupa ce în prealabil a fost cuplat în retea.

Caracteristici importante ale Intel StorageExpress System:

1. Sistemul vine preconfigurat cu interfetele Ethernet si SCSI-2, precum si cu pachetul NetWare Runtime plus toate NLM-urile gata încarcate. Testate si preconfigurate, NLM-urile rezida în StorageExpress (deci nu exista conflicte cu celelalte module existente pe servere).

Page 80: ECHIPAMENTE PERIFERICE

2. Pe volumele unui File Server Novell NetWare pot coexista si alte formate decât DOS, Windows. Sistemul Intel poate salva/restaura si fisiere non-DOS (UNIX, OS/2,MAC) stocate pe servere NetWare.

3. Evidenta stricta a oricarui fisier salvat pe banda, precum si o istorie a salvarilor succesive, este asigurata de existenta pe harddisk-ul StorageExpress, unei baze de date proprii, FileTracker. Mecanismul de restaurare, în cazul unor incidente grave, functioneaza ireprosabil. Sa presupunem ca discul unui server s-a defectat. Dupa înlocuirea discului, StorageExpress reconstruieste serverul exact cu acele date stocate pe banda la ultimul backup. Procesul de restaurare acopera si fisierele de sistem (în cazul NetWare: baza de date a retelei, drepturi asignate, etc).

4. Modalitatea de lucru standard a unui sistem Intel este bazata pe o schema de rotatie GFS (Grandfather-Father-Sun). Folosita ca metoda de backup, denumita de Intel streamlined, schema GFS creeaza periodic (saptamânal, lunar, anual) benzi de salvare. Conceputa pentru America si Europa de Vest, metoda este viabila pentru retele multiserver care lucreaza fara întrerupere. Pentru retele mici administratorul de sistem îsi poate defini algoritmi proprii de backup ("custom" backup). StorageExpress suporta 4 tipuri de "custom" backup:

"full"- salvarea completa a tuturor fisierelor ; "full copy"- similara "full" dar fara modificarea atributului "archive" pentru fisierele copiate

pe banda; "incremental"- salvare numai a fisierelor create sau modificate de la ultimul backup; în

plus sistemul pune OK-ul de reactualizare prin inhibarea atributului "archive"; "differential"- se salveaza numai acele fisiere create sau modificate de la ultimul backup

"full" sau "incremental"; atributul "archive" ramâne nemodificat;

5. Facilitatea de "Auto Compare" permite verificarea integritatii datelor inainte/dupa salvarea pe banda (un fel de fc.exe pt sistemele DOS).

6. Optiunea de "Inteligent Disk Grooming". Curatarea spatiului discurilor serverelor retelei de acele fisiere accesate rar si mutarea lor pe discul StorageExpress reprezinta un disk grooming. Procesul poate fi optimizat de administrator, dupa criterii riguroase, apoi continuat automat de sistemul Intel. În orice moment, total sau partial, fisierele de pe discul StorageExpress pot fi restaurate pe discurile serverelor retelei.

7. Puternicele pachete de diagnoza pot fi rulate fie sub Central Console, fie direct de la panoul central al unitatii Intel StorageExpress.

8. Un singur software Central Console poate monitoriza mai multe unitati Intel StorageExpress dispuse în oricare puncte ale unui LAN/WAN.

9. Multe alte optiuni fac din Intel StorageExpress System un instrument puternic, dar usor de folosit.

Metode de protectie la copiere

Protectia la copiere bazata pe discuri cu cheie

Acest tip de protectie la copiere este de aceeasi vârsta cu însasi calculatoarele personale. Anii de dezvoltare si sofisticatul echipament hard pentru unitatile de disc floppy au permis dezvoltarea a numeroase metode de protectie. Cu toate ca aparitia cheilor hard plasate pe portul paralel face ca protectiile cu discuri cu cheie sa para demodate, acest tip de protectie are cel

Page 81: ECHIPAMENTE PERIFERICE

putin avantajul evident ca este foarte ieftin, datorita faptului ca discurile cu cheie pot fi utilizate în acelasi timp si ca discuri de distributie, fiind uneori foarte dificil de pacalit. Controller-ul de floppy-disk are o functionare asemanatoare cu cel de HDD.

Câmpul de sincronizare si octetul de identificare

În cazul codarii MFM, câmpurile de sincronizare sunt alcatuite din 96 de biti de zero (adica celule care au bit de ceas, dar nu au bit de date) urmate de 3 octeti de A1h (10100001 în binar). Bitii de zero permit alinierea corecta a celulei de bit, iar octetii cu A1h folosesc la identificarea începutului bitului de date. Desi controller-ul de floppy-disk (FDC) în timpul formatarii scrie 12 octeti cu zero (aceasta valoare nu poate fi schimbata prin software), numai un singur octet este necesar de fapt pentru sincronizarea celulei de bit.

La FM, câmpurile de sincronizare constau numai din 48 biti de zero (si aici FDC are nevoie numai de 8 biti, restul fiind pusi pentru siguranta).

Diferitele câmpuri de date (datele utilizator si datele auxiliare) pot fi recunoscute dupa octetul care urmeaza imediat dupa câmpurile de sincronizare. Acesti octeti nu pot fi încurcati cu datele utilizatorului, chiar daca se întâmpla ca aceste date sa contina în ele exact secventa de octeti sincronizare/ID, deoarece acesti octeti si numai ei (octetii ID), folosesc o conventie de amplasare a bitilor de ceas nestandard (constituie practic o violare de cod).

Tabelul 1 - Octetul de identificare la FM: Octet ID Ceas Descrierea câmpului

FC D7 Marca de index (index address mark)

FE C7Marca câmpului de identificare a sectorului

(sector ID address mark)

FB C7 Marca de sector "normal" (de date)

F8 C7 Marca de sector special

FE C7 IBM bad track ID

La MFM, zona de identificare începe cu 3 octeti de marca MFM, urmati de un octet standard MFM corespunzator octetului de date din marcile FM.

Tabelul 2 - Cei 3 octeti de marca MFM sunt: Octet ID Ceas Descrierea câmpului

C2 14 Marca de index (index address mark)

A1 0AMarca câmpului de identificare a sectorului

(sector ID address mark)

A1 0A Marca de sector "normal" (de date)

A1 0A Marca de sector special

Tabelul 3 - Octetul de identificare la MFM este: Octet ID Ceas Descrierea câmpului

Page 82: ECHIPAMENTE PERIFERICE

FC 01 Marca de index (index address mark)

FE 00Marca câmpului de identificare a sectorului

(sector ID address mark)

FB 00 Marca de sector "normal" (de date)

F8 00 Marca de sector special

Protectii independente de timp

Se vor analiza marcajele de protectie pe floppy disk-uri care pot fi verificate fara folosirea altor dispozitive în afara de FDC însusi. Aceste "trucuri" ar trebui sa mearga în orice sistem echipat cu un FDC compatibil.

Segmente în plus sau segmente lipsa

Deoarece primele discuri floppy MS-DOS aveau mult spatiu neutilizat pe pista, o idee evidenta a fost sa se stocheze sectoare aditionale pe pista împreuna cu sectoare standard MS-DOS. Înca departe de a fi bine împachetat, formatul cu 10 sectoare pe pista permite adaugarea unui sector suplimentar de 256 octeti. Un alt loc de amplasare a unor asemenea sectoare aditionale este pista 41 care nu este utilizata de DOS, dar care poate fi accesata de majoritatea unitatilor de disc.

Biti de date "slabiti"

O alta varianta este utilizarea bitilor de date "slabiti" (weak data), care în operatii consecutive de citire apar diferiti. Biti "slabi" pot aparea fie datorita întâmplarii ca datele scrise sa cada într-o zona nesigura din punct de vedere logic, fie datorita unei lungi serii de date "0" în care sa lipseasca bitul de ceas. În primul caz, decizia FDC va fi condusa de zgomotul aleator, în cel de-al doilea, variatii aleatoare în viteza de rotatie a drive-ului vor desincroniza celula de bit (asemenea date nu pot fi scrise totusi fara modificari ale partii hard a FDC, asa ca nu vor fi discutate aici).

O metoda de a genera "weak data" este de a le plasa deasupra unui defect de structura. Asemenea biti "slabi" nu vor disparea dupa o comanda de scriere a sectorului. Din pacate, defectele de suprafata sunt acum tot mai rar de gasit, asa ca cei interesati trebuie sa le creeze singuri (exista o multime de tehnici, de la zgâriatul discului cu un cui ruginit pâna la evaporarea atenta a stratului de suprafata cu un laser în infrarosu). Bitii "slabi" pot fi creati si prin soft. Prima abordare este prin manipularea bitilor de drive select/deselect din digital output register (3F2h) al controller-ului de FDC. De exemplu, daca se doreste crearea de "weak data" pe discul A, trebuie sa se starteze operatia de scriere, sa se astepte pâna când octetul dorit va fi transferat unitatii de disc (si nu la FDC!) si apoi sa se trimita continuu registrului valorile 1Dh (select drive 1) si 1Ch (select drive 2) cât timp octetul este transferat pe disc. O asemenea operatie va modula toate datele (inclusiv bitii de ceas) scrise pe disc cu un semnal dreptunghiular, plasându-le într-o regiune incerta.

O a doua abordare presupune aproape aceeasi operatie cu registrul de control al disketei (3F7h). Comutarea ratei de scriere va deplasa bitii de date si de ceas, si le va deforma aspectul mutându-i de asemenea într-o zona nesigura. Un program de tip bit-copier se va confrunta cu o dilema interesanta în momentul întâlnirii unor "weak data": bitii slabi sunt o consecinta a unui defect de suprafata nerecunoscut si operatia trebuie repetata pâna când data originala va fi recuperata ori este un marcaj de protectie care trebuie reprodus?

Page 83: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Date introduse în zona de "GAP"

Se poate stoca cu usurinta o mica cantitate de date în GAP, dupa câmpul sectorului de date (GAP 3). Cu conditia ca acest sector sa nu fie suprascris, marcajul va rezida în GAP complet în siguranta. Marginea superioara pentru numarul de octeti care vor intra în GAP 3 este data de valoarea GPL (GAP length) de la comanda de formatare a pistei. Verificarea unui asemenea marcaj este simpla (cel putin pentru primul sector de pe pista) - comanda de citire a unei piste cu un numar mai mare decât valoarea curenta din identificatorul de sector va încarca datele din GAP în memorie.

Stocarea de date în GAP necesita o procedura mai sofisticata. Se presupune ca cineva doreste sa plaseze 10 octeti de date în GAP-ul primului sector de 512 octeti, pe pista 0 si cu capul 0. El trebuie mai întâi sa formateze pista 0, specificând lungimea de cod 3 (1024 octeti) pentru primul identificator de sector, dar o lungime de cod 2 pentru parametrii de formatare.

Apoi trebuie sa porneasca operatia de scriere pe sectorul sau imaginar de 1024 octeti si sa se opreasca dupa ce a transferat 526 octeti (512 octeti datele din sector + 2 octeti CRC + 10 octeti datele din GAP + 4 octeti margine de siguranta). Dupa aceasta, trebuie sa porneasca operatia de formatare a pistei cu o lungime a codului de 2 (atât pentru parametrii de formatare cât si pentru identificatorul de sector) si sa se opreasca undeva în interiorul GAP-ului 2 (identificatorul de sector este deja scris, dar câmpurile de date sunt totusi neafectate).

Atât operatia de formatare, cât si cea de scriere, pot fi oprite fie prin resetarea controller-ului (trimitând "0" la "digital output register", 3F2h), fie schimbând unitatea selectata. Din nefericire, uneori poate fi dificil de decelat între un GAP gol si unul continând date de protectie. Unitatile vechi de disc aveau un timp de atenuare a semnalului de scriere relativ mare, asa ca scrierile din GAP pe asemenea unitati erau pline cu gunoaie aleatoare, care pot fi gresit interpretate ca date binare de protectie.

În cazul plasarii de "weak bits" în interiorul datelor de protectie din GAP-uri, aceste dificultati de identificare a marcajului cresc.

Sectoare fara marcajul de adresa a datelor (data address mark)

Sectoarele fara "data AM" vor genera eroarea "missing data AM". Comanda de citire a identificatorului de sector se va termina totusi corect pe un asemenea sector. Stocarea sectoarelor cu "data AM" lipsa necesita o simpla operatie de formatare, care trebuie oprita dupa scrierea identificatorului sectorului care contine "data AM", dar înainte de a se scrie "data AM".

O grija deosebita trebuie luata pentru a elimina "data AM" existenta anterior, fie utilizând discuri sterse electromagnetic, fie cu un format preliminar la o alta rata de transfer. O metoda alternativa (care nu merge pentru primul sector de pe pista) este: întâi se formateaza pista cu o valoare GPL aleasa astfel încât sa plaseze câmpul de date acolo unde câmpul de sincronizare al zonei "data AM" trebuie sa înceapa pe discul tinta, apoi se reformateaza pista cu valoarea dorita a GPL-ului si se opreste înainte ca AM-ul sectorului sa fie scris.

Sectoare fara marcajul de identificare al sectorului

Sectoarele fara AM-ul identificatorului de sector pot fi scrise în modul urmator: se formateaza pista, cerând o lungime a codului de N+1 (mai mare cu 1 fata de normal) pentru sectorul care se afla înaintea sectorului de interes. Apoi se citeste continutul acestui sector "dummy" si se scrie înapoi oprind operatia când AM-ul identificatorului de sector a fost suprascris, dar când înca "data AM" este OK. Acum s-a obtinut un sector fara ID AM. Un asemenea sector nu va permite nici o

Page 84: ECHIPAMENTE PERIFERICE

exceptie în operatiile FDC-ului. El nu poate fi, în general vorbind, citit de nici o comanda fara o atentie deosebita asa ca el aproape nu exista.

Sectoare cu marcajul de identificare declarat "bad"

Acest marcaj difera de anteriorul numai prin extinderea "coruperii" zonei ID AM. Aici, FDC-ul este înca în stare sa recunoasca ID AM-ul, dar CRC-ul de pe el se dovedeste incorect. Acest marcaj nu poate fi detectat de o comanda de citire a sectorului, iar verificarea nu prezinta probleme. Sectoarele cu "bad" ID AM vor aparea de asemenea în comanda de citire a unei piste. În acest caz valorile exacte ale pozitiei elementelor componente ale sectorului nu sunt cunoscute, ele putând fi totusi obtinute cu urmatoarea procedura: cunoscând pozitia exacta a câmpului de date din masurari temporale, se poate deduce pozitia aproximativa a ID AM si citi acea zona utilizând tehnica de ajustare a celulei de bit.

De valoare pentru proiectantii de sisteme de protectie este faptul ca modificarea acestui marcaj provoaca un CRC pentru identificatorul de sector invalid si lipsa "data AM". Un asemenea sector va cauza terminarea operatiei de citire a pistei, astfel prevenindu-se detectarea marcajelor "normale" de asemenea tip plasate dupa el de bit-copier. Pentru a scrie un "bad" ID AM, operatia de formatare trebuie oprita cât timp sectorul ID AM CRC este scris (FDC are un buffer intern în jurul a 3 octeti, deci controller-ul nu porneste scrierea CRC-ului imediat ce ultimul octet ID a fost furnizat catre registrul de date, ci ceva timp dupa aceasta).

Câmpuri de date care se întind peste "index address mark"

Marcajele de acest tip au aparut când cineva a întrebat: "Ce va face FDC daca comanda de formatare a pistei va specifica faptul ca lungimea datelor pe pista trebuie sa fie putin mai mare decât poate pista sa "tina"? " Exista o mica zona la începutul pistei care nu este utilizata de un sector de date (este utilizat de "index address mark"). Aceasta zona poate fi rescrisa de ultimul sector de pe pista, dar daca ultimul sector rescrie prea mult din începutul pistei, sectorul 1 va fi sters.

Daca începutul câmpului de date al ultimului sector trece peste gaura de index, controller-ul va scrie GAP-ul 4 pâna la urmatoarea aparitie a gaurii de index, suprascriind toate sectoarele existente pe pista. Daca la începutul sectorului ID AM trece peste gaura de index, acest sector va fi conservat suprascriindu-se toate celelalte sectoare anterior scrise.

Sectoarele care trec peste IAM (index address mark) pot cauza probleme serioase programelor de tip bit-copier care nu sunt la curent cu existenta lor, deoarece multe marcaje de protectie sunt generate prin operatii de formatare repetate care vor distruge datele din sectoarele IAM suplimentare.

Piste cu date scrise la rate diferite de scriere

Asa cum s-a putut observa în sectiunea anterioara, FDC ignora IAM la începutul pistei, asa ca sectoarele pot aparea la orice pozitie în interiorul pistei. O idee evidenta este de a scrie diferite parti din pista la diferite rate de transfer a datelor (aceasta este bine sa se faca nu prin comutarea ratei de transfer în timpul operatiei de formatare, ci prin doua operatii consecutive de formatare la rate diferite). De exemplu, astfel se poate obtine o pista 0 care sa aiba 9 sectoare de 512 octeti la 300 KB/s (HDD) si un singur sector de 512 octeti la 500 KB/s (deoarece este pista exterioara, folosirea unei rate mari de transfer pe discuri DD nu va permite o siguranta de plasare a datelor prea mare). Desi scrierea la diferite rate de transfer este în întregime în domeniul AT, o marca similara poate fi generata utilizând formate FM si MFM (de exemplu 9 sectoare MFM si unul FM) pe PC si XT.

Page 85: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Accesul la date peste "GAP" (data access over GAP)

Deoarece identificatoarele de sector si câmpurile de date sunt sincronizate separat, doua celule de bit în doua câmpuri consecutive pot fi deplasate în mod arbitrar. Aceste alunecari sunt datorate variatiilor aleatoare în WR CLK si în viteza de rotatie a discului, asa ca nu pot fi controlate. Orice operatie de citire a pistei cu o lungime a codului suficient de mare (de exemplu 6) va furniza "track footprint" (o amprenta a pistei). Numarul de diferite "footprints" poate fi estimat în mare în modul urmator: se presupune ca fiecare jonctiune a câmpurilor de sincronizare poate avea doua stari (evident numarul este subestimat). Pe o pista a unui floppy DD obisnuit sunt 19 asemenea jonctiuni (9 ID AM-uri, 9 data AM-uri si un IAM), asa ca numarul de "footprints" diferite pentru fiecare pista este de minim 219, deci aproximativ 500.000. Se poate mari lungimea codului (de exemplu 7), dar aceasta nu va mari numarul de "footprints", ci va implica pista în operatie mai mult decât o data. Deoarece chiar si cele mai bune dispozitive trebuie sa porneasca si sa opreasca operatia undeva, ele vor corupe partial datele. Acest marcaj impune o singura restrictie în utilizarea discurilor protejate: pista cheie nu poate fi rescrisa.

Protectii bazate pe timer

Toate PC-urile sunt echipate cu un chip timer Intel 8253 sau echivalente. Lucrând la 1.193.180 Hz, se permite masurarea unor intervale de timp cu o rezolutie de 840 ns (se poate masura timpul de executie a unei singure instructiuni de împartire care pe un PC 386 la 16 MHz ia aproximativ 2,4 µs). Un asemenea timer este mai mult decât suficient pentru realizarea timing-ului la floppy (transmisia unui singur octet la cea mai rapida rata de transfer, 500 KB/s, va dura 16 µs), asa ca precizia unei asemenea masuratori va fi limitata nu de timer, ci de variatiile aleatoare ale vitezei de rotatie a discului.

Verificarea ordonarii sectoarelor (a întreteserii)

Masurând timpul de terminare a unor comenzi succesive de citire a unei piste, se poate obtine pozitia exacta a fiecarui sector de pe pista. În termeni de biti de date, se poate obtine pozitia exacta a sectorului mai putin un bit. Deoarece comanda FDC de formatare a pistei controleaza pozitia sectorului cu o rezolutie de un octet, el nu poate reproduce atât de exact ordonarea sectoarelor, asa ca pozitia sectoarelor poate servi ca marca de protectie. Totusi, aceasta verificare va fi prea sensibila la viteza CPU-ului si la stabilitatea vitezei de rotatie a unitatii, asa ca de multe ori va rejecta chiar discul cheie original.

Masurarea ratei de transfer

Rata de transfer a FDC selectata de "diskette control register" (3F7h) este numai frecventa initiala (centrala) utilizata de FDC pentru decodarea bitilor de date. O bucla PLL (analogica) ajusteaza aceasta frecventa în conformitate cu rata de transfer a pistei la care au ajuns bitii de date. PLL-ul trebuie sa tolereze cel putin 4% deviatie de la frecventa centrala (deviatia permisa la viteza de rotatie a unitatii de disc este de ±2%). În practica, PLL-ul va acoperi 10% din deviatie la discurile MFM si aproape 100% la cele FM.

Rata bitilor de date care sosesc este determinata de densitatea unghiulara a datelor pe floppy disk si de viteza de rotatie a discului, asa ca pentru a determina caracteristicile discului (densitatea unghiulara de date) trebuie sa se masoare atât timpul de transfer al unui singur sector, cât si timpul de revolutie. Acuratetea maxima a unei asemenea masuratori poate fi usor estimata: un singur sector de 512 octeti va fi transferat la frecventa (centrala) de 500 KB/s în 8,2 ms, iar rezolutia timer-ului este de 0,84 µs, deci rezulta o acuratete relativa de 0,01%. Eroarea relativa în determinarea timpului de revolutie este mai mica cu cel putin un ordin de marime. Impunând un factor de 10 pentru marginea de siguranta, 0,1 pare a fi o estimare rezonabila. Asa

Page 86: ECHIPAMENTE PERIFERICE

ca totalitatea unitatilor floppy vor "cadea" în 40 (2x2%/0,1%) de grupe diferite, iar discurile scrise într-o unitate dintr-unul din grupuri pot fi distinse cu usurinta de cele scrise într-o unitate din alt grup.

Din pacate, majoritatea unitatilor de disc moderne vor cadea într-o regiune de ±0,2% adica în 4 grupuri în loc de 40, ceea ce practic elimina toata "protectia". Anumite unitati pot permite trucuri simple cu output register (3F2h): pune 0Ch la 3F2h (stop motor la unitatea A), asteapta un timp (10 ms), pune 1Ch la 3F2h (start motorul unitatii A) si imediat realizeaza o operatie de scriere. Viteza de rotatie a unitatii a fost cu putin sub valoarea nominala pentru aproape 20 ms, timp suficient pentru a se scrie un singur sector. Unele unitati mai noi totusi asteapta pâna viteza de rotatie atinge valoarea nominala, întârziind operatia de scriere. Variante interesante ale acestui marcaj pot fi obtinute cu modificari minore în partea hardware a calculatorului.

Protectii bazate pe dispozitive hard speciale

Format MFM modificat

FDC Intel 8272A nu are un control soft asupra lungimii GAP1, GAP2 si GAP5. El va accepta discuri care au aceste GAP-uri diferite de valorile standard si are posibilitatea de a masura lungimea GAP-ului curent. De exemplu, GAP-ul 2 (post ID GAP), poate fi masurat fie de o comanda de citire a pistei cu o lungime de cod mai mare decât lungimea actuala a sectorului, fie masurând diferenta dintre terminarea unei instructiuni de citire a unui identificator de sector si de citire de date. Discuri cu alte lungimi de GAP pot fi create pe PC-uri care au control asupra acestor parametri (DEC).

Piste plasate gresit

Anumite controller-e de floppy/unitati de disc pot avea un control mult mai strict asupra plasarii capului decât o au PC-urile. Acest lucru se poate face nu în mod special pentru protectia la copiere, ci pentru a permite o mai mare capacitate de a citi discuri floppy scrise în unitati prost ajustate. De aceea discurile cheie pentru un asemenea sistem pot fi pregatite cu o plasare nestandard a pistelor (si acest lucru se va verifica software). Un asemenea disc nu se poate verifica pe un alt computer, asa ca aceasta tehnica are aplicatii si utilizari limitate.

Rate de transfer nestandard

Asa cum s-a vazut, FDC va permite variatii semnificative în densitatea unghiulara de date pe pista (si are posibilitatea de a o masura). Modificari minore ale FDC la unitatea de disc dau posibilitatea controlului manual al frecventei centrale a oscilatorului WR CLK sau a vitezei de rotatie a unitatii si astfel ofera posibilitatea de a scrie date la valori usor diferite de standard (dar totusi acceptate de majoritatea FDC) ale ratei de transfer.

Protectii bazate pe lucrul cu hard disk-ul

Cheile plasate pe floppy disk-uri furnizeaza un bun nivel de securitate, dar sunt plictisitoare si chiar enervante pentru uzul zilnic, deoarece ocupa unitatea de disc si pot fi usor distruse de o manevrare necorespunzatoare. De aceea, majoritatea pachetelor soft protejate la copiere pot fi instalate pe hard disk folosind fie marcaje de protectie pentru hard disk-uri, fie marcaje bazate pe placa de baza. Datorita existentei unei multimi de interfete fizice de hard disk-uri incompatibile, marcajele pe hard disk-uri sunt în mod uzual cel mai mic numitor comun al unui numar mare de variate posibilitati si sunt usor de pacalit.

Page 87: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Protectie la nivel de cip

Acest nivel de acces la hard disk este putin probabil de a se întâlni, asa ca se va discuta numai pe scurt AT WDC (Winchester Disk Controller). AT WDC foloseste IRQ 14 (INT 76h cu MS-DOS) si nu foloseste DMA-ul. Schema de formatare a WDC-ului este cu mult mai putin flexibila decât cea a 8272-ului si permite numai selectarea manuala a numarului sectorului. Desi ID AM-ul sectorului contine si valorile cilindrului, capului si dimensiunea, ele sunt deturnate de registrele de comanda WDC si nu pot fi specificate în mod explicit. Deoarece comenzile WDC-ului (în afara de "scan ID") implica o cautare, acestea sunt dificil de modificat.

Facilitatile AT WDC, fiind în mod evident facute sa avantajeze lucrul "normal" cu hard disk-ul, restrâng posibilitatile de implementare a protectiei la copiere la sectoare lipsa sau în plus si la verificarea ordonarii sectoarelor. Corectia datelor de tip ECC permite implementarea unei a treia scheme de protectie pentru hard disk, utilizând biti de date schimbati în anumite pozitii care sa nu fie vazuti de ECC. Toate aceste marcaje pot fi generate si verificate utilizând apeluri BIOS, si astfel accesul la nivel de chip la WDC nu are un avantaj evident care sa justifice lipsa de portabilitate.

Protectie la nivel de BIOS

Schimbari ale întreteserii

Spre deosebire de floppy disk, unde sectoarele sunt de regula aranjate secvential (interleave 1:1), sectoarele la hard disk sunt în mod uzual aranjate de catre un formator low-level pentru a obtine o rata de transfer marita. De aceea este mai dificil de a vedea marcajul de interleave la hard disk decât la floppy disk.

Schimbarea numerelor sectoarelor

Totusi, hard disk-ul este în mod obisnuit "plin" cu sectoare de date (nu exista spatii libere), asa ca pentru a adauga un sector cu un numar nestandard, trebuie sters unul din sectoarele de date. Aceasta situatie poate fi cu usurinta remarcata.

Utilizarea zonelor nefolosite de pe disc

La nivelul BIOS-ului, exista doua zone neutilizate pe aproape orice disc: la începutul si sfârsitul discului. Primul sector de pe fiecare hard drive (cel putin, nu cele SCSI sau ESDI) este ocupat de tabela de partitii, în timp ce toate celelalte sectoare pe cilindrul 0, pista 0 nu sunt utilizate în schemele de partitionare IBM si Microsoft. Totusi, aceasta zona poate fi utilizata de software-ele de partitionare particulare. De exemplu DiskManager (dmdrvr.bin) foloseste sectorul 0/0/8 pentru tabela de partitii extinsa, Olivetty MS-DOS starteaza prima partitie DOS la 0/0/2 etc.

A doua zona nefolosita este "user diagnostic cylinder", care este localizata imediat dupa ultimul cilindru al discului pe masinile AT si pe ultimul cilindru la PS/2. Orice este scris aici are putine sanse de a rezista mult timp, deoarece orice program de testare low-level a discului are dreptul de a face ce vrea aici (se pare ca Norton DiskTreet si Gibbson Research's SpinRite determina întreteserea optimala aici).

Page 88: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Protectie la nivelul DOS

Protectiile la nivelul BIOS-ului pe hard disk nu ofera prea multe alternative, în timp ce DOS-ul are avantajul si relativa portabilitate a modului de accesare a partitiei DOS (interfata INT 25h/INT 26h, ExtendedOpen(6Ch)), care poate fi utilizata pentru protectie la copiere. Structura sistemului de fisiere DOS este bine cunoscuta asa ca se va face numai o scurta prezentare a partilor mai semnificative din ea.

Sectorul 0 este sectorul de boot. El contine codul care încarca sistemul de operare si tabela care descrie caracteristicile partitiilor, cum sunt numarul de sectoare, numarul de sectoare pe cluster, numarul de FAT-uri, numarul de intrari în directorul radacina.

FAT-ul (care urmeaza) contine o valoare pe 12 sau 16 biti pentru fiecare "allocation unit" (cluster), indicând numarul urmatorului cluster în lant. În mod uzual, mai multe FAT-uri (2) sunt prezente pe disc, asigurându-se astfel o mai mare securitate a datelor (totusi, DOS-ul nu trateaza cele doua copii în mod separat, ci pur si simplu copiaza primul FAT într-o zona aditionala (FAT2), duplicând astfel orice eroare care apare la prima copie, asa ca securitatea este de fapt imaginara).

Directorul radacina (root), care urmeaza dupa ultima copie a FAT-ului, contine o tabela de 32 octeti (intrare de director) pentru fiecare fisier din director. Intrarea de director contine numele fisierului, dimensiunea, data ultimei modificari si numarul cluster-ului de start. Celelalte directoare folosesc aceeasi metoda de alocare ca si fisierele ordinare.

Dependenta de numarul de cluster

"Uneltele" standard DOS nu permit controlul asupra cluster-ului prin localizarea în cluster a fisierului, asa ca aceasta informatie poate fi utilizata pentru a coda imaginea unui program si/sau a unei date. Numarul cluster-ului de început al unui fisier poate fi obtinut cu un apel în stilul CP/M, 11h - FindFirst via FCB (apelurile CP/M pot fi ascunse de majoritatea programelor de supraveghere realizând un apel "far" la locatia 0:0C0h cu codul functiei în CL în loc de AL). Gasirea numerelor celorlalte cluster-e implica o cautare în FAT.

Zonele neutilizate (rezervate) de pe disc

De fapt exista o singura asemenea zona la offsetul 0Ch în intrarea de director (o lungime de 10 octeti). Din pacate, aceasta zona este în mod obisnuit utilizata de sistemele de operare "compatibile DOS". De exemplu Digital Research DOS (DR DOS), foloseste acest câmp pentru a stoca parola fisierului, PC-MOS/386 (Software Links) stocheaza aici identificatorul proprietarului fisierului, drepturile de acces si data/timpul de creare. O alta zona rezervata care poate exista pe disc este restul de la ultimul sector în FAT1, care este pastrat de DOS (si este chiar copiat pe toate celelalte clone ale FAT-ului).

Zonele neutilizate (allocation unit rounded) de pe disc

Deoarece DOS-ul aloca spatiul pe disc în cluster-e (care contin 2N sectoare), în timp ce dimensiunea oricarui fisier este masurata în octeti, majoritatea fisierelor au "cozi" nefolosite (si în mod obisnuit invizibile la nivelul sistemului de fisiere). Acest lucru poate fi utilizat în scopuri de protectie. Un "bug" curios al DOS-ului, care permite cautari (functia DOS 42h) dincolo de EOF, face ca accesul la aceste cozi ale fisierelor sa devina usor chiar si pentru limbaje de nivel înalt.

Page 89: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Protectii care folosesc BIOS-ul si placa de baza

O alta parte a PC-ului, care, împreuna cu floppy si hard disk-ul este totdeauna disponibila pentru protectia la copiere, este placa de baza. Desi placile de baza sunt acum produse în serii de mii de bucati, aproape fiecare dintre ele are calitati individuale.

Data-based tricks

Fiecare placa de baza are propriul BIOS. Astfel, aceasta se poate utiliza pentru protectia la copiere, desi nu este de asteptat aceasta în primul rând din partea producatorilor de hardware si nici de la producatorii independenti de software (deci, stufosul BIOS de sistem cu o multime de functii si tabele criptice si nedocumentate este un gen de protectie la copiere).

Alte zone de date disponibile pe placa de baza sunt memoria CMOS nevolatila, care de regula are o multime de spatiu neutilizat în ea. Anumite chipset-uri pot mapa o parte din memoria CMOS în spatiul de adrese al ROM-ului de sistem, creând astfel aparenta reprogramare software a CMOS-ului BIOS.

Time-based tricks

Marcaje de protectie mai interesante sunt cele bazate pe timing-ul intern al placii sistemului. Trei subsisteme de baza sunt disponibile pentru asemenea masuratori: CPU, memoria si subsistemul I/O. Diferentele pot fi surprinzator de mari de la un sistem la altul, asa ca pot fi usor diferentiate.

Protectii care utilizeaza chei hard

Sunt protectii simple din punct de vedere conceptual, dar eficiente în cazul în care se folosesc în mod inteligent în cadrul soft-ului protejat.

Protectii cu chei hard plasate pe portul paralel

Protectia este asigurata de informatiile stocate în cheia hard plasata pe port. Accesul la aceasta informatie trebuie sa se faca într-un mod neuzual pentru cel care încearca decriptarea, dar usor de catre utilizatorul autorizat (se impune furnizarea de rutine de lucru cu cheia). De asemenea, cheia plasata pe portul paralel trebuie sa nu ocupe acel port decât pe durata citirii/scrierii din/în el, pentru a nu deveni incomod de utilizat (pune cheia, scoate cheia, …).

Protectii cu chei hard plasate pe portul serial

Portul serial este putin utilizat în acest gen de protectii, deoarece el este intens utilizat în mod uzual (mouse, scanner, modem etc.), astfel încât poate crea probleme de plasare în spatiul de adrese I/O disponibil si încurcaturi pentru utilizatorul legal.

Page 90: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Prezentare DriveInfo

Identificarea discului magnetic

1. Obiectivul lucrarii

Aceasta lucrare constituie un punct de plecare in privinta identificarii discurilor aflate in sistem. Se vor discuta aspecte legate structura fizica si logica a discurilor, sistemele de fisiere si modul de recunoastere a acestora.

2. Introducere teoretica

O unitate de disc magnetic (HD sau FD) este un dispozitiv de stocare pe suport magnetic, dur sau flexibil, folosit ca memorie externa a calculatoarelor: Este un echipament inchis ermetic (HD) sau deschis (FD), care pastreaza informatiile din sistem.

Unitatile de HD au de obicei mai multe discuri, montate coaxial unele peste altele intr-un pachet de discuri, fiecare disc avand doua fete pe care se pot inregistra informatiile, pe cand unitatile de FD sunt monodisc.

Pista este un cerc (de fapt un disc foarte subtire) cu varful in centrul unui disc. Pe o pista exista mai multe sectoare (arce de cerc), fiecare continand de obicei 512 octeti de informatie. In afara de cei 512 octeti, mai exista octeti pentru preambul, postambul, sincronizare, ECC etc., care nu sunt accesibili utilizatorului. Totalitatea pistelor de pe fiecare fata a unui disc care au aceeasi pozitie (raza) fata de axul pachetului (in cazul HD) formeaza un cilindru. Totalitatea cilindrilor formeaza volumul HD-ului.

O unitate de disc are cate un cap de scriere/citire pentru fiecare din fetele discului, toate capetele fiind montate solidar pe un dispozitiv comun care le pune in miscare, numit carucior (rack). Deci capetele nu se pot misca independent, fiind montate impreuna pe acelasi rack.

O unitate de disc este caracterizata de urmatorii parametri (doar cei care prezinta interes in aceasta lucrare):

producator; numar de serie (serial number); numarul de cilindri: Ncil; numarul de capete: Ncap; numarul de sectoare pe o pista: Nsp; numarul de octeti pe sector: Nos = 512.

Formula de calcul a capacitatii de memorare a discului magnetic (formatat) este:

C = NcilNcapNspNos (octeti).

Componenta BIOS a sistemului detecteaza, automat sau nu, tipul discului existent in sistem, precum si caracteristicile lui; dar nu intotdeauna caracteristicile fizice constructive ale discului

 

Page 91: ECHIPAMENTE PERIFERICE

coincid cu cele existente in BIOS, acest lucru datorandu-se componentei de detectie din BIOS sau utilizatorului. Deci interogarea BIOS-ului pentru aflarea caracteristicilor discului nu da mereu informatiile dorite. De aceea, uneori se prefera interogarea directa a controlerului IDE din sistem.

3. Descrierea aplicatiei

Programul DriveInfo ruleaza pe platformele Windows si afiseaza pe ecran o serie de informatii particulare referitoare la dispozitivele de stocare a informatiei prezente in sistem, cum sunt:

litera alocata discului (drive letter); spatiul liber; sistemul de fisiere; numarul de serie (serial number); spatiul total; numele volumului (label).

Programul DriveInfo identifica toate discurile prezente in sistem, nu doar pe cele magnetice.

In cazul compact discului audio (CD-DA), se afiseaza numarul pistelor, precum si dimensiunea in minute a acestora. De asemenea, programul ofera o reprezentare grafica a partitionarii discului.

In cazul compact discurilor de date (CD-ROM) care contin mai multe sesiuni, programul raporteaza fiecare sesiune separat.

Un exemplu de rulare a aplicatiei DriveInfo este reprezentat in fig. 1.

Page 92: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 1. Exemplu de rulare a aplicatiei DriveInfo in cazul recunoasterii unui HD.

Pentru rularea programului pe sistemele de operare Windows 98 este nevoie de un fisier cu extensia.dll (Dynamic Link Library) diferit fata de cel necesar pentru rularea pe sistemele de operare Windows realizate in tehnologie NT. In acest sens, biblioteca a fost compilata pe ambele versiuni, iar pentru o instalare mai usoara a fost creat un setup.

4. Desfasurarea lucrarii

1.      Se instaleaza programul pentru versiunea de sistem de operare utilizata;

2.      Se lanseaza cu Start ® Programs ® DriveInfo ® DriveInfo.exe;

3.      Se apasa butonul Cauta drive;

4.      Din lista de drive-uri existente se selecteaza drive-ul dorit;

5.      Se citesc informatiile prezente pe ecran;

6.      Se noteaza datele obtinute;

7.      Se observa si se compara caracteristicile discurilor prezente.

5. Intrebari

1.      Desenati un HD (intern) astfel incat sa puneti in evidenta notiunile: disc, fata, pista, sector, cilindru, capete, rack.

2.      Cum se defineste un volum logic?

3.      Cum se poate forma o adresa a unei locatii de pe disc?

4.      Care sunt modurile de adresare utilizate la un disc magnetic?

5.      In ce masura este permisa o toleranta a parametrilor fizici la HD?

6.      Ce metode de protectie la erori se aplica frecvent in cazul inregistrarilor pe disc magnetic?

7.      De ce se prefera uneori interogarea directa a controlerului IDE in locul citirii informatiilor din BIOS?

8.      Ce situatii pot cauza erori in executia programului?

9.      Ce asemanari si deosebiri exista intre acest program si rutina autodetect existenta in BIOS?

10.  De ce capacitatea indicata de diverse programe de identificare difera de la un program la altul?

Page 93: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Prezentare Codare Magnetica

Codarea informatiei pe suport magnetic

1. Obiectivul lucrarii

Lucrarea se ocupa cu studiul unor moduri de inregistrare binare si ternare a informatiei pe suport magnetic. Constrangerile impuse de mediul magnetic sunt de tipul codurilor RLL, care pot fi privite de asemenea si ca tehnici de modulatie.

2. Introducere teoretica

Cerintele esentiale ale codurilor de adaptare sunt cele ale canalului de inregistrare/redare pe suport magnetic: fiabilitatea inregistrarii si eficienta utilizarii mediului magnetic. Corespondenta intre codul de adaptare si realizarea fizica a inregistrarii este urmatoarea:

1 = exista tranzitie in magnetizare; 0 = nu exista tranzitie in magnetizare.

Notiuni specifice: limitele intervalului fara sincronizare, corespunzatoare codurilor de adaptare (RLL):

precizeaza valoarea maxima si minima pe care o poate lua distanta intre doua simboluri de inregistrare 1 pentru a evita interferenta inter-simbol (limita minima) si a permite sincronizarea (limita maxima);

raportul de densitate DR (Density Rate) reprezinta eficienta unei proceduri de codare care exprima continutul informatic al fiecarei tranzitii din magnetizarea mediului magnetic.

Pentru canalele discrete, stationare si fara memorie exista doua tipuri de coduri: coduri de translatie a datelor, pentru canalele cu constrangeri; coduri de transmitere a datelor, pentru canalele cu zgomot.

Codurile de translatie a datelor transforma secventa de date de la intrare intr-o noua secventa care satisface constrangerile impuse la intrarea in canal, rezultand astfel coduri de adaptare la canal. Codurile de transmitere a datelor previn aparitia erorilor in secventa de date, rezultand detectia si corectia erorilor. Lucrarea de fata se ocupa numai de codurile de adaptare la canalul de inregistrare pe suport magnetic.

2.1. Coduri binare

2.1.1. Codul NRZI – Non Return to Zero I

 

Page 94: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Se reprezinta fiecare simbol 1 printr-o celula de tranzitie in magnetizare; celulele fara tranzitie corespund simbolului 0.

Avantaj: raport de densitate bun (DR = 1).

Dezavantaj: codul nu permite siruri lungi de simboluri nule din cauza pierderii autosincronizarii.

Aplicatie: benzi magnetice cu densitate mare.

2.1.2. Codul FM – Frequency Modulation

Codeaza un simbol de date in doua simboluri de cod. Primul simbol este intotdeauna o tranzitie, asigurand autosincronizarea, iar ultimul corespunde informatiei codate (tranzitie pentru 1).

Avantaj: se obtine eliminarea componentei de curent continuu

Dezavantaje: se dubleaza banda de semnal si se reduce raportul de densitate (DR = 0,5).

Aplicatie: discuri magnetice in format simpla densitate (SD).

2.1.3. Codul MFM – Modified Frequency Modulation

Numele deriva din procedeul de micsorare a redundantei codului FM prin eliminarea tranzitiilor de sincronizare alaturate unei tranzitii de date.

Avantaj: raportul de densitate DR = 1.

Aplicatie: discuri magnetice in format dubla densitate (DD).

2.1.4. Codul M2FM – 2-Modified Frequency Modulation

Este o varianta a codului MFM, la care redundanta se micsoreaza prin suprimarea tranzitiei de sincronizare, daca aceasta exista in celula precedenta.

Avantaje: raportul de densitate ramane acelasi ca la MFM si permite o interferenta inter-simbol ceva mai redusa.

Dezavantaj: distanta maxima intre tranzitiile succesive creste fata de varianta MFM.

Aplicatie: discuri magnetice in format inalta densitate (HD).

2.1.5. Codul PE – Phase Encoding sau cod Manchester

Un simbol de informatie se codeaza printr-o tranzitie de un anumit sens intre starile de magnetizare de pe suport, iar la juxtapunerea celulelor corespunzatoare simbolurilor de date de acelasi fel apar tranzitii de ajustare “nesemnificative”.

Page 95: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Traductorul de lectura evidentiaza simboluri de sincronizare la mijlocul fiecarei celule, iar datele se identifica analizand schimbarile de polaritate ale tranzitiilor “nesemnificative”.

Avantaje si dezavantaje: aceleasi ca la FM.

Aplicatie: benzi magnetice de densitate medie.

2.2. Coduri ternare

Impulsurile folosite sunt bipolare, al treilea “simbol” fiind considerat componenta continua rezultata, a carei valoare trebuie sa fie cat mai mica.

Avantaje: reducerea redundantei prin considerarea informatiei de faza continute in impulsul transmis.

Dezavantaj: la unele dintre aceste coduri, componenta continua nu poate fi intotdeauna mentinuta cat mai aproape de zero.

Aplicatie: inregistrari in curent alternativ.

Cele trei coduri ternare studiate sunt codurile TB, DUO si BIP.

2.2.1. Codul TB – Twinned BinaryReguli de generare a simbolurilor de cod:

simbolurile +1 si –1 alterneaza, indiferent cate simboluri de 0 sunt intercalate intre doua simboluri nenule succesive;

un simbol de cod nenul se genereaza la orice schimbare a naturii simbolului de date.

Daca b0 si b1 sunt simbolurile de informatie, simbolul de cod an se calculeaza astfel:

an = –(1/2)b0 – (1/2)b1.

Avantaj: nu are componenta de curent continuu, prin alternarea polaritatii impulsurilor.

2.2.2. Codul DUO – Duobinary

Este complementar codului TB, avand legea:

an = –(1/2)b0 + (1/2)b1.

Reguli de generare: simbolurile +1 si –1 nu alterneaza adiacent; intre simboluri de informatie de acelasi fel se genereaza simboluri de cod de acelasi fel.

Avantaj: nu poseda tranzitii la simbolurile +1 si –1 adiacente.

Dezavantaj: datorita modului de generare, detine o componenta importanta de curent continuu.

Page 96: ECHIPAMENTE PERIFERICE

2.2.3. Codul BIP – BipolarSe mai numeste si cod TB modificat. Simbolurile de cod rezulta conform regulilor:

0 se genereaza ca lipsa de impuls; 1 se genereaza ca impuls; impulsurile de cod pozitive (+1) si negative (–1) alterneaza, indiferent de celulele fara

impulsuri dintre acestea.

Decodarea semnalului bipolar se face prin redresare si detectie la 1/2 din amplitudine.

Avantaje: asigura o componenta continua nula si limiteaza propagarea erorilor.

3. Descrierea aplicatiei

Programul codarem.exe prezinta doua optiuni:

1.      Secventa oarecare

            Programul genereaza o secventa de date de 20 de pozitii binare, care respecta constrangerea RLL (0,3), adica nu permite succesiuni de 0 sau de 1 de mai lungi de 3 pozitii.

            Se prezinta in ordine metodele de codare descrise anterior pentru cazul secventei generate.

2.      Secventa data

            Utilizatorul alege atat lungimea secventei (de preferinta pana la valoare 64), cat si structura acesteia pozitie cu pozitie, respectand aceeasi restrictie RLL (0,3).

            Se prezinta in ordine metodele de codare descrise anterior pentru cazul secventei alese.

            Un exemplu de rulare a programului in cazul optiunii 2 este prezentat in fig. 1.

Page 97: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 1. Exemplu de rulare a aplicatiei in cazul alegerii unei secvente binare de lungime 12.

4. Desfasurarea lucrarii

1.      Se parcurge introducerea teoretica.

2.      Se vizualizeaza si se deseneaza diagramele prezentate in optiunea 1.

3.      Se vizualizeaza si se deseneaza diagramele prezentate in optiunea 2.

4.      In optiunea 2 se aleg diferite lungimi si diferite structuri pentru secventa binara de informatie, respectandu-se de fiecare data restrictia RLL (0,3). Se compara formele de unda obtinute.

5.      Pentru ambele optiuni, se analizeaza modul de constructie al diagramelor, precum si valoarea raportului de densitate.

5. Intrebari

1.      Analizati comparativ metodele de codare FM, MFM si M2FM din punct de vedere al tranzitiilor de sincronizare.

2.      Care este singura structura particulara a secventei binare de informatie care face ca diagramele pentru metodele de codare MFM si M2FM sa difere?

Page 98: ECHIPAMENTE PERIFERICE

3.      De ce apar tranzitiile nesemnificative la metoda de codare PE?

4.      De ce se prefera utilizarea unei componente continue nule in cazul metodelor de codare ternare?

5.      Care este metoda de codare binara care ofera cea mai buna densitate de inregistrare?

6.      Analizati metodele de codare ternare din punct de vedere al componentei continue.

7.      Analizati metodele de codare ternare din punct de vedere al benzii de frecventa (dinamica semnalului rezultat ca urmare a vitezei de variatie in timp a impulsurilor generate).

8.      Daca se defineste raportul de codare ca fiind raportul intre numarul simbolurilor de informatie (m) si numarul simbolurilor de cod (n), sa se calculeze acest raport (m/n) pentru fiecare dintre metodele de codare prezentate, in cazul unui exemplu particular ales.

9.      Ce alte metode de codare sau tehnici de modulatie (utilizate la inregistrarea informatiei pe suport magnetic) cunoasteti, in afara celor descrise in lucrare?

10.  Care sunt aplicatiile fiecareia dintre metodele de codare prezentate?

Laboratorul 2

Echipamente de tiparire si trasare

Imprimante

Page 99: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Imprimantele pot fi împãrtite în douã mari categorii în functie de contactul fizic dintre mecanismul de tipãrire si hârtie: imprimantele cu impact (impact printers), la care care acest contact se realizeazã si imprimantele fãrã impact (non-impact printers) la care contactul fizic nu se realizeazã.

imprimante cu impact imprimantele alfanumerice

o rapide o cu cap margaretã (daisywheel) o cu cap sferic

imprimantele matriciale

imprimante non-impact imprimante cu jet de cernealã (ink-jet)

o cu jet continuu o bubble-jet o piezo-electrice

imprimante laser imprimante cu cernealã solidã imprimante cu cearã termicã imprimante cu sublimarea culorii imprimante termice autocrome

Chiar dacã piata este dominatã de imprimantele laser si inkjet, existã si alte tehnologii de tipãrire. Tehnologia cernealii solide are o prezentã importantã fiind capabilã sã realizeze documente de o calitate superioarã pe o largã gamã de materiale, în timp ce tehnologiile transferului termic de cearã (thermal wax transfer) sau sublimarea culorii (dye sublimation) joacã un rol important în domeniile mai specializate ale imprimãrii. Imprimantele matriciale (dot matrix) rãmân utile în situatiile în care este nevoie de o imprimantã rapidã cu impact, dar dezavantajul major al acestei tehnoogii este cã nu poate tipãrii color. Singurele imprimante de tip alfanumeric rãmase în uz sunt cele rapide care tipãresc câte un rând odatã.

Imprimante alfanumerice

Au o importanta mai mult istoricã acum fiind folosite doar cele de vitezã foarte mare care nu au putut fi înlocuite; si ele sunt de mai multe tipuri:

Imprimante cu cap sferic

Capul de tipãrire al acestor imprimante este de formã sfericã, pe suprafata sa fiind asezate în relief toate literele si cifrele. Pentru a realiza scrierea unei anumit caracter, capul se roteste pozitionând caracterul respectiv deasupra ribonului si apoi îl loveste. Viteza de imprimare este foarte redusã datoritã greutãti mari a capului de imprimare.

Page 100: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Imprimante cu cap margaretã (daisy wheel)

În fata foii de hârtie se aflã o rozetã pe care ale cãrui brate se aflã câte una sau douã litere care dupã ce sunt pozitionate sunt imprimate prin lovirea cu un ciocãnel care este actionat cu un electromagnet; evident si aceastã pozitionare si actionare a ciocãnelului duce la viteze scãzute de imprimare.

Imprimante rapide

Sunt singurele care au mai rãmas în uz datoritã vitezei ridicate de imprimare ele fiind capabile sã tipãreascã un rând odatã dispunând de câte o rozetã cu toate literele pentru fiecare coloanã rozetele fiind pozitionate simultan si foaia fiind lovitã o singurã datã pentru fiecare rând.

Imprimante matriciale (dot matrix)

Aceastã tehnologie de tipãrire apãrutã în anii ’70 a dominat piata calculatoarelor personale înaintea aparitiei imprimantelor cu jet de cernealã. Imprimantele matriciale produc caractere sau imagini prin lovirea cu ace a unui ribon impregnat cu cernealã, aproximând forma ce urmeazã a fi tipãritã prin puncte apropiate. Aceste imprimante sunt relativ scumpe si produc imagini de calitate slabã. Totusi ele pot tipãrii simultan mai multe multe pagini identice prin folosirea unor coli speciale (indigo sau hârtie autocopiatoare).

Vitezele de tipãrire (mãsurate în caractere pe secundã - cps), variazã între 50 si peste 500 cps. Majoritatea imprimantelor matriciale oferã posibilitatea alegerii vitezei în functie de calitatea doritã. Calitatea imprimãrii este determinatã de numãrul de ace din capul de tipãrire. Tipic aceastã valoare variazã între 9 si 24.

La imprimantele matriciale cu 9 ace acele sunt dispuse pe un rând vertical. La cele cu 24 de ace de obicei ele sunt dispuse pe douã rânduri de câte 12 ace (intretesut).

Page 101: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Au posibilitatea de a functiona în douã moduri: în mod alfanumeric sau în mod grafic. În modul alfanumeric imprimantei i se transmit codurile caracterelor si ea pe baza unei matrici de obicei predefinite actioneazã acele corespunzãtoare literei cu codul transmis; în modul grafic imprimantei i se transmit octet cu octet ce ace se actioneazã de fiecare datã astfel fiind posibilã imprimarea chiar a unor desene de o calitate bunã dar a unor poze de calitate slabã apãrând fenomenul de “banding” adicã se vede pe desen cã a fost fãcut fâsie cu fâsie. În mod grafic imprimantele cu 9 ace folosesc doar 8 al nouãlea fiind folosit doar în modul alfanumeric; in mod grafic imprimantele cu 9 ace sunt deosebit de lente ( de trei ori mai lente decât cele cu 24 de ace). Datoritã dimensiunii limitate a grosimii acelor rezolutii peste 200x200 dpi nu sunt posibile din punct de vedere tehnologic ci doar in reclame.

Imprimante cu cernealã solidã

Scoase pe piatã aproape în exclusivitate de compania Tektronix, imprimantele cu cernealã solidã folosesc batoane de cearã într-un proces de schimbare în faze. Batoanele de cearã sunt lichefiate în rezervoare, cerneala rezultatã este aplicatã pe tamburul de transfer si apoi cerneala este trecutã pe hârtie si solidificatã prin racire. Odatã încãlzite, imprimantele cu cearã termicã nu trebuie miscate pentru ca ceara fierbinte sã nu provoace defectiuni. Ele sunt gândite pentru a fi lãsate mergând într-un loc sigur si pentru a fi folosite în comun pe o retea, de aceea au mai multe posibilitãti de conectare (porturi Ethernet, paralel, SCSI).

Imprimantele cu cernealã solidã sunt în general mai ieftine decît cele similare cu laser color si economice în utilizare datoritã politicii companiei Tektronix de a da cerneala neagrã gratis. Calitatea imaginilor este bunã, punctele cu mai multe nuante fiind suportate doar de anumite modele mai specializate, dar în general mai slabe calitativ decât cele mai bune imprimante laser (text si graficã) sau inkjet (fotografii). Rezolutia merge de la cea de bazã de 300 dpi pânã la un maxim de 850x450 dpi. Viteza de tipãrire color este în jur de 4 ppmîn modul standard, ajungând pânã la 6 ppm în modul de rezolutie redusã.

Multiplele posibilitãti de conectare, costul de functionare relativ redus si posibilitatea de a tipãririi pe cea mai largã varietate de materiale dintre toate tehnologiile color, fac ca aceste

Page 102: ECHIPAMENTE PERIFERICE

imprimante sã fie o alegere bunã atât pentru mediile de afaceri cât si pentru unele domenii specializate (folii transparente color si tipãrire pe formate mari la viteze mari).

Imprimante cu sublimarea culorii

Imprimantele ce folosesc aceastã tehnologie sunt dispozitive specializate folosite pe scarã largã în cadrul aplicatiilor fotografice cu cerinte înalte. Aceste imprimante încãlzesc cerneala solidã pânã când aceasta se transformã din solid în gaz. Elementul de încãlzire poate fi reglat la diferite temperaturi, controlând astfel cantitatea de cernealã depusã într-un loc. În practicã, acest lucru înseamnã cã, culoarea este aplicatã într-un ton continuu si nu în puncte distincte ca la imprimantele inkjet. O culoare este asezatã peste întreaga paginã într-o trecere, începând cu galbenul si terminând cu negrul. Cerneala se aflã pe role mari sub formã de film ce contin coli pentru fiecare culoare, deci pentru o tipãrire A4, vom avea o coalã de mãrime A4 pentru galben, urmatã de alta pentru turcoaz si asa mai departe. Procedeul de sublimare a culorii necesitã o hârtie specialã deosebit de scumpã deoarece coloarantii trebuie sã difuzeze în hârtie si sã se amestece pentru a creea nuante precise de culoare. Viteza de tipãrire este scãzutã, tipic între 0,25 si 0,5 ppm.

Existã pe piatã la ora actualã unele imprimante “inkjet“ care defapt implementeazã tehnica sublimãrii culorii. Aceste imprimante diferã de cele cu sublimarea culorii prin faptul cã folosesc cartuse cu cernealã care pot acoperi o paginã doar rând cu rând. Cerneala este încãlzitã pentru a ajunge în stare gazoasã de un element de încãlzire care atinge temperaturi de pânã la 500° C (mai mult decât imprimantele cu sublimare de culoare obisnuite). Un exemplu al acestei tehnologii hibride este tehnica “Micro Dry” folositã în imprimantele Alps. Aceste imprimante au rezolutii de 600-1200 dpi, iar la unele modele cartusele standard pot fi schimbate cu unele spaciale (photo ink) pentru obtinerea unei calitãti fotografice.

Imprimante termice autocrome

Procesul de tipãrire termic autocrom (TA), care este considerat mai complex decât tehnologiile laser si inkjet, a apãrut recent pe piata imprimantelor ce sunt folosite împreunã cu o camerã digitalã. Hârtia TA contine trei straturi de pigmenti – turcoaz, mov si galben (cyan, magenta, yellow)– fiecare dintre acestia fiind sensibil la o anumitã temperaturã. Dintre acesti pigmenti, galbenul este sensibil la temperatura cea mai joasã, apoi movul si turcoazul. Imprimanta este echipatã cu capete de tipãrire termice si cu raze ultraviolete, iar hârtia este trecutã pe sub acestea de trei ori. La prima trecere, hârtia este încãlzitã în mod selectiv la temperatura necesarã pentru a activa pigmentul galben, care este apoi fixat cu raze ultraviolete înainte de a se trece la urmãtoarea culoare (mov). Desi ultima trecere (turcoaz) nu este urmatã de o fixare cu ultraviolete, imaginea final este mult mai rezistentã decât în cazul tehnologiei cu sublimare de cernealã.

Page 103: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Varianta mai simplã a acestei tehnologii este cea termicã monocromã, unde hãrtia este sensiblã la cãldurã, la o anumitã temperaturã înegrindu-se în zona care a fost încãlzitã.

Imprimante cu cearã termicã

Aceasta este o altã tehnologie specializatã – foarte similarã cu cea a sublimãrii culorii – care se preteazã foarte bine la tipãrirea pe coli transparente. Se folosesc role CMY sau CMYK care contin coli de plastic de dimensiunea unei pagini acoperite cu coloranti pe bazã de cearã. Puncte de cernealã sunt topite (în general puncte binare, desi existã unele modele high-end care pot produce puncte de diverse nivele de intensitate) pe o hârtie termicã specialã.

Rezolutia si viteza de tipãrire sunt scãzute – tipic 1 ppm la 300 dpi – fapt ce determinã utilizarea acestei tehnologii doar în aplicatii specializate.

Imprimante laser

Imprimanta laser foloseste o raza laser pentru a produce o imagine.Imaginea este creata ca o matrice de puncte foarte fine. Acest lucru permite creearea de imagini foarte detaliate de calitate asemanatoare imprimantelor de offset folosite la tiparirea cartilor si a revistelor.

Caracteristicile principale ale imprimantelor laser

Caracteristicile principale ale imprimantelor laser sunt viteza, rezolutia (finetea tiparirii), limbajul folosit, manevrarea hartiei. Deoarece folosesc o tehnologie non-impact, imprimantele laser sunt foarte silentioase si multi utilizatori privesc acest aspect ca pe un important criteriu in cumpararea unei imprimante de birou. Unele imprimante laser sunt de tip simplex (tiparesc doar pe o fata a foii de hartie) in timp ce altele sunt de tip duplex (pot tiparii pe ambele fete). Majoritatea imprimantelor laser sunt monocrome, dar exista si variante color.

Viteza

Imprimantele laser sunt disponibile intr-o larga varietate de viteze. Viteza este masurat in coli pe minut (p.p.m. - pages per minute ) sau pagini pe minut (i.p.m. – images per minute – unde imaginea este o pagina). In cazul imprimantelor simplex p.p.m si i.p.m. coincid, dar pentru imprimantele duplex (in principiu o imprimanta simplex care poate intoarce foaia de hartie) p.p.m. este aproximativ jumatate din i.p.m..

Viteza specificata de fabricant este viteza maxima la care motorul de tiparire (mecanismul care antreneaza hartia) poate functiona. La tiparirea paginilor simple (care nu au mult text sau imagini complicate) majoritatea imprimantelor ating aceasta viteza maxima, adr in cazul paginilor

Page 104: ECHIPAMENTE PERIFERICE

mai complexe este nevoie de o procesare mult mai indelungata facuta de controllerul de imprimare (procesor dedicat care formateaza datele in imagine ce pot fi tiparite). Datorita acestui timp de procesare se intampla uzual ca imprimantele sa functioneze cu o viteza de doar 10% din viteza maxima in cazul paginilor complexe.

Imprimantele laser color sunt un caz special cand se masoara viteza deoarece fiecare culoare de baza necesita cate o trecere separata prin mecanismul de tiparire. Majoritatea imprimantelor laser color folosesc patru culori de baza: Cyan, Magenta, Yellow si Black (CMYK) si pot tiparii in alb-negru sau color. In cazul tiparirii color, acestea functioneaza la un sfert din viteza de tiparire alb-negru; deci o imprimanta cu 30 p.p.m.alb-negru va functiona oar cu 7.5 p.p.m. in modul color.

Imprimantele laser sunt clasificate in functie de viteza, astfel exista: Imprimante personale (Personal Printers) - care tiparesc cam 4-5 ppm, Imprimante de birou (Office or Desktop Printers) – in domeniul 8-12 ppm, Imprimante pentru grupuri de lucru (Workgroup Printers) – care au viteze tipice cuprinse intre 15-30 ppm si Imprimante de productie (Production Printers) –care sunt imprimante foarte mari ce functioneaza cu peste 50 ppm. Cea mai rapida imprimanta de productie disponibila pentru tiparire pe foi individuale de hartie (cut-sheet stationary) ajunge la 135 ppm, dar unele imprimante specializate ce folosesc hartie continua (continous stationary , fan-fold paper) pot depasi 200 ppm.

Rezolutia

Rezolutia unei impimante laser este numarul de puncte tipografice (dots) pe care le poate tipari intr-o zona specificata. Imprimatele cu laser creeaza imaginile folosind o matrice de puncte numita imagine bitmap. Majoritatea imprimantelor laser tiparesc cu 300x300 puncte pe inch patrat (dots per square inch), adica 90.000 de puncte. Datorita faptului ca de obicei imprimantele au aceeasi rezolutie pe orizontala ca si pe verticala, se foloseste notatia dpi (dots per inch) care se refera la rezolutia pe ambele axe. Unele imprimante laser au rezolutii de 600 dpi sau 360.000 de puncte pe inch patrat. Evident, cu cat rezolutia este mai mare, cu atat mai fina si mai detaliata este imaginea tiparita.

Imprimantele mai vechi folosite pe mainframe-urile IBM aveau 240 dpi, care a fost rezolutia standard folosita de IBM pentru multi ani. Exista imprimante cu rezolutii 400 dpi si 800 x 400 dpi si unele imprimante specializate care au 1200 x 600 dpi.

La 300 dpi sau mai putin, ochiul uman poate distinge marginea neregulata cauzata de formarea imaginii din puncte. Odata cu lansarea imprimantelor desktop LaserJet III , firma Hewlett-Packard introduce o tehnica denumita Tehnologie de Imbunatatire a Rezolutiei ( RET- "Resolution Enhancement Technology" ) care automat insereaza puncte mai mici la marginea caracterelor pentru a egaliza conturul si a reduce efectul de neregularitate. Aceasta tehnica nu mareste rezolutia imprimantei, dar poate imbunatati calitatea imaginilor tiparite eliminand

Page 105: ECHIPAMENTE PERIFERICE

marginile grosiere. Tehnica de imbunatatire a rezolutiei a fost copiata de multe alte imprimante si se face referire la ea in mod comun sub denumirea de "edge enhancement".

Unele imprimante cum ar fi Xerox 4650 folosesc o tehnica numita interpolare. Xerox 4650 tipareste la 600 dpi dar pentru viteza poate procesa imagini la 300 dpi si automat sa le scaleze sau interpoleze la 600 dpi cand le tipareste. Aceste lucru e folositor la imprimantele de viteza mare deoarece o imagine 600 x 600 dpi contine de patru ori mai multe date decat la 300 x 300 dpi, si deci are nevoie de o putere de procesare de patru ori mai mare pentru a formata imaginea intr-un timp dat.

Limbajul imprimantelor

Limbajul folosit de imprimante este unset de comenzi folosite pentru a formata datele trimese de computer. Aceste comenzi sunt inserate in date de catre calculator si interpretate de imprimanta. Exista multe limbaje, unele specifice imprimantelor laser, altele pentru imprimante mai vechi si mai simple dar care pot fi interpretate de unele imprimante laser pentru compatibilitate cu software-ul mai vechi.

Alegere limbajului este foarte importanta deoarece majoitatea aplicatiilor suporta doar o parte din limajele folosite. Software-ul pentru mainframe-urile IBM si minicomputere suporta in mod uzual doar limbaje IBM. In mediul Macintosh, majoritatea aplicatiilor folosesc Adope PostScript – un limabaj industrial standard pentru descrierea paginilor complexe. In lumea PC-urilor aplicatiile suporta in mod normal o varietate de limabaje.

Limbajele pentru imprimante pot fi impartite in doua categorii: limaje de descriere a paginii (PDL – Page Description Languages) si limbaje cu coduri Escape. Limbajele descriptive sunt in general mai versatile si mai sofisticate permitand creearea unor pagini mai complexe si se preteaza unor documente tipografice avansate cum ar fi: materiale de prezentare, manuale tehnice, cataloage, brosuri, etc... Limbajele de descriere sunt uzual folosite de pachete software care produc documente complexe cu formatari de nivel superior, cum ar fi: programe de grafica, editoare de texte avansate, calcul tabelar cu posibilitati grafice, etc...

Limbajele cu coduri Escape sunt in general caracterizate de structura comenzilor pe care le folosesc, fiecare comanda este precedata de un cod special (in mod normal codul Escape ( 1B hexazecimal, 27 zecimal) - de aici si numele limbajului) cu semnificatia ca urmatoarele caractere formeaza o comanda si nu date de tiparit. Aceste limabje nu ofera flexibilitatea PDL-urilor, si se preteaza unor documente mai simple cum ar fi: scrisori, baze de date, grafice simple. Chiar daca pot folosi un set de fonturi diferite, limabajele bazate pe coduri escape, pot tipari text doar intr-un numar limitat de marimi, nu pot folosi efecte speciale cum ar fi: tiparirea textului sub un anumit unghi sau de-a lungul unei curbe.

Principalul dezavantaj al limbajelor de descriere a paginii este ca necesita mai multa putere de procesare, deci imprimantele ce folosesc PDL formateaza datele mai greu decat imprimantele cu coduri Escape. Singura metoda de a depasi acest dezavantaj este de a face controllerul imprimantei mai puternic, de aici rezultand faptul ca imprimantle PDL sunt in general mai scumpe decat cele ce folosesc coduri Escape. Un alt dezavantaj este faptul ca aplicatiile mai vechi nu folosesc limabje PDL si deci majoritatea imprimantelor PDL au un limbaj Escape incorporat pentru compatibilitate.

Imprimantele laser sunt foarte atractive pentru utilizatorii ce lureaza cu grafice datorita calitatii oferite de ele. Prin urmare, unele imprimante laser au posibilitatea de a emula alte dispozitive de desenare de grafice cum ar fi ploterele. Majoritatea ploterelor cu creion folosesc un limbaj denumit HPGL (Helwett-Packard Graphics Language), si este uzual pentru o imprimanta laser sa poata folosi HPGL. Cum majoritatea imprimantelor laser sunt monocrome si pot lucra doar cu

Page 106: ECHIPAMENTE PERIFERICE

formate mici de hartie, in timp ce majoritatea ploterelor cu creion sunt folosite cu creioane colorate si dimensiuni foarte mari ale hartiei, imprimanta laser este folosita pentru a tipari o schita preliminara. Acest lucru este foarte folositor deoarece un desen complex poate dura mai mult de 30 de minute pe un ploter in timp ce schita este tiparita de imprimanta in cateva secunde.

Manevrarea hartiei

Imprimantele laser folosesc in mod normal foi independente de hartie (cut-sheet stationary), doar putine imprimantele de mare viteza folosesc hartie continua (continous stationery). Marimea paginii folosite este fixata de marimea tavitei de intrare (input tray – cutia pentru hartie care intra in mecanizmul de antrenare al hartiei). Majoritatea imprimantelor laser au tavite de dimensiune standard, care in America de Nord este "Letter" (8.5" x 11"), iar in restul lumii este A4 (210mm x 297 mm). Alte marimi de hartie pot fi uitlizate folosind diferite tavite sau prin inserare manuala (mnual feed). Unele modele de imprimante au tavite ajustabile capabile sa primeasca o varietate de formate de hartie.

In afara de hartie, majoritatea imprimantelor laser pot tipariii si pe alte materiale ca: carton subtire, etichete adezive , coli transparente si plicuri.

Numarul si capacitatea tavitelor pentru hartie poate varia foarte mult in functie de marimea si tipul imprimantei. Majoritatea imprimantelor au tavite cu capacitate de aproximativ 100 de coli standard, imprimantele desktop - apox. 250 coli cu posibilitatea de a monta doua tavite simultan imprimantele workgorup – aprox. 1000 coli in tavi cutii special cu motor de antrenare, imprimantele de productie – mai multe containere cu cate 2500 coli fiecare

Simplex & Duplex

Majoritatea impriantelor desktop sunt de tip simplex, adica pot tipari pe o singura parte a colii de hartie. Cateva imprimante desktop mai mari au o unitate duplex optionala care poate intoarce fiecare coala de hartie pentru a putea fi tiparita pe ambele parti.

Imprimantele duplex tiparesc pe o parte a colii dupa care intorc foaia si tiparesc si pe cealalta parte, deci e nevoie de doua operatii de tiparire. Datorita acestui lucru, imprimntele duplex au viteza jumatate sau mai mica dacat in modul simplex. Imprimantele duplex sunt deobicei mai putin fiabile decat cele simplex, deoarec mecanismul de intoarcere a foii este destul de complicat si este posibil ca hrtia sa se agate dupa ce o parte a fost deja tiparita. La unele imprimante apare efectul de deplasare (skew) datorita sistemului de antrenare al colii de hartie care nu este intotdeauna perfect; acest efect este mult mai evident la tiparirea duplex (pe ambele fete ale colii de hartie).

Textul

Imaginea unei pagini tiparite contine doua elemente: textul si grafica. Acestea pot fi descrise in mai mult moduri, si diferite modele de imprimnte lasr folosesc metode diferite pentru a construi imginile pe o pagina.

Termenul "text" descrie literele si celelalte simboluri de pe o pagina, care formeaza cuvintele intr-un limbaj. Orice element de pe o pagina care nu este o poza sau o ilustratie grafica este text. Textul ese format din litere predefinite si simboluri care sunt sunt in mod normal inmagazinate in imprimanta ca fonturi. Fonturile sunt structuri complexe care au cateva caracteristici principale, cum ar fi: setul de caractere, fata (typeface), stilul (typestyle), dimensiunea si orientarea.

Page 107: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Setul de caractere

Setul de caractere este o colectie de simboluri. Exista cateva mii de caractre uitlizate in limbi diferite si inmagazinarea lor ar necesita o mare dimensiune a memoriei. Pentru a depasi aceasta problema, carcterele sunt grupate in colectii de seturi care contin literele si simbolurile folosite intr-o anumita limba sau grup de limbi. Exista seturi de caractere folosite pentru anumite limbi si seturi ce contin caractere mai putin folosite (simboluri matematice sau decorative). In acest fel fiecare font contine doar o submultime a caracterelor posibile, numita set de caractere.

Fata caracterelor (Typeface )

Fata semnifica reprezentarea vizuala a caracterelor, design-ul lor. Unele feta sunt foarte clare si usor de citi, altele sunt foarte ornate si decorative, unele sunt construite pentru o cat mai buna utilizarea a sptiului unei pagini, iar altele sunt concepute pentru a putea fi citite atat de oameni cat si de dispozitive (OCR - Optical Character Recognition);

Ex.: "Times New Roman", "Courier New","Arial", "Bookman Old Style"

Stilul caracterelor (typestyle)

Fata de caracter este disponibila intr-o varietate de combinatii de grosime si inclinatie. Acesti factori combinati formeaza stilul. Exista multe stiluri, dar cele mai des folosite in imprimntele laser sunt: Roman (normal), Italic (cursiv), Bold (ingrosat), Bold-Italic (cursiv-ingrosat).

Dimensiunea caracterelor

Caracterele sunt in mod normal masurate dupa inaltime, aceasta determinand intervalul dintre linii. Unitatea de masura a inaltimii caracterelor vine din industria de tipografica si este "punctul tipografic" ("point" abreviat "pt."). Un punct tipografic este a 72-a parte dintr-un inch. In unele imprimante fonturile sunt memorate la diferite dimensiuni (10pt., 12pt.), iar in alte fontul este memorat intr-o forma generica care poate fi apoi scalta la orice dimensiune la cerere.

Orientarea caracterelor

In mod normal o linie de text este tiparita paralel cu latura mai scurta a colii de hartie (portret), dar pot fi tiparite si paralel cu latura lunga a colii (landscape – peisaj). Majoritatea imprimantelor pot roti automat textul intre portet si pesaj, dar modelele mai vechi trebuie sa memoreze cele 2 orientyri in doua fonturi diferite. Imprimantele mai avansate pot roti caracterele la orice unghi, permitand tiparirea de text in diagonala, text care urmareste o curba sau alte efecte.

Elemente grafice

Termenul de "grafic" descrie orice element de pe pagina care nu este caracter, astfel o linie sau o poza sunt elemente grafice. Graficele pot fi descrise unei imprimante fie ca o matrice de puncte (grafica bitmap), fie ca o colectie de linii (grafica vectoriala).

Grafica Bitmap

Grafica de tip bitmap este compusa din imagini grafice (ilustratii, poze) care sunt trimise imprimantei ca o matrice de puncte. Fiecare punct este uzual fie negru fie alb si aceste puncte formeaza o imagine. Deoarece punctele l o imprimanta laser sunt foarte fine, o imgine bitmap

Page 108: ECHIPAMENTE PERIFERICE

contine multa informatie. Aceasta informatie trebuie trimisa de calculator si memorata de imprimanta, deci e nevoie de un timp relativ mare pentru a trimite informatia si de o capacitate mare de memorie a imprimantei. Imprimantele laser formeaza pagina ca o matrice de puncte, deci este un proces simplu pentru imprimanta sa tipareasca imaginea bitmap pe foia de hartie; din acest motiv, grafica bitmap este folosita la imprimantele mai ieftine cu putere de porcesare mai mica si la imprimantele de mare viteza.

Grafica vectoriala

Multe imagini grafice (ilustratii) pot fi definite ca o multime de linii si curbe. Acestea sunt referite ca grafice vectoriale deoarece fiecare linie este descrisa ca un vector matematic care defineste calea dintre doua puncte (coordonate) pe pagina. Un vector necesita relativ putina informatie pentru a-l descrie indiferent de dimensiunea sa. majoritatea vectorilor pot fi descrisi de coordonatele de inceput si sfarsit, grosimea liniei si culoarea (nuanta de gri la imprimante alb-negru). Curbele pot fi descrise ca o serie de vectori, sau printr-o ecuatia matematica. Astfel o imagine mare si complicata poate fi descrisa folosind relativ putina informatie, deci poate fi transmisa repede de la computer la imprimanta , unde necesita un spatiu mic de memorie. Cnd imprimanta tipareste o pagina folosind grafica vectoriala, trebuie sa converteasca vectorii intr-o matrice de puncte (bitmap) pentru tiparirea propriu-zisa. Acest proces necesita putere mare de procesare, deci grafica vectoriala este suportata de obicei doar de modelele mai scumpe de imprimante. Unele imagini, cum ar fi fotografiile nu pot fi descrise folosind grafica vectoriala, deci toate imprimantele au posibilitatea de a tiparii grafica bitmap care poate fi folosita la descrierea oricarui tip de imagine.

Functionarea imprimantelor laser

Imprimantele laser folosesc acelasi proces de tiparire ca si fotocopiatoarele. Diferenta dintre imprimante laser si fotocopiatoare este in modul in care imaginea este creata inainte de tiparire. Intr-un fotocopiator pagina ce va fi copiata este scanata folosind o lumin foarte intensa si lumina reflectata de zonele albe sau deschise la culoare este folosita pentru a descarca un fotoreceptor. Fotoreceptorul este o suprafata care poate fi incarcata electrostatic si apoi descarcata prin expunerea la lumina. Lumina reflectata la un fotocopiator descarca fotoreceptorul corespunzator zonelor albe ale paginii, lasandu-l incarcat doar in dreptul onelor inchise la culoare si astfel creeaza o imagine electrostatica a paginii ce trebuie copiata. Intr-o imprimanta laser, o raza laser este folosita pentru a descarca zone ale fotoreceptorului creeind astfel o imagine electrostatica a paginii ce va fi tiparita. Imprimantele care creeaza imaginea folosind laserul pentru a descarca zonele de fundal ce nu vor fi tiparite sunt denumite imprimante "write-white". Fotocopiatoarele sunt de tipul write-white si deci si primele imprimante color au fost tot de acest tip, dar acum majoritatea imprimantelor laser sunt de tipul write-black, deoarece acest mod permite optinera unei mai bune calitatati in cazul liniilor foarte subtiri. Imaginea este creata de controlerul de tiparire, un procesor dedicat al imprimantei, si este apoi trimisa motorului de tiparire (print engine) care controleaza laserul si face celelalte operatiuni mecanice necesare tiparirii.

Controlerul de tiparire (printer controller)

Controlerul de tiparire este un procesor dedicat care creaza o imagine din comenzile primite de la calculatorul care trimite documentul de tiparit. Controlerul trebuie sa indeplineasca mai multe sarcini,ca: comunicarea cu computerul gazda, interpretarea comenzilor primite (comenzile sunt inlobate in datele trimise imprimantei), formatarea (setarea dimensiunii si marginilor hartiei, selectia fonturilor, etc.), rasterizarea (creearea unei imagini ca o matrice de punctegat de a fi trimisa laserului), si in final trimiterea imaginii moturului de imprimare. Diferitele limbaje de tiparire trimit comenzi diferite controlerului si diferiti producatori folosesc diverse designuri pentru controlere, deci fiecare model de controler functioneaza in moduri putin diferite, dar toate au

Page 109: ECHIPAMENTE PERIFERICE

acelasi efect. Urmatoarel paragrafe descriu functiile generice indeplinite de controler pentru a formata un document spre tiparire.

Comunicatia

Functiile de comunicatie ale controlerului "vorbesc" cu computerul care trimite documentul ce va fi tiprit. Primeste date de la calculator printr-un port de comunicatii si ii spune computerului cand sa stopeze trimiterea datelor pentru a putea procesa datele deja primite si cand sa reinceapa sa transmita ( acest proces este cunoscut sub numele de "handshaking", exista mai multe tipuri de protocoale de tip handshaking, protocolul folosit depinzand de tipul de calculatr si port de comunicatii folosit). Multe imprimante de birou sau desktop au mai multe porturi, permitand conectarea simultana cu mai multe computere, caz in care, functia de comunicatie se face cu toate calculatoarele in mod concurent.

Job spooling

Pe masura ce primeste datele de la calculator, functia de comunicatie, fie trimite datele direct interpretorului ori le memoreaza intr-o coada. Sistemul de inmagazinare este denumit Job Spooling, si este folosit in grupuri de lucru foarte mari sau la imprimantele de productie. Datele care sosesc sunt memorate in mod normal pe un hard-disk din interiorul imprimantei si pot fi pastrate pana cand operatorul imprimantei le activeaza pentru tiparire. La imprimantele de productie acesta este modul uzual de lucru, deoarece calculatorul poate trimite date imprimantei oricand, iar operatorul imprimantei poate tiparii decat in anumite momente cand este pregatit. In imprimntele de workgroup, se foloseste job spool pentru mentinerea datelor pana cand interpretorul este pregatit (termina de tiparit jobul curent), punct in care jobul este automat tiparit. Cand mai multi utilizatori folosesc imprimanta, ei pot trimite simultan documente, iar imprimanta le va stoca in job spool pana cand este gata sa le tipreasca. La tiparirea mai multor copii ale unui document, acesta este trimis o singura data catre job spool, iar de acolo imprimanta in tipareste de cate ori este nevoie.

Interpretarea

Functia de interpretare a controlerului, numita interpretor, examineaza datele trimise de computer si identifica comenzile inlcuse in date. Comenzile se pot imparti in cateva categorii, cum ar fi: controlul imprimantei, formatarea paginii, managementul fonturilor, asezarea textuli si grafica, si trebuie aranjate si trimse formatorului in ordinea si cu prioritatea corecta, de asemenea comenzile invalide sau incorecte trebuie procesate si semnalate utilizatorului. Interpretorul este de regula resposabil pentru implementarea comenzilor de control ale imprimantei, acestea fiind comenzi care realizeaza diferite operatii cum ar fi: selectarea modului duplex sau simplex, modul manual de introducere a colilor si alte comenzi de control care nu se refera la modul de formatare a paginii. In unele imprimante interpretorul mai poate avea in plus si rolul de a traduce comenzile intr-o forma prescurtata pe care formatatorul o poate utiliza mai eficient.Interpretoul trimite datele de tiparire structurate catre formatator.

Formatarea

Functia de formatare a controlerului denumita si formatator, preia datele structurate si aranjeaza pagina. Prima prioriteta este evident setarea dimensiunii colii si apoi marginile acesteia; pana cand acest lucru nu e realizat, lungimea liniilor este necunoscuta. Cand lungimea liniilor este setatta, formatatorul poate aranja textul. Unele aplicatii trimit toate comenzile de care este nevoie pentru a pozitiona textul in pagina, specificand exact locul in care va fi plasat fiecare caracter si deci formatatorul are foarte putine lucruri de facut, in schimb, alte program trimit un minim de comenzi si asteapta ca formatatorul sa se ocupe de detaliile plasarii caracterelor. Odata

Page 110: ECHIPAMENTE PERIFERICE

ce formattorul a determinat cate caractere incap pe o linie, insereaza o comanda de linie noua. Formatattorul aseaza textul pana cand ajunge la sfarsitul paginii sau al documentului. Deasemena formatatorul proceseaza graficele de pe pagina, convertind garfica vectoriala in grafica bitmap si controland validitatea fiecarui bitmap trimis catre printer. Cand pagina este formatata complet, formatatorul o trimite, sub forma unui set foarte detaliat de comenzi ce specifica fontul si pozitia fiecarei litere si pozitia fiecarei imagini bitmap, la rasterizator.

Nota despre fonturi

Fonturile de imprimanta se gasesc in doua varietati: bitmap si outline. In cazul fontului bitmap fiecare litera este stocata ca o colectie de puncte, gata pentru a fi tiparita. Un font de tip outline este stocat ca un set de ecuatii care definesc liniile ce compun marginea fiecarei litere. Cand se foloseste un font outline, ecuatiile sunt folosite pentru trasarea marginilor literelor, care apoi sunt umplute cu puncte pentru a crea bitmap-ul. Ca ecuatii, fonturile outline pot fi scalate la orice marime si rotite cu orice unghi, in schimb, fonturile bitmap nu pot fi scalate si pot fi rotite in mod normal doar cu cate 90°. Convertirea fonturilor outline in bitmap cere o putere de procesare considerabila, deci fonturile outline se gasesc in mod normal doar pe imprimante mai puternice. Fonturile outline sunt convertite la bitmap imediat inainte ca datele sa fie trimise rasterizatorului, iar bitmap-urile sunt stocate temporar intru-un spatiu de memorie numit font cache.

Rasterizarea

Rasterizarea este stadiul final al procesului de pregatire a unei imagini pentru tiparire, si consta in convertirea comenzilor primite de la formatator intr-o matrice de puncte care va fi folosita de catre laser. Bitmap-ul fiecarui caracter din text este plasat la pozitia specificata in matrice, apoi este suprapusa matricea cu grafica bitmap pentru formarea imaginii ce va fi tiparita. Deoarece o matrice de puncte pentru o intreaga pagina poate fi foart mare, exista metode alternative de constructie a matricii; poate fi reaalizata ca un buffer de pagina (Page Buffer), sau ca mai multe buffer-uri de banda (Band Buffers). Odata matricea terminata, este trimisa motorului de tiparire, unde laserul o scrie pe fotoreceptor.

Buffer-ul de pagina (Page Buffer)

Bufferul de pagina este o matrice de puncte suficient de mare pentru a acoperi o intreaga pagina; fiecare punct pe un printer monocrom este 1 digit binar. Aceasta tehnica este cea mai simpla de programat, dar are nevoie de multa memorie. Pentru o imagine A4 la 300 dpi, este nevoie de aproximativ 1 MegaOctet de memorie (((11,66 x 8,27) x 300˛) / 8), la 600 dpi este nevoie de 4Mo. Aceasta cerere de spatiu de memorie poate fi scazuta simtitor folosind tehnici de

Page 111: ECHIPAMENTE PERIFERICE

compresie, dar tot ramane desul de mare, iar in plus, unele imprimante au cate 2 Page Buffers pentru ca o in timp ce o pagina este trimisa la laser, alta pagina sa poata fi rasterizata.Unele imprimante duplex necesita mai multe Page Buffers pentru a putea forma o coada in mecanismul de intoarcere al paginilor, iar imprimantele color au nevoie de cate un buffer de pagina pentru fiecare culoare, deci de patru ori mai multa memorie decat imprimantele alb-negru.

Buffer-ul de banda (Band Buffer)

Alternativa la tehnica buffer-ului de pagina este buffer-ul de banda. In acest caz, pagina este divizata in mai multe benzi orizontale. Rasterizatorul construieste o banda, apoi pe urmatoarea in timp ce prima banda este trimisa catre laser. Dupa ce prima banda a fost trimisa laserului, a doua banda este trimisa, in timp ce memoria folosita pentru prima banda este refolosita pentru a treia banda, si tot asa. Aceasta tehnica necesita mult mai putina memorie decat bufferul de pagina si deaceea este mai ieftina. Doua benzi, fiecare cu inaltimea de 64 de punctesi cu latimea de 8,5 inchi la 300 dpi au nevoie de aproximativ 40Ko spatiyu de memorie.

Motorul de tiparire (Print Engine)

Motorul de tiparire este un mecanism care transcrie matricea de puncte creata de controler intr-o imagine tiparita. Motorul de tiparire incorporeaza un mic procesor care controleaza motoarele si circuitele electrice, dar mult mai simplu decat controlerul de tiparire. La imprimantele mici, controlerul de tiparire este in aceasi carcasa cu motorul de tiparire, dar la imprimantele mari, controller-ul se afla intr-o carcasa separat si poate avea un display si o tastatura atasate pentru accesul unui operator.

Page 112: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Motorul de tiparire include urmatoarele componente majore: asamblul de scanare cu laser, fotoreceptorul, magazia de toner, unitatea (rola) de developare, electrozii, lampa de descarcare, rolele de fixare a tonerului (fuser), transportorul hartiei, mecanismul de alimentare cu hartie, tavita de iesire a hartiei.

Ansamblul de scanare cu laser

Ansamblul de scanar cu laser, numit si Raster Output Scaner (ROS), cuprinde un laser, o oglinda rotativa si o lentila. Laserul emite cate un puls foarte scurt de lumina pentru fiecare punct care va fi tiparit ( sau pentru punctele albe in cazul imprimantelor write-white). Oglinda deviaza raza laser pe axa orizontala pentru a pozitiona punctul in cadrul liniei, iar lentila corecteaza pozitionarea razei pentru a contracara efectul de divergenta cauzat de faptul ca marginea fotoreceptorului este la distanta mai mare de oglinda decat centrul sau. Actionarea laserului si a oglinzii sunt sincronizate foarte bine, astfel incat fiecare puls laserare diametrul unui punct si fiecare puls succesiv este la un punct distanta de-a lungul liniei fata de cel anterior. Oglinda deviaza raza laser doar pe o axa, deplasarea pe cealalta axa fiind obtinuta prin miscarea fotoreceptorului.

Fotoreceptorul

Fotorecptorul este in mod normal un cilindru sau tambur. Unele imprimante si copiatoare folosesc o centura continua in locul tamburului, dar principiul de operare este acelasi. Fotoreceptorul are o suprafata foarte neteda care se poate incarca electrostatic si care este descarcata de lumina. Inaintea expunerii la raza laser fotorecptorul este incarcat uniform de electrodul de incarcare. Cand raza laser plaseaza un punct de lumina pe fotorecptor, acest punct se descarca si astfel se creeaza un model de puncte descarcate. Fotoreceptorul se roteste incet si constant, iar laserul este sincronizat in asa fel incat fiecare linie orizontala de puncte produse de acesta sa fie la distanta de un punct sub linia precedenta ( cu toate ca fotoreceptorul se roteste in mod continuu, punctele apar totusi intr-o linie dreapta deoarece laserul scaneaza fotorecptorul foarte rapid si deci distorsiunile sunt foarte mici). In acest mod un model de puncte cu sarcina electrostatica este creeat pe fotoreceptor.

In timp ce fotoreceptorul se roteste, trece pe langa unitatea de developare, unde la imprimantele de tip write-black punctele descarcate electrostatic de pe fotoreceptor atrag toner de pe unitatea de developare care este incarcata electrostatic (la imprimantele de tip write-white, zonele incarcate electrostatic atrag toner de pe unitatea de developare care este neincarcata) pentru a forma un model din toner in forma incarcarii electrostatice modificate de laser.

Fotoreceptorul continua sa se roteasca, iar zona cu toner ajunge la o distanta foarte mica de hartie, care se misca in aceeasi directie si cu aceeasi viteza ca si fotoreceptorul. Sub hartie se gaseste electrodul de transfer ( acesta este de fapt un cablu aflat la un potential foarte mare care creeaza un camp electric in jurul sau). Electrdul incarca electrostatic hartia, care la randul ei atrage tonerul de pe fotoreceptor formand un desen in forma imaginii incarcarii electrostatice "scrise" de laser.

Faza finala in rotatia fotoreceptorului este trecerea pe langa lampa de descarcare. Aceasta expune intreaga latime a fotoreceptorului la lumina pentru a sterge potentialele electrostatice reziduale inainte ca fotoreceptorul sa-si incheie rotatia completa si sa ajunga din nou in dreptul electrodului de incarcare.

Page 113: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Magazia de toner

Magazia de toner este recipientul in care este depozitat tonerul. Poate fi construita in aceasi carcasa cu fotoreceptorul (caz in care acest ansamblu se numeste cartus de imprimare) sau poate fi separata. Tonerul este un praf foarte fin, negru sau colorat, compus din granule de plastic care sunt atrase de o sarcina electrostatic. Tonerul formeaza imaginea propriu-zisa pe hartie. Magazia de toner alimenteaza unitatea de developare.

Unitatetea (rola) de developare

Unitatea de developare consta intr-o rola magnetica acoperita cu particule magnetice fine, "developer" (similare cu pilitura de fier dar mult mai fine). Particulele magnetice se comporta ca o "perie" foarte fina. In timp ce rola se roteste, trece pe langa magazia de toner si prin efectul de periere al developerului aduna un strat subtire de particule de toner. Rola trece si pe langa fotoreceptor si pe masura ce particulele de toner sunt atrase de sarcina electrostatica a acestuia, "sar" pe zonele cu potential electrostatic pentru a creea un model cu forma imaginii electrostatice produse de laser.

Electrozii (corotrons)

Exista mai multi electrozi intr-o imprimanta laser: de incarcare, de transfer si de descarcare (detac). Un electrod este un fir cu o tensiune foarte mare. Voltajul ridicat creeaza un intens camp electric in jurul firului, cauzand ionizarea aerului din imprejurimi si rezultand in aplicarea unei sarcini electrostatice unei suprafete. Odata cu ionizarea aerului de catre campul electric se produce ozon, care este un gaz coroziv, si deci imprimantele mici moderne folosesc in locul electrozilor role incarcate electrostatic care cauzeaza o ionizare si o productie minima de ozon si de aceea sunt mai ecologice si produc mai putin miros, dar aplica o sarcina electrostatica unei suprafete in acelasi mod ca si un electrod.

Electrodul de incarcare

Electrodul de incarcare incarca electrostatic suprafata fotoreceptorului inainte ca aceasta sa fie "scrisa" de raza laser pentru a asigura o incarcare uniforma pe toata suprafata fotoreceptorului.

Electrodul de transfer

Electrodul de transfer incarca electrostatic hartia pentru a atrage tonerul de pe fotoreceptor pe suprafata sa.

Electrodul de descarcare (detac corotron)

Odata ce hartia a trecut de fotoreceptor si a atras tonerul, electrodul de descarcare anuleaza sarcina electrostatica a colii de hartie pentru a preveni lipirea acesteia de fotoreceptor sau de alte coli (hartia incarcata electrostatic este foarte greu de manuit deoarece colile raman lipite intre ele).

Lampa de descarcare

Odata ce fotoreceptorul a trecut de hartie si a transferat stratul de toner pe aceasta, lampa de descarcare expune intreaga latime a fotoreceptorului la lumina pentru a "sterge" imaginea

Page 114: ECHIPAMENTE PERIFERICE

electrostatica "scrisa" de laser. Lampa de descarcare in cazul majoritatii imprimantelor cu mici moderne este de fapt o line de LED-uri (Light Emitting Diodes), care sunt mult mai fiabile decat un bec electric.

Rolele de fixare a tonerului (fuser)

Stadiul final al procesului de tiparire este fixarea tonerului pe hartie. Cum tonerul este un praf foarte fin de plastic, odata transferat de pe fotoreceptor se aseaza pe coala de hartie intr-un strat foarte subtire, dar care nu este fixat de nimic si deci poate fi foarte usor indepartat de pe hartie distrugand astfel imaginea abi creeata. Pentru a fixa permanent tonerul pe hartie, acesta este incalzit prin trecerea printr-o pereche de role foarte fierbinti, si astfel plasticul se topeste si patrunde intre fibrele hartiei si este "lipit" de aceasta. Odata ce imaginea a fost fixata, procesul de tiparire este incheiat.

Transportorul hartiei

Mecanismul de transport al hartiei este partea mecanica a imprimantei laser. Transportorul deplaseaza hartia prin imprimanta cu ajutorul unur role motorizate. Deoarece miscarile fotoreceptorului, rolei de developare si hartiei trebuie sa fie sincrone, mecanismul de transport al hartiei este de obicei responsabil pentru si pentru rotirea rolei de developare si a fotoreceptorului, care sunt conectate intre ele prin roti dintate sau curele de transmisie.

Mecanismul de alimentare cu hartie

La imprimantele de birou, alimentarea cu hartie se face din tavi sau casete care sunt de obicei de dimensiune fixa si pot tine intre 100 si 250 de coli. Unele imprimante personale au tavi ajustabile, iar majoritatea imprimantelor mari industriale au mecanisme de alimentare ajustabile care nu folosesc tavi. Imprimantele industriale au nevoie mari cantitati de hartie, uzual cam 2500 de coli per alimentator, deci pentru a asigura alimentarea in bune conditii cu coli a mecanismului de antrenare a hartiei, alimentatoarele de mare capacitate includ un mecanism de ridicare cu motor care aduce hartia la inaltimea necesara.

Page 115: ECHIPAMENTE PERIFERICE

O imprimanta poate avea mai multe alimentatoare, unele modele permitand introducerea simultana a pana la 5 tavi in imprimanta. In cazul alimentatoarelor multiple, fiecare tavita poate fi umpluta cu tipuri diferite de hartie cum ar fi colile cu antet sau colile de diferite dimensiuni. Imprimanta va primi in acest caz comenzi de la calculator ce specifica ce tavita sa foloseasca.

Tava de iesire a hartiei

Aici sunt depuse colile dupa ce au fost tiparite. Unele imprimante au mai multre tavite de iesire, permitand separarea mai multor documente tiparite, totusi majoritatea imprimantelor au doar 2 tavi: "face up" si "face down".

Tava "face up" primeste hartia cu partea tiparita in sus, deci documentele cu mai multe pagini sunt primite in ordine inversa (coala 2 peste coala 1).

Tava "face down" primeste colile cu partea tiparita in jos si astfel documentele cu mai multe pagini sunt primite in ordinea corecta (coala 2 sub coala 1). Din acest motiv tava "face down" este tava principala a imprimantelor si trebuie sa fie capabila sa stocheze cat mai multe coli, cel putin la fel de mult ca tavile de alimentare (pentru a putea mari timpul in care imprimanta poate fi lasata nesupravegheata.

Calea hartiei

Pentru a avea dimensiuni cat mai compacte, in majoritatea imprimantelor calea uramta de hartie are mai multe schimbari de directie. Cu cat raza curburii indoiturii in calea hartiei este mai mica cu atat este mai probabil ca hartia sa se blocheze in acel loc. Cu cat hartia sau cartonul folosit sunt mai rigide, cu atat este mai probabil sa cauzeze o blocare la indoituri. Pentru a preveni aceste neajunsuri, la majoritatea imprimantelor mici se poate face alimentarea manuala cu hartie, astfel eliminandu-se o parte din aceste indoituri in calea hartiei. In multe imprimnate este chiar posibil ca printr-o combinatie de alimentare manuala si tavi de iesire "face-up" sa se elimine total indoiturile in calea hartiei, obtinandu-se astfel o cale dreapta pentru materialele mai rigide la care exista pericolul blocarii.

Tipuri de imprimante laser

Imprimantele laser se impart in mai multe categorii, determinate in primul rand de dimensiunile si capacitatea lor de tiparire. Astfel, apar urmatoarele categorii: personale, de birou, pentru grupuri de lucru (Workgoup), industriale si color.

Imprimantele personale (Personal Printers)

Imprimantele laser personale sunt foarte mici. Acestea sunt astfel construite pentru pentru a putea incapea pe un birou impreuna cu alte echipamente si se conecteaza la un singur calculator pentru a fi folosite de un singur utilizator. Toate imprimantele personale sunt de tip simplex, deoarece un mecanism duplex le-ar fi marit dimensiunile.

Ca imprimante destinate unui singur utilizator, majoritatea imprimantelor personale nu sunt foarte rapide si tipic tiparesc cam 4 ppm. Aceste imprimante pot tin relativ putine coli de hartie (tipic 100) si de obicei au o tava simpla ajustabila.

Majoritatea imprimantelor personale au un port de comunicatii paralel Centronics pentru a se conecta la calculator. Unele modele sunt echipate si cu un port serial. Imprimantele personale

Page 116: ECHIPAMENTE PERIFERICE

destinate folosirii cu computere Apple Macintosh includ un port de comunicatii Appletalk in schimbul portului paralel.

Unele imprimante personale posibilitatea cuplarii unor cartuse ROM ce contin fonturi aditionale sau emulari de limbaje de printare, aceste optiuni marind insa pretul de cost.

Imprimantele de birou (Office Printers)

Imprimantele laser de birou au dimensiuni mai mari decat cele personale, dar sunt totusi destul de mici pentru a incapea pe un birou alaturi de un calculator. Ele pot fi folosite de o singura persoana sau impartite de un grup mic de utilizatori.

Imprimantele de birou intra de obicei in categoria de viteza 8-12 ppm, indeajuns de rapid pentru a justifica folosirea lor in comun de un grup ocazional de uitlizatori. Aceste imprimante au in general un singur dispozitiv de alimentare cu hartie cu o tavita de dimensiune fixa ce poate stoca in jur de 250 de coloi, cu posibilitatea de a adauga un al doilea alimentator atasat la baza imprimantei. Majoritatea modelello au si optiunea de alimentare manuala fara a fi nevoie de golit tava principala de alimentare.

De obicei imprimantele de birou au si interfata Centronics paralela si port serial, acestea putand functiona simultan permitand cuplarea a cel putin doua calculatoare. Majoritatea imprimantelor de birou au si posibilitatea adaugarii unui card de comunicatii multi-user ce suporta alti patru uitlizatori sau o interfata de retea ce permite conectarea imprimantei la o retea de calculatoare. Unele modele au si interfetele Appletalk sau Ethertalk pentru cinectarea la calculatoarele Apple Macintosh.

Larga varietate de optiuni de comunicatie pentru imprimantele de birou permite ca ele sa poata fi folosite in multe configuratii. In unele cazuri imprimantele de birou pot fi conectate si la un calculator local si la un server dintr-un alt loc, eliminand astfel necesitatea unei imprimante dedicate pentru fiecare calculator.

Majoritatea imprimantelor de birou au posibilitatea de adaugare a unul sau doua cartuse ROM cu fonturi aditionale sau emulari de limbaje de tiparire.

Imprimantele de birou sunt de obicei de tip simplex, dar cateva modele au optional si un mecanism duplex. De asemenea foarte putine imprimante de acest tip au un sistem de tavi de iesire multiple.

Imprimantele pentru grupuri de lucru (Workgroup Printers)

Aceste imprimante sunt destinate in mod explicit pentru a fi impartite intre un numar de utilizatori intr-o retea. Majoritatea sunt destul de mari pentru a nu putea fi asezate pe un birou. Ca dispozitive utilizate in comun, acestea sunt construite pentru a functiona nesupravegheate, deci pot tipari fara interventia unui operator uman perioade de timp lungi.

Ca dispozitive multi-user, aceste imprimante trebuie sa poata tipari relativ repede (15-30 ppm). De asemenea pot stoca mari cantitati de hartie (1500-2500 coli) in tavi de diverse dimensiuni. Majoritatea imprimantelor workgroup nu ofera posibilitatea alimentarii manuale pentru a nu intrerupe activitatea celorlalti utilizatori.

Uzual, imprimantele destinate grupurilor de lucru au si interfata Centronics paralela si port serial. De asemenea, pentru a putea fi folosite in retele de calculatoare, ele au un slot pentru un card de interfata cu reteaua de mare viteza.

Page 117: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Putine imprimante de tip workgroup ofera posibilitatea adaugarii de cartuse ROM cu fonturi suplimentare, majoritatea au insa un hard-disk incorporat . Hard-diskul asigura incarcarea unei largi varietati de fonturi necesare pentru mai multi utilizatori, nefiind nevoie de schimbarea configuratiei imprimantei pentru a folosi un alt font. La unele modele hard-disk-ul poate fi folosit si pentru "job spooling" , caz in care imprimanta va avea si un panou de control sau un terminal cu ajutorul caruia sa poata fi controlata coada de joburi de tiparire.

Majoritatea imprimantelor workgroup au un mecanism duplex incorporat si deasemenea fie o magazie de iesire de mare capacitate cu facilitate de separare de joburi (job offset), fie un sistem de tavi de iesire multiple capabil sa separe joburile diversilor utilizatori. Aceasta optiune de separare de joburi este de foarte mare importanta pntru o imprimanta din aceasta categorie deoarece se pot aduna in cutiile de iesire joburi si documente ale unor utilizatori diversi.

Imprimantele industriale (Production Printers)

Imprimantele industriale sunt imprimante specializate de mare viteza care in mod normal sunt controlate de un operator. Majoritatea imprimantelor din aceasta clasa sunt foarte mari, de multe ori fiind nevoie de surse de alimentare cu electricitate trifazice sau avand nevoie de medii de lucru cu aer conditionat si sisteme de racire. Deasemenea majoritatea imprimantelor industriale sunt proiectate sa lucreze continuu toata ziua iar unele chiar non-stop in mai multe ture. Acestea sunt imprimante atasate la calculatoare de tip mainframe care sunt folosite pentru facturari de gaze, electricitate, extrase de conturi bancare si alte aplicatii care au nevoie de tiparirea rapida a unui volum mare de documente.

Imprimantele industriale ce lucreaza cu coli independente au in general viteze cuprinse intre 50-135 ppm. Exista si imprimante mai rapide, dar acestea tiparesc pe hartii continue (continous fanfold stationary). Majoritatea imprimantlor industriale au cateva alimentatoare de coli foarte mari ( 2 x 1000 coli sau 2 x 2500 coli). Pentru volume foarte mari de tiparire esista dispozitive care inlocuiesc alimentatoarle de coli cu un sul mare de hartie si taie hartia pe masura ce aceasta intra in imprimanta, astfel zeci de mii de coli pot fi tiparite fara a fi necesara o realimentare. Imprimantel industriale nu au posibilitatea alimentarii manuale, dar datorita dimensiunilor lor mari razele de indoire ale traseului hartie sunt destul de mari si deci nu exista posibilitatea blocarii hartiei sau a cartoanelor subtiri.

Cel mai des intalnit mecanism de comunicatie pentru imprimantele industriale este IBM 370 Channel Interface. Aceasta este o magistrala de mare viteza folosita in mainframe-urile IBM, cunoscuta si ca sistem "bus and tag"; alta varianta este interfata Ethernet.

Toate imprimantele industriale au o capacitate mare de stocare pe hard-diskuri pentru fonturi, formulare si un mare job spool; deasemenea majoritatea au un terminal sau un calculator care permite operatorului sa controleze functionarea imprimantei.

Imprimantele industriale includ in mod obloigatoriu un mecanism duplex ca standard si au cutii de mare capacitate pentru iesirea colilor de hartie de obicei cu facilitate de separare a joburilor (job offset). Cantitatea mare de coli tiparite de o astfel de imprimanta (la 90 ppm in 15 ore de functionare tipareste 75.000 coli) determina folosirea unei largi varietati de mecanisme auxiliare de prelucrare a colilor tiparite, cum ar fi: masini automate de impaturit si capsat pentru producerea de brosuri, masini de lipit si legat, masini de impturire si introducere inplicuri, etc...

Page 118: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Imprimante laser color

Imprimnatele color functioneaza la fel ca si cele alb-negru, cu diferenta ca tiparesc de patru ori pe aceasi coala cate una pentru fiecare culoare.

Viteza de tiparire este scazuta 2-8 ppm in modul color deci sunt folosite uzual doar pentru tiparire color. Unele modele de imprimante color pot tipari si in mod color si in mod alb-negru. Acestea tiparesc in modul alb-negru cu aceeasi viteza ca o imprimanta dedicata monocroma si au o viteza mai mica doar cand functioneaza in modul color.

Majoritatea imprimantelor laser color au un port paralel Centronics, un port serial si o gama de optiuni de conectare in retea.

Imprimante Highlight Colour

Exista o gama de imprimante industriale produse de Xerox Corporation care pot tipari in modul "highlight colour". Highlight colour reprezinta posibilitatea de a tipari cu doua culori (tipic negru si alta culoare). Aceste culori sunt aplicate intr-o singura trecere fara nici un fel de scadere a vitezei, folosind un procedeu special care permite ca doua toner-uri diferit colorate sa fie aplicate pe fotoreceptor in acelasi timp. Gama de nuante ce poate fi produsa prin aceasta tehnica este deosebit de larga.

Limbaje pentru imprimante

Imprimantele primesc comenzi de la computerele cu care sunt conectate. Aceste comenzi care spun imprimantei cum să formateze documentele compun limbajele pentru imprimante. Există câteva limbaje importante, dintre care unele sunt special create pentru anumite mărci de imprimante, iar altele sunt folosite în întreaga industrie de tehnică de calcul şi au devenit standarde. Cele mai populare dintre acestea sunt HP PCL şi Adope PostScript.

HP PCL

HP PCL este o abreviere de la Hewlett-Packard Printer Command Language. Compania Hewlett-Packard a lansat prima sa imprimantă laser desktop la începutul anilor ’80 şi a devenit apoi rapid liderul pieţei imprimantelor de birou. PCL este un limbaj cu coduri Escape, şi a fost creeat peentru imprimantele HP matriciale şi inkjet, deci era deja bine conturat când HP a lansat prima sa imprimantă laser desktop; imprimanta de 8 ppm HP LaserJet a fost lansată cu limbajul PCL versiunea 3.

Page 119: ECHIPAMENTE PERIFERICE

PCL 3

Fiind un limbaj de început pentru imprimantele laser desktop, capacităţile lui PCL 3 erau foarte limitate, permiţând utilizarea a relativ puţine fonturi bitmap şi grafice bitmap de dimensiuni mici. Imprimanta LaserJet a fost urmată de LaserJet Plus, care folosea tot limbajul PCL3, dar avea mai multă memorie şi putea utiliza mai multe fonturi şi grafice de dimensiuni mai mari. Ca nou standard, limabjul PCL3, a fost copiat de mulţi producători cu acurateţe şi succes diferite, şi a fost denumit în mod comun emulare LaserJet Plus. PCL3 are comenzi şi caracteristici pentru procesare de text simplă şi pentru tipărire de date, imprimantele PCL3 fiind folosite ca înlocuitoare mai rapide şi mai silenţioase pentru imprimantele de tip daisywheel.

PCL 4

După imprimantele LaserJet plus au urmat imprimantele LaserJet seria II, cu o viteză tot de 8 ppm. Această a doua serie de imprimante includea şi LaserJet IIP o imprimantă personală de 4 ppm, precum şi LaserJet IID – versiunea duplex a lui LaserJet II. LaserJet II a introdus limbajul PCL4, construit pe scheletul lui PCL3 la care a fost adăugată posiblitatea de a folosi mai multe şi mai mari ca dimensiune fonturi bitmap şi grafice bitmap. Standardul LaserJet II poate prelucra peste jumătate de pagină de grafică bitmap, iar cu o extensie de memorie poate prelucra chiar şi o pagină întreagă.

PCL4 era invers compatibil cu PCL3 (joburile PCL3 mergeau perfect pe PCL4), dar caracteristicile suplimentare îl situau cu mult deasupra limitelor procesării de texte şi îi permiteau să poată fi folosit pentru grafice, diagrame şi publicţii simple. PCL4 a fost implementat pe imprimantele de birou, dar este folosit şi în imprimantele personale deoarece necesită relativ puţină putere de calcul în comparaţie cu versiunile ulterioare de PCL.Versiunea PCL4 folosită pe imprimantele LaserJet IIP era puţin îmbunătăţită faţă de versiunea folosită pe imprimantele LaserJet standard, utilizând o metodă de compresie a graficelor bitmap pentru a reduce cantitatea de date ce trebuiau trimise de calculator.

PCL 5

După seria LaserJet II au urmat imprimantele LaserJet III care incorporau limbjul PCL5. Seria LaserJet III cuprindea imprimante de birou:

LaserJet III: 8 ppm; LaserJet IIID: 8ppm duplex; LaserJet IIIP: 4 ppm; LaserJet IIISi: 17 ppm duplex;

PCL5 prezintă un avantaj major asupra versiunilor anterioare deoarece chiar dacă este un limbaj de tip Escape, oferă şi majoritatea capabilităţilor unui limbaj de descriere a paginii (PDL – Page Description Language). Principalele îmbunătăţiri aduse de PCL5 sunt fonturile de tip outline şi grafica vectorială, importanţa acestora neputând fi subestimată deoarece utilizând o combinaţie a acestor două capabilităţi este posibili să se definească aproape orice caracteristică imaginabilă a unei pagini. Comenzile de grafică vectorială erau disponibile prin adăugarea la setul de comenzi PCL a unei versiuni de HPGL (Hewlett-Packard Graphics Language), limbajul folosit de ploterele HP cu creion.

În cea mai mare parte, PCL5 este compatibil înapoi cu PCL4, dar datorită înlocuirii fonturilor bitmap cu cele de tip outline apar unele mici inadvertenţe. PCL5 se pretează foarte bine utilizării pentru creearea de documente complexe, publicaţii desktop, design grafic şi aplicaţii de prezentare.

Page 120: ECHIPAMENTE PERIFERICE

În completarea limbajului PCL5, seria LaserJet III a introdus şi tehnica numită “Resolution Enhancement” (îmbunătăţirea rezoluţiei) în cadrul căreia puncte mici sunt plasate automat pe marginile liniilor şi caracterelor pentru a reduce efectul de margine neregulată vizibil uneori la 300 dpi.

PCL 5e

Seria Laserjet III a fost înlocuită de imprimantele LaserJet 4, care au introdus o rezoluţie mai mare de 600 dpi, un port bidirecţional rapid de tip Centronics (Bi-Tronics) pentru ca imprimantele să poată să trimită computerului mai multe informaţii despre starea lor, precum şi o selecţie de fonturi dedicate pentru a fi folosite cu aplicaţii software pentru Microsoft Windows. PCL 5e (enhanced) are puţine imbunătăţiri minore faţă de PCL5: posibilitatea comunicării dintre imprmantă şi calculator pentru a trimite mesaje de stare şi a raporta eventuale erori. Seria LaserJet 4 include imprimantele:

LaserJet 4: 600 dpi, 8 ppm; LaserJet 4L: 300 dpi, 4 ppm; LaserJet 4P: 600 dpi, 4 ppm; LaserJet 4Si: 600 dpi, 16 ppm; LaserJet 4M, 4ML, 4MP, 4SiMX: care au aceleaşi perfoemaţe dar recunosc pe lângă

limbajul PCL5e şi limbajul de descriere a paginii Adobe PostScript level 2 PDL

PCL 5c

Aceasta este o versiune a limbajului PCL5 folosită de imprimantele HP inkjet color şi HP ColorJet color laser desktop, care adaugă comenzile necesare pentru tipărirea color.

Emulări PCL

Deşi creeat de compania Hewlett-Packard, PCL a fost copiat pe scară largă de alţi producători care ofereau emulări de imprimante HP descrise ca “compatibil LaserJet IIP ” sau “compatibil PCL5”, etc. Majoritatea acestor emulări erau foarte bune şi ofereau aceleaşi facilităţi ca şi imprimantele HP originale având câteva adăugiri minore, dar fiind clone HP PCL, existau mic diferenţe în felul în care era construită pagina şi de aici rezultau diferenţe visibile la tipărire.

Adobe PostScript

PostScript este un limbaj de descriere a paginii (PDL - Page Description Language) dezoltat de compania Adobe Corporation. Adobe a fost formată de oameni care au părasit Xerox Corporation pentru a-şi înfiinţa propria companie după ce au creeat Xerox Interpress, PDL-ul firmei Xerox. Compania Adobe nu produce imprimante laser ci dă licenţa limbajului său, PostScript, altor fabricanţi pe care îi ajută să producă controlere pentru imprimnate PostScript.

PostScript Level 1

Versiunea originală a limbajului PostScript (numită acum Level 1) a fost pentru prima dată implementată de Apple Computer Corporation pe imprimanta Apple LaserWriter, o imprimantă de birou desktop de 6 ppm care era folosită cu computere Apple Lisa şi Macintosh. PostScript oferea un număr de caracteristici radical noi care nu erau disponibile pe nici o imprimantă laser mică atunci, incluzând fonturi de tip outline şi grafică vectorială. Structura limbajului PostScript, care este similar cu un limbaj de programare convenţional, permitea ca aceste capabilităţi să poată fi folosite într-o manieră foarte creeativă şi versatilă pentru a creea imagini şi scheme complexe.

Page 121: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Imprimanta Apple LaserWriter a fost un succes instantaneu pentru utilizatorii care se ocupau cu design grafic sau publicaţii desktop, iar PostScript a devenit standardul industrial pentru aplicaţii cu tipăriri complexe aproape peste noapte.

Lângă Apple LaserWriter a apărut în curând şi Apple LaserWriter Plus, care oferea mai multă memorie, mai multe fonturi outline, precum şi câteva mici imbunătăţiri la limbajul PostScript. Un mare număr de companii au recunoscut valoarea limbajului PostScript şi au format alianţe cu Adobe pentru a produce imprimantele lor PostScript, dar standardul a fost întotdeauna stabilit de modelele Apple, care în mod repetat au introdus noi caracteristici şi rafinări în limbajul PostScript. Astfel au apărut:

Apple LaserWriter Apple LaserWriter Plus Apple LaserWriter II Apple LaserWriter IINT Apple LaserWriter IINTX

toate acestea având viteza de 8 ppm şi rezoluţia de 300 dpi, dar ficare model având o putere de procesare mai mare decât a celui anterior. Imprimante similare au fost fabricate şi de către alţi producători, unele chiar oferind mai multe posibilităţi decât modelele produse de Apple.

PostScript Level 2

Dezavantajul limbajului PostScript era viteza sa redusă. PostScript Level 1 necesita o putere de procesare foarte mare şi era foarte încet. Pentru a reuni mai multe adăugiri aduse la forma iniţială (extensii pentru tipărirea color, modele, tăvi multiple, tipărire duplex) compania Adobe a lansat prima sa imbunătăţire majoră – PostScript Level 2.

Alte dispozitive PostScript

Limbajul PostScript nu este limitat la folosirea pe imprmante, ci este independent de dispozitiv şi poate fi folosit pe orice maşină care creează o imagine ca o matrice de puncte. PostScript a fost folosit pentru panouri de computere (pe gama de staţii de lucru NeXT) precum şi pe multe Phototypesetter-e. Panourile au o rezoluţie de aproximativ 80 dpi iar phototypesetter-ele lucrează la 1200 dpi şi la 2400 dpi. PostScript poate fi folosit şi la transferul de documente între computere, iar Adobe a definit standarde care permit folosirea acestui limbaj pentru transferul de pagini între fax-uri.

Clone PostScript

Deorece compania Adobe nu vinde imprimante, câştigurile sale sunt din licenţele acordate producătorilor pentu limbajul PostScript, aceştia din urmă plătind firmei Adobe o taxă pentru fiecare imprimantă vândută. Datorită taxelor de licenţiere care erau iniţial mari, unii fabricanţi au încercat să emuleze limbajul PostScript. Unele dintre aceste clone sunt foarte bune, altele nu, dar toate prezintă unele probleme deoarece limbajul PostScript este foarte complex şi greu de imitat. Nu există emulări PostScript care să garanteze obţinerea unei tipăriri identice cu cea realizată pe o imprimantă ce foloseşte limbajul Adobe PostScript original, şi odată cu reducerea taxelor de licenţiere de către Adobe, majoritatea producătorilor nu au mai încercat să emuleze PostScript Level 2.

Page 122: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Microsoft Windows GDI

Microsoft Windows este o interfaţă grafică cu utilizatorul (GUI – Graphical User Interface), mediu folosit uzual pe calculatoarele personale compatibile IBM. Windows are mecenismele software necesare pentru a afişa text şi grafică pe monitor. Are posibilitatea de a afişa textul folosind mai multe seturi, stiluri, feţe, mărimi şi orientări de caractere diferite şi poate utiliza atât grafică de tip vectorial cât şi bitmap, deci programele care rulează sub mediul Windows nu trebuie să aibă ele însele aceste capabilităţi. Datorită acestora şi a altor caracteristici, producătorii de software lansează aplicaţii care rulează sub mediul Windows. De aceea Windows-ul a devenit sistemul de operare standard pentru calculatoarele personale compatibile IBM folosite pentru joburi ce includ procesarea de text şi garfică.

Computerul de performanţe ridicate cu procesor rapid, multă memorie şi capacitate mare de stocare pe hard-disk necesar pentru a putea utiliza sistemul de operare Windows poate fi folosit şi pentru a prelua o parte din sarcinile controlerului de imprimantă (pregătirea paginii înainte de a fi trimisă la imprimantă), reducând astfel necesitatea existenţei unui controler de tipărire foarte performant.

Majoritatea aplicaţiilor software descriu un doument folosind limbajul lor intern şi apoi îl traduc într-un limbaj de imprimantă ca HP PCL sau Adobe PostScript înainte de a-l trimite imprimantei. Apoi imprimanta converteşte acest limbaj într-o matrice de puncte ce vor fi tipărite. Deoarece toate pachetele software ce folosesc mediul Windows trebuie să utilizeze acelaşi limbaj pentru a descrie documentele, este practică producerea unei imprimante care să folosească “limbajul” Windows pentru a descrie documentele. Acest “limbaj” este denumit Windows Graphical Device Interface (GDI) – interfaţă grafică cu dispozitivele, si este folosit de Windows pentru a descrie un document indiferent dacă acesta este afişat pe ecran, trimis la imprimantă sau la un alt dispozitiv.

Creeând o imprimantă care foloseşte Windows GDI, se renunţă la un pas din procesul de pregătire a documentului pentru tipărire. Nu mai este nevoie ca aplicaţia să convertească documentul din limbajul său în limbajul imprimantei deoarece documentul va fi trimis imprimantei în formă Windows GDI fără nici un fel de conversie. Apoi imprimanta va converti limbajul Windows GDI direct într-un bitmap gata de tipărire. Astfel se reduce drastic cantitatea de calcule ce trebuie făcute de computer pentru a pregăti documentul pentru tipărire.

O soluţie alternativă este convertirea limbajului Windows GDI direct în bitmap pe computer şi apoi trimiterea acesteia la imprimantă. Această variantă necesită ca computerul pe care este instalat Windows-ul să fie foarte puternic, dar în schimb permite controlerului de imprimantă să fie foarte simplu şi deci ieftin, deoarece tot ce îi rămâne de făcut imprimantei este de aprimi şi de a tipării bitmapul fără nici un fel de formatare. Deoarece bitmapurile sunt foarte mari ca diomensiuni, acestea sunt trimise imprimantei într-o formă comprimată, fapt ce reduce timpul în care o pagină este trimisă de la computer la imprimantă. Totuşi datorită timpului luat de procesul de comunicaţie, nu se pot trimite în mod curent mai mult de 4-6 ppm unei imprimante ce foloseşte Windows GDI bitmap. Acest fapt limitează folosirea tipăririi Windows GDI bitmap pe imprimantele personale, dar acestea pot deveni foarte ieftine datorită simplităţii controlerului.

Imprimantele Windows GDI sunt disponibile în ambele variante descrise mai sus, dar cea de-a doua metodă, unde computerul face toată treaba, este probabil să devină cea mai folosită. Calculatoarele personale devin din ce în ce mai puternice, un computer bazat pe un microprocesor ieftin Pentium poate creea bitmap-uri GDI fără să aibă o scădere bruscă în viteză, şi este mult mai uşor să upgradezi software-ul unui computer pentru a ţine pasul cu noutăţile şi schimbările din Windows decât să schimbi software-ul unei imprimante.

Page 123: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Imprimantele Microsoft Windows GDI nu sunt produse de Microsoft ci de fabricanţi independenţi. Unele imprmante GDI au fost creeate în colaborare cu Microsoft, altele în mod independent.

Limbaje specifice fabricanţilor

În plus faţă de limbajele standard descrise mai sus, există mai multe limbaje folosite de producători individuali de imprimante. În unele cazuri fabricanţii oferă limbajul propriu în plus pe lângă un limbaj standard, pe când în alte cazuri limbajul propriu este singurul oferit. Faptul că aceste limbaje nu au devenit standarde industriale nu înseamnă că ele sunt mai puţin utile, fieacare având un rol de jucat în îndeplinirea anumitor cereri de tipărire datorită unor caracteristici unice ale acestora.

Kyocera PreScribe

Acest limbaj este disponibil pe gama de imprimnate de birou şi pentru grupuri de lucru Kyocera în plus faţă amularea HP PCL pe care o folosesc în mod normal aceste imprimante. PreScribe este un limbaj uşor de folosit de către programatori şi se pretează foarte bine mai ales la folosirea fonturilor outline. Acest limbaj este des folosit de aplicaţii ce rulează pe minicomputere şi folosesc formulare şi coduri de bare, dar nu prea este suportat de majoritatea aplicaţiilor softaware pentru calculatoare personale, care folosesc emulările HP PCL sau opţtional PostScript de pe imprimantele Kyocera.

Cannon CaPSYL

CaPSYL este limbajul companiei Cannon pentru imprmantele tip office şi workgroup. Cannon este în principal un producător de motoare de tipărire (ei aprovizionează Hewlett-Packard şi alti fabricanţi de imprimante), dar produc şi o gamă completă de imprimante. CaPSYL este un limbaj avansat capabil să folosească fonturi outline şi grafică sofisticată, putând să fie utilizat pentru majoritatea aplicaţiilor cu cerinţe mari , dar nu a devenit popular şi nu este suportat pe larg.

Xerox XES

Compania Xerox a produs prima imprimantă laser din lume şi odată cu ea primul limbaj pentru imprimante. Xerox Escape Sequences (XES) este utilizat de imprimantele personale, office şi workgroup produse de Xerox, şi a fost folosit mulţi ani. Majoritatea imprimantelor Xerox oferă emulări HP PCL sau PostScript fie ca standard fie opţional şi Xerox adaugă şi câteva drivere software XES pentru majoritatea aplicaţiilor des folosite pe PC-uri.

XES este un limbaj vechi şi simplu bazat pe coduri Escape. Deşi XES nu are capabilităţi sofisticate cum ar fi foturile outline, are totuşi posibilitatea creeăriide grafică bitmap de calitate şi grafică vectorială de bază. Este relativ uşor de folosit de către programatori şi este utilizat de companii mair pentru creearea de programe interne.

Xerox JDL şi Metacode

Primele imprimante laser produse de Xerox erau imprimante mari de producţie ce erau folosite cu mainframe-uri, Xerox rămânând încă liderul pieţii de astfel de imprimante. Job Description Language (JDL) este un limbaj folosit în mod normal pentru comunicaţia dintre mainframe-uri şi imprimantele industriale Xerox, şi este conceput astfel încât mainframe-urile să facă cât mai puţină muncă lăsând majoritatea formatărilor în seama imprimantei. Xerox aduce o largă gamă de produse software pentru ca să permită mainframe-urilor IBM să folosească JDL cu

Page 124: ECHIPAMENTE PERIFERICE

uşurinţă. În interiorul imprimantelor industriale Xerox, jobul de tipărire este formatat şi convertit din JDL în Metacode, unele aplicaţii specializate în publicaţii pe mainframe-uri trimit direct Metacode evitând astfel stdiul JDL.

Folosirea JDL-ului şi a Metacode-ului are o largă răspândire în domeniul mainframe-urilor, deoarece leaderul pieţei , Xerox, nu procură emulări nici unui alt limbaj pe imprimantele sale industriale.

Xerox Interpress

Interpress este un limbaj de descriere a paginii dezvoltat la Xerox de specialşti care mai târziu au plecat pentru a forma compania Adobe. Interpress a fost creeat în principal pentru a comunica rapid şi eficient documente complexe între staţiile de lucru pentru publicaţii Xerox şi imprimantele industriale Xerox prin reţele Xerox Ethernet (Xerox este una dintre cele trei companii care au inventat Ethernet-ul). Interpress este optimizat pentru comunicaţii şi procesări eficiente pe imprimantele Xerox pentru care este dificil de creeat drivere. Interpress vine instalat pe imprimantele industriale şi pe staţiile de lucru pentru publicaţii Xerox, dar nu este folosit pe imprimantele Xerox mai mici. Datorită faptului că Interpress este acum un limbaj învechit, Xerox a început să pună PostScript pe noile sale imprimante, fie ca limbaj propriu-zis, fie ca convertoare separate PostScript-Interpress.

Océ FOL

Océ este unul dintre puţinii fabricanţi europeni de imprimante laser şi produce o gamă completă de imprimate (office, workgroup, industriale low-speed) care suportă Océ Forms Overlaz Language (FOL) pe lângă o emulare a unui standard industrial (uzual PCL, dar unele modele emulează PostScript). FOL este conceput exclusiv pentru minicomputere şi mainframe-uri pentru creearea de formulare şi joburi de tipărire ce folosesc formulare într-un mediu de procesare de date. De aceea, FOL nu se pretează la descrierea unor documente complexe, dar este foarte uşor de folosit de către programatori pentru a creea facturi, extrase de cont şi alte documente folosite curent în afaceri.

IBM 3812

Modelul 3812 a fost unul dintre primele tipuri de imprimante laser de birou produse de IBM şi deci este suportată de multe aplicaţii pentru mainframe-uri şi minicomputere. 3812 nu era foarte sofisticată, ca şi imprimantele PCL3 se preta foarte bine la aplicaţii bazate pe procesări de texte şi de date. IBM 3812 este emulată uzual de alţi fabricanţi care vor să producă imprimante ce vor lucra cu mainframe-uri şi minicomputere IBM.

IBM IPDS

Pe măsură ce imprimantele deveneau tot mai sofisticate, utilizatorii de mainframe-uri IBM cereau mai multe posibilităţi de tipărire de la IBM, care a încercat să satisfacă această cerere printr-o strategie de produse software şi imprimante, oferind “Advanced Function Printing” (AFP) – funcţii avansate de tipărire. AFP este o metodă prin care documente complexe pot fi descrise pe mainframe-uri IBM şi minicomputere, fiind apoi convertite la limbaje pentru imprimante de sistemul de operare al calculatoarelor. Limbajul de tipărire folosit de mainframe-urile şi minicomputerele IBM pentru joburi complexe se numeşte “Intelligent Printer Data Stream” (IPDS) şi este în fond un limbaj de descriere a paginii creeat de IBM. IBM nu dă drivere pentru imprimante produse de alţi fabricanţi, iar sistemele de operare de pe mainframe-urile ţi minicomputerele IBM sunt dificl de modificat, deci majoritatea fabricanţilor care vor să producă

Page 125: ECHIPAMENTE PERIFERICE

imprimante ce urmează să fie folosite pe mainframe-uri şi minicomputere IBM, ce folosesc AFP, trebuie să emuleze IPDS (singura excepţie fiind Xerox, care produce software ce converteşte AFP în JDL). Fiecare imprimantă IBM IPDS este puţin diferită, deci majoritatea fabricanţilor produc emulări pentru o imprimantă IBM specifică, cum ar fi modelul 3816.

DEC LN03 (DEC ANSI / Sixel)

Digital Equipment Corporation (DEC) produce o largă gamă de imprimante pentru a fi folosite cu minicomputerele lor. Compania DEC s-a numărat printre primii fabricanţi de computere care au recunoscut valoarea limbajului PostScript şi l-au adoptat pentru imprimantelor lor performante, dar imprimantele laser mai slabe şi cele matriciale folosesc un limbaj bazat pe coduri Escape denumit DEC ANSI / Sixel. Acest limbaj foloseşte coduri Escape ANSI (American Naional Standards Institute) pentru poziţionarea textului, selecţia fonturilor, etc. (numeroase calculatoare personale şi terminale folosesc deasemenea secvenţe Escape ANSI pentru a poziţiona textul pe ecran). Deoarece codurile escape ANSI au fost concepute în principal pentru manipularea textului, este necesar un mecanism adiţional pentru grafică. Grafica bitmap este suportată dar este codată într-un format special denumit Sixel, conceput pentru a simplifica comunicaţia prin porturile seriale. DEC ANSI/Sixel a fost folosit iniţial pe imprimantele matriciale, dar prima imprimantă laser de birou produsă de DEC, DEC LN03, folosea tot acest limbaj. Deoarece LN03 este suportată de o largă gamă de aplicaţii pe minicomputerele DEC, fabricanţii care produc imprimante ce vor fi folosite pe aceste minicomputere, emulează de obicei imprimanta LN03. LN03 se preta la folosirea cu aplicaţii de procesare de text şi date, iar când era expandată memoria (modelul LN03+) puteau fi tipărite şi grafice simple.

Emulări pentru alte tipuri de imprimante

Pe lângă limbajele pentru imprimante laser, unele imprimante laser au şi emulări ale altor tipuri de imprimante cum ar fi cele matriciale sau de tip daisywheel, pentru a fi compatibile cu aplicaţiile software mai vechi scrise înainte ca imprimantele laser să fi apărut pe piaţă.

Epson FX

Imprimantele matriciale din gama Epson FX au fost pentru mulţi ani cele mai populare imprimante matriciale din lume, şi sunt suportate de aproape toate pachetele software. Imprimantele matriciale sunt în general imprimante de rezoluţie slabă (tipic 180 dpi). Ele oferă o mică varietate de fonturi şi stiluri, iar emulările pe imprimante laser substitue aceste fonturi cu fonturi de calitate superoară (300 dpi), deci calitatea textului pe imprimantele laser ce emulează o imprmantă matricială este mai bună decât în cazul imprimantelor matriciale propriu-zise. Imprmantele matriciale pot tipării grafică bitmap cu rezoluţii slabe, totuşi datorită faptului că e dificilă scalarea graficelor bitmap la rezoluţii superioare, aceste grafice nu arată mai bine pe imprimantele laser decât pe cele matriciale. Unele imprimante lasr emulează mai vechiul model Epson FX-80, altele modelul mai recent FX-800, care era compatibil cu FX-80 dar oferea mai multe posibilităţi precum şi o viteză mai mare.

Xerox Diablo 630

Imprimnta cu cap margaretă (daisywheel), Xerox Diablo 630, a fost pentru mulţi ani standardul imprimantelor pentru calitate în corespondenţa de afaceri, şi a fost emulată pe scară largă de alţi producători. Fiind o imprimantă cu cap margaretă, modelul Xerox Diablo 630 nu putea tipării grafice şi avea puţine posibilităţi de alegere a fonturilor, dar este o emulare utilă pe imprimantele laser care sunt folosite cu procesoare de texte foarte vechi.

Page 126: ECHIPAMENTE PERIFERICE

IBM ProPrinter

Gama IBM ProPrinter de imprimante matriciale are aceleaşi caracteristici generale ca şi imprimantele Epson FX, dar folosea un set de caractere care includea toate caracterele existente pe monitoarele calculatoarelor personale compatibile IBM, inclusiv simbolurile speciale pentru desenarea de linii şi dreptunghiuri. Aceste imprimante puteau utiliza şi facilitatea de copiere a ecranului grafic (screen dump) oferită de PC-urile IBM. Ca şi în cazul emulării imprimantei Epson FX, textul tipărit pe o imprimantă laser ce emulează IBM ProPrinter este de calitate superioară, în schimb grafica nu este imbunătăţită.

HPGL

Hewlett-Packard Graphics Language (HPGL) este folosit pe scară largă de ploterele cu peniţă pentru a produce desene tehnice. HPGL a fost emulat de mulţi alţi fabricanţi de plotere şi este de fapt limbajul standard pentru ploterele cu peniţă. Ploterul cu peniţă este un dispozitiv încet, un desen complex putând dura cu uşurinţă jumătate de oră pentru a fi realizat, iar ploterele sunt de obicei zgomotoase şi dificil de setat. Din aceste motive, multe imprimante laser oferă o emulare HPGL, care copiază de obicei ploterul desktop HP7475A, care poate fi folosită pentru a tipării schiţe ale desenelor, iar în unele situaţii rare (cum ar fi design-ul plăcilor imprimate) imprimantele laser sunt preferate chiar ploterelor. HPGL versiunea 2 a fost incorporat în limbajul PCL5 de către Hewlett-Packard pentru a oferi PCL-ului capacitatea de a utiliza grafică vectorială.

Selecţia emulării de limbaj

Deoarece multe imprimante au posibilitatea utilizării mai multor emulări, unele dintre acestea pot detecta tipul de emulare pentru care a fost intenţionat un job şi pot selecta automat acea emulare. Această facilitate, numită “Automatic Emulation Switching” este oferită de multe imprimante performante de birou sau pentru grupuri de lucru şi operează prin examinarea comenzilor dintr-un job de tipărire şi determinarea limbajului din care aceste comenzi fac parte.

Unele limbaje sunt foarte similare, comenzile folosite de imprmantele Epson FX şi Ibm ProPrinter sunt aproape identice, deci nu se poate determina ce emulare trebuie folosită. Alte probleme apar când un driver software nu urmează convenţiile normale. În cazul PostScript, comenzile arată ca un text normal, neconţinând coduri escape, şi deci dacă jobul PostScript nu conţine un header (de obicei “%!PS-Adobe-2.0” sau ceva similar) software-ul de selecţie al emulării va presupune că acela este un job cu text neformatat şi-l va tipării folosind limbajul normal cu coduri escape.

Selecţia automată a limbajului nu este întotdeauna sigură, dar de obicei funcţionează acceptabil. Ca o alternativă, unele imprimante oferă comenzi cu ajutorul cărora se poate face selecţia între diversele emulări de limbaje; inserând comanda de selecţie imediat înaintea jobului de tipărit, selecţia poate fi făcută de computer. Aceste comenzi de selecţie sunt unice pentru fiecărui fabricant de imprimante, deci computerul nu va ştii despre ele şi nu le va folosi decât dacă este echipat cu un driver software pentru acel model de imprimantă.

Mai există şi altă metodă de selecţie a emulărilor de limbaje, şi anume selecţia porturilor de comunicaţie. Imprimantele care au mai multe porturi de comunicaţie pot cele mai multe ori să fie conectate la mai multe calculatoare şi să comute automat între aceste porturi. Dintre aceste imprmante, modelele mai sofisticate permit asignarea a câte o emulare de limbaj fiecărui port în parte, de exemplu imprimanta poate fi configurată în aşa fel încât portul A lucrează în modul de emulare PostScript iar portul B în modul PCL

Page 127: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Tipuri de interfeţe

Interfeţele dintre computer şi imprimantă pot fi de trei feluri: paralele, seriale şi de reţea.

Interfeţe paralele

Comunicaţia paralelă între computer şi imprimantă este cea mai des întâlnită. Datele sunt stocate în computer sub forma de octeţi (grupuri de câte 8 biti). În cadrul comunicaţiei paralele există mai multe conexiuni individuale, fiecare dintre acestea transportând câte un bit. Uzual sunt 8 conexiuni de date, permiţând unui octet să fie transferat tot odată, dar uneori există şi 16 conexiuni de date, fapt ce permite transferul simultan a doi coteţi. Pe lângă date, trebuie transmise şi semnalele protocolului de comunicaţie dintre computer şi imprimantă, pentru a spune computeului când sâ înceapă şi când să înceteze transmisia datelor. Pentru aceste semnale al protocolului sunt folosite conexiuni suplimentare pentru a nu interfera cu transmiterea datelor. Comunicaţiile de tip paralel nu se pretează transferului de date pe distanţe mari, ci sunt eficiente pentru cabluri de câţiva metri lungime.

Centronics

Interfaţa paralelă Centronics, inventată de compania Centronics – producător de imprimante, este cea mai utilizată metodă de conectare a imprimantei la calculator. Aceasta foloseşte o conexiune paralelă de 8 biţi şi este fiind unidirecţională. Protocolul de transmisie are loc pe fire separate.

Bi-Tronics

Odată cu lansarea imprimantei LaserJer 4, compania Hewlett-Packard a introdus acest tip de interfaţă. Bi-Tronics este o intrefaţă Centronics modificată care asigură transmiterea bidirecţională pe cablu, permiţând imprimantei să trimită mesaje de stare (Out of Paper, Paper Jam) înapoi la computer. Interfaţa Bi-Tronics este compatibilă cu porturile Centronics dar necesită un driver software special pentru a primi mesajele de stare.

Dataproducts

Această interfaţă inventată de compania producătoare de imprimante Dataproducts, este folosită de unele minicomputere pentru tipăriri la viteze ridicate. Există convertoare Dataproducts-Centronics.

Page 128: ECHIPAMENTE PERIFERICE

IEEE488 (HP-Interface Bus)

HP-Interface Bus a fost inventată de compania Hewlett-Packard pentru a conecta sistemele HP de măsurări stiinţifice la computerele HP şi a fost adoptată ca standard de Institutul de Inginerie Electrică şi Electronică (IEEE488). HP-IB este o interfaţă paralelă bidirecţională folosită la echipamentele stiinţifice (osciloscoape, analizoare logice) dintre care unele au posibilitatea de a tipării imaginile afişate.

SCSI

SCSI (Small Computer Systems Interface) a fost dezvoltată ca o magistrală paralelă de mare viteză ce permite conectarea perifericelor la computer. Deşi este folosită în mod normal pentru hardisk, unele imprimante au posibilitatea de a o folosi pentru a pirmii la viteze mari imagini bitmap de la computer.

IBM 370 Channel

Aceasta este o magistrală de mare viteză folosită pentru a conecta periferice la mainframe-urile IBM, conexiune denumită “bus and tag”. Acesastă magistrală este folosită în principal de imprimantele industriale de mare viteză, conectate uzual la maniframe-uri.

Interfeţe seriale

Legătuirle ce utilizează comunicaţia serială sunt mult mai lente decât cele paralele, dar pot fi utilizate pe distanţe mai mari. în cazul unei legături serale simple sunt utilizate doar două fire; unul pentru transmiterea datelor, iar celălalt pentru recepţie. Majoritatea legăturilor seriale au cel puţin încă un fir în plus, dar acesta nu are nici un efect asupra vitezei de transfer. Unele legături seriale au mai multe fire suplimentare pentru a asigura protocolul de handshaking, dar acestea sunt opţionale deoarece se pot trimite semnale software pentru handshaking amestecate cu datele prin celelalte fire. Fiecare bit este trimis separat, deci un octet necesită în mod normal 8 transferuri individuale. În plus, majoritatea sistemelor de comunicaţie serială necesită transmiterea unor biţi de control la începutul şi sfârşitul unui octet, deci uzual pentru a transfera un octet sunt tansmişi 11 biţi. Viteza maximă a majorităţii legăturilor seriale este de 19200 biţi pe secundă, dar există unele sisteme care pot lucra la viteze de câteva ori mai mari. Comunicaţia serială poate fi convertită pentru a transfera date prin linia telefonică, deci computerul şi imprimanta se pot afla la distanţe mari unul de celălalt, acest tip de comunicaţie numindu-se conectare la distanţă (remote connection). Deşi rata de transfer în cazul comunicării seriale este adecvată pentru tipărirea de text, în cazul garficii bitmap, aceasta nu permite imprimantei să funcţioneze la întreaga viteză.

RS232C

RS232C este o specificaţie internaţională pentru conexiunile seriale. Majoritatea computerelor suportă RS232C, care poate fi folosită atât pentru comunicaţia între două computere cât şi între computer şi imprimantă. RS232C defineşte caracteristicile fizice şi electrice ale conexiunii, nu metoda de trimitere şi codare a datelor.

Legăturile seriale pot fi sincrone, caz în care datele sunt transmise între cele două dispozitive într-un anumit ritm dinainte stabilit (fiecare octet este trimis la un interval de timp fixat după octetul anterior), sau asincrone. caz în care datele sunt trimise de expeditor, imediat ce acesta este pregătit. Majoritatea computerelor şi imprimantelor folosesc transmisia asincronă. Comunicaţiile seriale necesită un protocol tip handshaking, care să permită receptorului să

Page 129: ECHIPAMENTE PERIFERICE

anunţe transmiţătorul când este gata să primească date şi când nu. Există mai multe variante de protocoale, ca:

XON-XOFF, protocol software care foloseşte aceleaşi fire ca şi datele; DSR/DTR (Data Set Ready / Data Terminal Ready), protocol hardware; RTS/CTS (Ready To Send / Clear To Send), protocol hardware;

RS422

RS422 este similar cu RS232C, dar este mai recent şi poate suporta viteze mai mari. Acesta este suportat (opţional) de multe tipuri de imprimante şi este folosit cu un protocol handshaking software convenţional.

IBM SNA-RJE

IBM Systems Networking Architecture for Remote Job Entry (SNA-RJE) este o legătură serială de mare viteză folosită de mainframe-urile IBM pentru a comunica cu terminale aflate la distanţă. Poate fi folosită pentru a conecta imprimante pe distanţe mai mari decât permit conexiunile de tipul IBM “bus and tag” şi se pretează în mod special la conexiunile de telecomunicaţii. Această interfaţă poate include şi o facilitate de tip "job spooling".

IBM Co-Ax

Acest sistem de comunicaţie este radical diferit de celelalte tipuri de comunicaţii seriale, prin faptul că are doar un conductor pentru date care este folosit atât la transmisie cât şi la recepţie. Datele sunt trimise în blocuri de octeţi pentru a evita coliziunile. Conexiunile IBM Co-Ax sunt folosite pentru a lega terminale de viteză mică sau imprimante de birou la mainframe-uri IBM. Există convertoare de la IBM Co-Ax la Centronics paralel sau la RS232C serial. Aceste conexiuni sunt folosite de obicei cu o emulare de imprimantă IBM ca IBM 3812 sau IPDS. Multe interfeţe Co-Ax convertesc aceste emulări la limbaje comune pentru imprimante laser ca PCL.

IBM Twin-Ax

Aceste sistem de comunicaţie este similar cu IBM Co-Ax descris mai sus, dar este folosit pe sisteme IBM 3X şi pe minicomputere AS/400. Twin-Ax este un sistem hibrid care are multe carcateristici comune cu reţelele şi poate suporta până la şapte dispozitive (terminale sau imprimante) pe fiecare legătură twin-ax cu minicomputerul.Pentru IMB Twin-Ax sunt valabile consideraţiile referitoare la covertoare si emulări de limbaje de imprimante de la IBM Co-Ax.

Interfeţe de reţea

Reţelele cu arie locală (LANs- Local Area Networks) oferă multe posibilităţi atractive inclusiv posibilitatea folosirii în comun a unor imprimante mai performante şi deci mai scumpe. Există servere în reţea dedicate procesului de tipărire, dar imprimantele trebuie să aibă interfeţe de reţea pentru a putea fi plasate aproape de utilizatori şi nu lângă servere.

Ethernet

Ethernet este probabil cel mai popular tip de reţea şi este folosit pentru a conecta grupuri de calculatoare personale, mini-calculatoare, computere mainframe, etc. Ethernet-ul a fost proiectat iniţial să funcţioneze pe cabluri coaxial de mare capacitate, dar mai apoi a fost adaptat pentru

Page 130: ECHIPAMENTE PERIFERICE

cabluri de cost scăzut. Ethernet-ul există în variante de 10Mbps şi 100Mbps, dar majoritatea interfeţelor de imprimante funcţionează la 10Mbps. Tipuri de Ethernet:

Thick Ethernet (10Base5) – pe cablu coaxial de 10mm diametru; se folosesc conectoare AUI (de tip D cu15 căi ) în anumite zone de cablu unde există instalate "taps-uri" de conectare.

Thin Ethernet (10Base2) – pe cablu coaxial de 4 mm diametru; se folosesc conectoare tip T cu 3 căi BNC (British Naval Connector).

Twisted-Pair Ethernet (10Base-T) – pe cablu răsucit UTP-Unshielded Twisted Pair; conectare centralizată într-un hub.

Token Ring

Adaptoarele de imprimante şi servere de tipărire pentru Token Ring, sunt disponibile pe scară largă, dar sunt mai scumpe decât cele pentru Ethernet. Popularitatea reţelelor de tip token ring a determinat companiile producătoare de software să dezvolte mai multe protocoale pentru aceste reţele.

Appletalk

Appletalk este o combinaţie de conexiune de reţea si soft de reţea existentă pe computerele Apple Macintosh. Această interfaţă este suportată pe larg de imprimantele PostScript.

Comutarea porturilor

Unele imprimante care au mai mult de un port de comunicare permit comutarea porturilor. Aceasta permite imprimantei să comute automat între diferite porturi pentru a primii date de la mai multe calculatoare. Când imprimanta este în mod de aşteptare, portul pe care primeşte date devin port activ până când job-ul este terminat. Dacă un alt calculator legat la un alt port încearcă să trimită date în timp ce imprimanta procesează un job de tipărire, va fi avertizat să aştepte printr-un semnal de tip handshaking.

Sistemul de comutare a porturilor merge în general foarte bine, dar uneori poate fi dificil pentru imprimantă să decidă dacă s-a terminat un job de tipărire. În acest caz imprimnata poate aştepta câteva secunde pentru a vedea dacă computerul mai trimite date (această perioadă poate fi setată folosind panoul de control al imprimantei şi este tipc de 10-20 secunde), iar dacă nu mai primeşte date, presupune că job-ul este complet şi îl tipăreşte. Dacă computerul este foarte lent sau pregăteşte pentru tipărire o pagină deosebit de complexă, se poate întâmpla ca pauza să fie mai lungă decât perioada de aşteptare, caz în care job-ul va fi împărţit în două părţi, iar comenzile de formatare de la începutul job-ului vor fi pierdute, deci a doua parte va fi tipărită necorespunzător. Majoritatea imprimnatelor permit dezactivarea funcţiei de comutare a porturilor sau setarea unui timp de aşteptare foarte lung pentru a depăşii această problemă

Echipamente de trasare - Plotter-e

Plotter-ele sunt dispozitive periferice cu ajutorul cărora se poate trasa o imagine grafică pe un suport material (hârtie, calc, film, plastic). Primele dispozitive au apărut în 1950 (din necesitatea trasării diagramelor, schiţelor, planurilor în mecanică, electronică, arhitectură, etc.).

Primul plotter a fost produs de firma Calcomp şi era cuplat la calculator printr-o interfaţă digital-analogică prin intermediul căreia se făcea transferul de informaţie. Apăreau unele dezavantaje cum ar fi : timpul mare de ocupare a calculatorului precum şi viteza redusă de lucru.

Page 131: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Eliminarea acestor dezavantaje va duce la o nouă generaţie de plotter-e. Acestea vor fi dotate cu o memorie tampon (buffer) pe suport magnetic, memorie în care se încarcă programul de trasare, pe baza acesteia plotter-ul va lucra la viteza lui proprie. La pornire calculatorul este degrevat de aceasta şi se poate ocupa de alte operaţii. Un inconvenient este faptul că operatorul trebuie să facă transferul benzii magnetice de pe unitatea calculatorului pe cea a plotterului. Ulterior s-a urmărit creşterea vitezei de execuţie care a dus la apariţia unor noi tipuri de plotter-e: electrostatice, termice, fotosenzitive.

După principiul fizic de generare a imaginii pe suportul material, există:

plotter-e cu peniţă plotter-e electrostatice plotter-e cu jet de cerneală (ink-jet) plotter-e termice fotoplotter-e

Există două moduri de generare a curbelor:

trasare continuă, unde imaginea este compusă din linii, fiind specifică plotter-elor cu peniţă.

trasare discontinuă, unde imaginea este compusă din puncte , utilizată la celelalte tipuri de plotter-e.

Trasarea continuă se poate face în două feluri:

aproximare prin vectori - aproximarea curbelor prin segmente; apare efectul de scară; construcţie analogică a imaginii- transpunerea unei curbe în descrieri de ecuaţii

elementare convertite analogic şi aplicate plotter-ului .

Caracteristici şi performanţe Viteza de trasare - reprezintă deplasarea relativă între capul de trasare şi suportul

material, ea depinzând de principiul fizic de realizare şi de viteza de reacţie a mecanismului mecanic de antrenare. La plotter-ele care trasează continuu viteza maximă se obţine pe diagonală datorită compunerii vitezelor. Pentru plotter-ele electrostatice sau cu jet nu mai există o relaţie de compunere a vitezelor , ea fiind fixă egală cu deplasarea hârtiei faţă de “cap”.

Precizia - arată cu cât va diferi lungimea unui vector desenat de lungimea sa comandată ( diferenţa=dorit-obţinut (%)).

Repetabiltatea - arată în ce măsură un element de imagine se suprapune peste un alt element de imagine trasat anterior şi având aceleaşi coordonate (reproducerea desenului de două ori în acelaşi loc). Plotter-ele electrostatice şi cu jet de cerneală sunt superioare cu un ordin de mărime celor cu peniţă.

Dimensiunea pasului - reprezintă ce mai mică mişcare posibilă pe care o poate efectua plotter-ul aceasta fiind limitată de mecanismul de antrenare. Acestei caracteristici îi este asociată rezoluţia (rezoluţia reprezintă numărul maxim de puncte distincte trasate pe o lungime dată măsurată în (cm, inch, dpi). Există o rezoluţie mecanică şi o rezoluţie a programului. Dimensiunea pasului minim este rezoluţia mecanică. Rezoluţia programului reprezintă unitatea de măsură folosită pentru axele de coordonate x şi y definite în program. În limbajul HPGL (Hewlett-Packard Graphic Language) această rezoluţie este de 25 de microni.

Rata maximă de transfer a datelor - este asociată cu viteza maximă de trasare (numărul de biţi pe secundă care se transferă plotter-ului în vederea trasării-echivalentul debitului).

Page 132: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Caracteristica de fiabilitate - media timpului de bună funcţionare sau prin rata defectărilor .Rata defectărilor este invers proporţională cu media timpului de bună funcţionare.

Preţul de cost. Tipul materialelor consumabile - hârtie, calc, film, cerneală, toner, etc. De obicei

producătorii indică setul optim de consumabile .

Tehnologii de trasare

Există şase categorii de tehnologii de trasare:

o Cu peniţă o Cu transfer termic o Cu jet de cerneală (inkjet) o Termică directă o Electrostatică o Laser Led

Principiile tehnologiilor cu jet de cerneală, electrostatică, termică şi cu laser au fost deja prezentate în cadrul capitolelor respective de la imprimante. În continuare vom prezenta doar modificările care apar faţă de tehnicile similare folosite în cazul imprimantelor, precum şi unele avantaje şi dezavantaje ale lor.

Tehnologia cu peniţă

Plotter-ele cu peniţă pot fi de două feluri :

o cu masă de trasat (flat plotter) - hârtia este fixă pe o suprafaţă plană, iar peniţa se deplasează pe ambele coordonate X şi Y.

o cu tambur - hârtia este rulată cu ajutorul unui tambur realizând astfel deplasarea pe una din axe, peniţa se deplasează pe cealaltă.

Exemplu: Plotter-ul românesc PICASSO – Plotter Inteligent cu Comandă Automată şi Servo-

Sistem de Operare.

Blocurile funcţionale ale plotter-elor:

o Modulul de trasare

Page 133: ECHIPAMENTE PERIFERICE

o Motoare şi elemente de transmisie a mişcării o Unitatea logică de comandă o Interfaţa cu sistemul de calcul o Dispozitive auxiliare

Modulul de trasare

Conţine capetele de trasare, motoarele de acţionare pe x şi z şi elementele de transmisie a mişcării .Plotter-ul cu peniţă scrie prin depunerea pe suportul material a unui strat subţire de tuş, cerneală sau pastă în urma deplasării modulului de trasare. Nu necesită o hârtie specială, deci parametrii plotter-ului nu se modifică.

La coborârea peniţei pe hârtie se formează un menisc de cerneală al cărui diametru dictează grosimea liniei de trasat .

Este necesar ca peniţa să fie rezistentă la şocuri, vibraţii, manevrabilă.

Caracteristicile cernelei sunt: vâscozitatea, volatilitatea, coeficientul de absorbţie în hârtie, timpul de uscare, stabilitatea în timp şi culoarea.

Modalitatea de prindere a peniţei: prinderea se face cu ajutorul unor perechi de cleme, atât în cărucior cât şi în depozit .Căruciorul este dispozitivul în care se află peniţa. În depozit se află rezerva de peniţă.

Modalitatea de transfer a peniţei între cleşti:

Dacă există peniţă, vârfurile cleştilor sursă stau mai depărtaţi şi permit vârfurilor de la cleştii destinaţie să intre şi să recupereze peniţa. În depozit se pot afla până la maximul 8 peniţe, ele pot fi de grosimi şi culori diferite În depozit fiecare creion e numerotat. Când plotter-ul e pus în funcţiune el verifică dacă există toc în carucior şi în depozit. Dacă există reţine numărul şi poziţia, trasarea începând în mod implicit cu tocul din depozit de la poziţia 1, dacă nu se specifică altfel prin program.

Motoare şi elemente de transmisie a mişcării

Există trei soluţii constructive, în funcţie de tipul deplasării relative între dispozitivele de trasare şi suportul material :

o Hârtia este fixă, iar modulul de trasare se deplasează pe ambele axe x, y. o Hârtia se deplasează pe o axă, iar modulul de trasare pe cealaltă axă. Astfel

masa de trasat trebuie să aibă lăţimea hârtiei.

Page 134: ECHIPAMENTE PERIFERICE

o Hârtia este deplasată rând cu rând ca la imprimantă, iar modulul de trasare desenează câte un rând odată (plotter-e raster)

Dispozitivul se deplasează cu ajutorul unor motoare pas cu pas sau motoare de CC, iar dispozitivul de antrenare este realizat cu curele dinţate .

Mecanismele de antrenare a hârtiei pot fi compuse de tipul tambur cu proeminenţe, care agaţă hârtia în perforaţii marginale (avantajul este că se pot folosi hârtii foarte lungi), sau din role de cauciuc cilindrice sau tronconice.

Rolele cilindrice au avantajul că sunt mai simple de fabricat, dar cele tronconice asigură o întindere mai bună a hârtiei. Tamburul imprimă o amprentă hârtiei datorită asperităţilor inegale .Dacă tamburul îşi schimbă sensul de rotaţie la revenire tamburul caută profilul creat de el la prima trecere pe hârtie. Hârtia este fixată pe toată lungimea ei prin două seturi de găuri absorbante. Ele se află de o parte şi de alta a tamburului abraziv şi comunică cu puţul de vid aflat sub masa de trasare.

Unitatea logică de comandă

Schema bloc:

Funcţiile unităţii logice de comandă sunt dictate de complexitatea plotter-ului, iar blocurile componente sunt:

o microprocesor o interfaţa de comunicare spre calculator; o generatorul de vectori; o memoriile RAM, ROM ; o panoul frontal de comandă şi afişaj; o sistemul de poziţionare;

Microprocesorul controlează interfaţa de cuplare cu calculatorul, memoria internă, generatorul de vectori, panoul de comandă şi sistemul de poziţionare.

Generarea de vectori se poate face atât hard cât şi soft şi se realizează conform principiului distanţei minime între două puncte. Există două metode de generare a vectorilor :

metoda punct la punct - este specifică ploterelor raster, aceasta constă dintr-o matrice de puncte din care se aleg acele puncte care aproximează cel mai bine o dreaptă de pantă calculată; generarea şi trasarea se fac simultan.

metoda prin segmente este specifică ploterelor cu peniţă; se calculează pentru fiecare vector o aproximare prin segmente, această aproximare se face în raport cu axa majoră.

Page 135: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Pentru trasarea unui segment de dreaptă de pantă dată = 300 rezultă că axa majoră este X. Trasarea se face fragmentat pe distanţe date de dimensiunea pasului. Direcţia în care se poate desena este paralelă cu axa X sau la 450 sub sau deasupra axei X.

Apare efectul de scară poziţiile se determină individual pentru fiecare pas în funcţie de distanţa minimă. Fiecare segment e calculat si desenat independent de celelalte segmente. Viteza modulului de trasare in capetele segmentului este nula.

Variatia vitezei de trasare in functie de lungimea unui segment AB. Viteza palierului este viteza maxima sau viteza impusa prin program. Rampele sunt egale.

Page 136: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Interfaţa cu sistemul de calcul

Este un modul care poate fi conectat la o magistrala standard serială sau paralelă sau poate fi adaptată la un sistem de calcul special conectat la unitatea de memorie auxiliară (ex: discul magnetic), rezultând o funcţionare independentă faţă de configuraţia sistemului de calcul, deci o oarecare autonomie.

Dispozitive auxiliare

Panoul de comandă permite alegerea originii in orice loc, schimbarea tocului, semnalizarea erorilor si declanşarea rutinei de autotest. Permite deasemenea deplasarea controlată a capului de trasare pe hartie putând face schimbari ale originii si alegerea unui format standard.

Tendinţe: Perfecţionarea metodelor de trasare şi a principiilor de generare a imaginii cu cât mai

multe culori şi intensităţi. Creşterea “inteligenţei” ploterelor prin introducerea de limbaje grafice cât mai

perfecţionate.(HPGL – Hewlett-Packard Graphic Language). Diversificarea gamei în funcţie de cerinţele utilizatorului. Reducerea gabaritului şi a preţurilor de cost.

Tehnologia cu transfer termic

În tehnica cu transfer termic procesul constă în transferul culorilor de pe un ribon impregnat cu cerneală bazate pe ceară colorată. Este folosit sistemul CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, blacK – turcoaz, mov, galben, negru).

Avantaje: nu necesită lichide sau chimicale rezoluţie foarte bună calitate grafică foarte bună

Dezavantaje: costurile ridicate în exploatare necesitatea unei hârtii speciale viteză mică datorată construirii culorii pe nivele formatul mic de hârtie

Tehnologia cu jet de cerneală - Inkjet Avantaje:

tehnologie ieftină rezoluţie înaltă a imaginii (0,13 mm – linii subţiri) silenţioasă nepoluantă consum redus de energie cartuşe uşor de instalat

Dezavantaje: calitate slabă a imaginii daca nu se foloseşte hârtie specială apariţia tremurărilor in cazul trasărilor liniilor subţiri datorită variaţiilor de dimensiune şi

variaţiei picăturilor

Page 137: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Tehnologia InkJet color

Există patru cartuşe, câte unul pentru fiecare culoare de bază (CMYK). Fiecare cartuş are 104 canale, deci se obţine o viteză mare de desenare.

Timpul de viaţă al cartuşelor este de aproximativ 400 de desene de complexitate medie în format A0.

Gama de culori pleacă de la o paletă de bază de 256 de culori,dar poate fi lărgită printr-un proces numit “tremurare” în cadrul căruia se foloseşte un şablon de puncte colorate plasate foarte aproape unele de altele astfel încât ochiul percepe ca o singură culoare rezultantă şi astfel plotter-ul mixează cerneala din cele 4 cartuşe în diverse şabloane rezultând mii de nuanţe. Aceasta necesită o hârtie specială.

Tehnologia termică directă

Aceasta tehnică foloseşte o hârtie specială (termică). Hârtia trece prin dreptul unor elemente încălzitoare, reacţionează la căldură şi îşi schimbă culoarea. Este posibil să se deseneze doar în două culori.

Avantaje: sigură nepoluantă uşor de exploatat rapidă poate produce imagini de înaltă rezoluţie poate folosi hârtia sub formă de role lungi hârtia este relativ ieftină

Tehnologia electrostatică

Aceasta are la bază principiul raster, adică imaginile sunt creeate printr-o serie de puncte. Se pot obţine atât imagini monocrome cât şi color. Este asemănătoare cu tehnologia laser de la imprimante, diferenţa fiind că se lucrează cu toner lichid şi hârtie specială.

Avantaje: viteză mare fiabilitate calitate capacitate de a prelucra volume mari

Dezavantaj: preţ ridicat.

Tehnologia Laser Led

Această tehnologie este similară celei utilizate la imprimantele laser. Se foloseşte varianta cu LED-uri (Light Emitting Diode) pentru a evita erorile de nealiniere datorate şocurilor sau vibraţiilor mecanice. În acest caz polarizarea tamburului nu este realizată de o rază laser care scanează suprafaţa acestuia ci de un şir de LED-uri care “scriu” câte un rând odată.

Exemplu: plotter-ul SOLUS 4 - are formatul A4, 9600 LED-uri şi are o rezoluţie de 400 dpi.

Page 138: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Avantaje: nu există componente în mişcare are productivitate mare (la complexitate medie 10 exemplare A4/min)

Dezavantaje: sunt mai scumpe desenează într-o singură culoare hârtia e limitată la formatul A4

Plotter-ul HP Design Jet

Acesta este un plotter produs de compania Hewlett-Packard.

Rezoluţia: 300 dpi sau 600 dpi.

Caracteristici: silenţios peniţa de fiabilitate foarte bună (rezistă la câteva sute de desene) poate desena în serie, nesupravegheat folosind role de hârtie tăiate de un cutter interior limbaj vectorial HPGL (Hewlett-Packard Graphic Language) limbaj cu date Raster HP-RTL (Hewlett-Packard Raster Transfer Language) timp de desenare

Un desen complex poate conţine 100 000 -1 000 000 de vectori.

Pentru varianta cu peniţă, are 4 GB de memorie şi viteza de 24 ips (inch pe secundă) avem caracteristica timpului de desenare în funcţie de complexitatea desenului.

La varianta cu jet de cerneală complexitatea nu influenţează timpul, aici contează mărimea hârtiei, transmisia vectorilor şi timpul de conversie :

Page 139: ECHIPAMENTE PERIFERICE

HP DESIGN JET utilizează două peniţe, fiecare cu o dureată de viaţă de 200 de desene de complexitate medie, format A0. Cuterul intern poate tăia şi plastic. Totodată este prevăzut şi cu un slot modular de I/O (MIO)care permite mai multor dispozitive HP să folosească acelaşi port de I/O şi permite conectarea la reţea direct (nu prin server).

Datorită celor două peniţe se dublează viteza, dar peniţele trebuie să fie foarte precis aliniate pentru a evita apariţia erorilor de aliniere în desen.

Limbajul HP-RTL (HP-Raster Transfer Language) permite mixarea pe acelaşi desen a vectorilor cât şi a datelor raster.

Plotter-ul are senzori optici pentru ajustarea automată a mişcării cartuşelor şi detectarea automată a marginilor hârtiei.

Există două servosisteme pe axele X şi Y. Servosistemul de pe axa Y deplasează cartuşul înainte şi înapoi şi include un codor liniar pentru precizia maximă a deplasării, iar servosistemul de pa axa X mişcă hârtia (lăţime de până la 36 inch). Plotter-ul poate fi prevăzut cu o rolă de hârtie cu o lungime de până la 50m.

Peniţa are o staţie service care acoperă cartuşul pentru a nu curge cerneala atunci când ploterul nu e utilizat. Ea include un ştergător care menţine curată suprafaţa canalului şi un detector de stropi care verifică închiderea corectă a cartuşului.

Page 140: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Schema bloc a plotter-ului HP Design Jet

ASIC – Application Specific Integrated Circuit Memoria EEROM nevolatilă stochează variabilele de stare. Procesorul principal 80960 comunică cu servo-procesorul 89052 prin procesorul de

suport ASIC la frecvenţe diferite. Interfaţa de peniţă asigură transferul şirului de date sub formă de pixeli de la RAM (2MB)

la Carriage ASIC printr-un cablu localizat pe ansamblul plăcii principale. Panoul frontal şi toţi senzorii de intrare cu excepţia senzorilor de linie sunt cuplaţi la

servo-procesorul 89052 care mai controlează ventilatorul şi memoria EEROM. Regulatorul de tensiune controlează tensiunea care comandă peniţa. Senzorul de linie al carului peniţei este cuplat la un convertor analog-digital (CAD) care

transmite semnalul la Carriage Processor (8051). Memoria ROM are o capacitate de 1MB Memoria DRAM este de 2MB standard dar permite expandarea până la 10MB Mai există 2MB RAM pentru stocarea sirurilor de informaţie. Blocul I/O conţine 3 porturi:

o RS232C UART serial standard; o Centronics paralel; o HP-IB conform cu standardul IEEE478;

Conversia vector-raster face conversia obiectelor analizate în modele punctuale (dot pattern).

Se folosesc procesoare grafice specializate adecvate operaţiei de rasterizare a liniilor. Apoi s-a trecut la folosirea microprocesoarelor de uz general pentru analiza şi controlul maşinii de imprimare, în timp ce un procesor grafic execută doar operaţia de rasterizare. Soluţia finală este folosirea unui procesor RISC (Reduced Instruction Set Computer) pentru controlul maşinii de imprimare cât şi pentru realizarea celor două funcţii de conversie (I 80960 KA este CISC şi RISC). Poate exista şi coprocesorul I 80960 KB pentru calcule în virgulă mobilă (floating point).

Page 141: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Moduri de comunicare între procesoare: mailbox bidirecţional buffer de transfer unidirecţional

Controlul maşinii de imprimare presupune: controlul servo-motoarelor pe X şi pe Y controlul panoului frontal scanarea tastaturii actualizarea display-ului panoului frontal analizarea senzorului optic controlul staţiei de service a peniţei.

Calibrarea peniţelor se face prin desenarea unui set de modele pe o pagină şi compararea desenelor realizate de cele două peniţe.

ASIC Pen Interface – transferă şiruri de date pixel de la RAM Swath (2MB) la Carriage ASIC. Există 3 bus-uri:

bus-ul principal interfaţa cu RAM Swath legătura serială cu Carriage ASIC

Carriage ASIC generează datele şi semnalele pentru driverul peniţei. Aceste semnale corectează offset-ul peniţă-peniţă, offset-urile bidirecţionale, erorile de deviere dintre peniţă şi axa hârtiei şi variaţiile de energie la pornirea peniţei.

Alte modele de plotter-e

Mutoh LD-2000

Firma Mutoh Europe N.V., producător de plotere şi periferice CAD ,a lansat opţiunea de “copiator digital” (Digital Copier Option) pentru seria sa de plott-ere cu matrice de LED-uri, LD-2000.

Seria LD-2000 este o familie de plott-ere A1, cu rezoluţie de 400 * 400 dpi, care utilizează o matrice de LED-uri pentru imprimare. Opţiunea "Digital Copier Option” permite conectarea directă a unui echipament LD-2000 la un scanner de mare viteză, ceea ce permite întregului ansamblu să funcţioneze ca un copiator digital de format mare şi cu viteză ridicată. Scanner-ul utilizat pentru această opţiune este un Mutoh SC-800 (format A0) cu rezoluţie maximă de 800 dpi. Legătura între scanner şi plotter se face prin intermediul unei interfeţe SCSI rapide.

După ce imaginea a fost scanată , informaţia este transmisă ploterului unde este procesată. Aceasta permite măriri şi micşorări digitale care asigură o calitate foarte bună a desenului. Dacă este necesar, se poate face legătura (pe interfaţă SCSI) cu un PC, unde, cu ajutorul unui soft de capturare a imaginii se poate salva pe disc documentul scanat.

Summagrid 4

Comenzile utilizate de plotter-ul Summagrid 4: Comenzi de resetare:

o comanda Reset este folosită pentru reiniţializarea sistemului Summagrid 4. După primirea unei comenzi de reset ploterul scoate un beep şi setează protocolul de comunicaţie, trimite formatul şi alte aspecte pentru a potrivi setările DPI.

Page 142: ECHIPAMENTE PERIFERICE

o O a doua comandă este Change Reset Character , folosită mereu pentru schimbarea caracteristicii Reset-ului .

Comanda Change Emulation: ploterul suportă mai multe formate de ieşire ca: Microgrid UIOF,GTCO ,Calcomp şi Summagraphics MM /Summa Sketch.

Comenzile Protocolului de comunicaţie sunt folosite pentru schimbarea protocoalelor de comunicaţie ale ploterului de la calculatorul gazdă. Trebuie schimbate protocoalele de comunicaţie când lucraţi cu aplicaţii multiple care cer diverse informaţii ca: debit, paritate şi număr de biţi de date. Debitul se referă la numărul de biţi pe secundă transmişi între calculator şi plotter sau între plotter şi calculator. Paritatea este o eroare detectată de sistem. Când paritatea este activă se setează un bit suplimentar la pattern, avem astfel un număr de paritate impară sau un număr de paritate pară. Plotterul verifică numărul de biţi în fiecare pattern şi indică o condiţie de eroare dacă un pattern cu un număr par de biţi este găsit într-un sistem de paritate impară, sau un număr impar într-un sistem par. Biţii de date reprezintă numărul de biţi raportat la datele transmise. Biţii de stop indică sfârşitul unei transmisii de date.

Comenzile Formatului de date: plotter-ul suportă două formate de date de bază ASCII şi BINARY. Formatul de date poate fi selectat cu comutatoare DIP sau prin comenzi soft. Formatul ASCII trimite un octet pentru fiecare număr şi caracter solicitat. Fiecare caracter este definit de standardul internaţional ASCII (American Standard for Computer Infomation Interchange). Formatul BINARY defineşte câteva formate binare diferite fiecare cu posibilitatea de a identifica peste 64000 numere diferite cu numai 16 biţi. Aceşti biţi pot fi transmişi în doi sau trei octeţi, dar trebuie decodificat. Plotter-ul foloseşte formatul de 8 octeţi numit UIOF.

Comanda Proximity Transmision controlează transmisia declaraţiilor de bază în locaţia cursorului. Când este fără proximitate cursorul transmite ultimele coordonate înregistrate.

Comenzile pentru controlul transmisiei Start, Stop acţionează ca nişte porţi, permiţând declaraţiilor să fie trimise de la plotter la host. Aceste comenzi controlează fluxul de date, indiferent de modul de declaraţii .Comenzile Stop şi Start sunt echivalente protocoalelor de transmisie XOFF şi XON.

Laboratorul 2 Echipamente de tiparire

1. Obiectivul lucrării

Lucrarea de faţă se ocupă cu modul de funcţionare a imprimantelor, prezentându-se pe scurt lucrul cu imprimanta şi oferind un set de programe de aplicaţie care evidenţiază caracteristicile şi parametrii imprimantei, precum şi modalitatea de comunicaţie cu calculatorul.

2. Introducere teoretică

Imprimantele sunt de mai multe tipuri, în funcţie de tehnologia de tipărire folosite. Dintre acestea, cele care se află în uz în momentul de faţă sunt imprimantele matriceale (cu ace), imprimantele cu jet de cerneală (ink jet), imprimantele cu transfer termic (thermal transfer) şi, cele mai performante, imprimantele laser (laser jet). Indiferent de modul de generare a imaginii,

 

Page 143: ECHIPAMENTE PERIFERICE

toate tipurile de imprimante au o serie elemente comune, care vor fi prezentate în continuare.

2.1. Mecanismul de trasareMecanismul de trasare este partea care execută efectiv semnele grafice pe hârtie.

De exemplu: capul de imprimare dintr-o imprimantă matriceală; jetul de cerneală dintr-o imprimantă ink jet; fuzibilul dintr-o imprimantă laser.

Astfel, prin mecanismul de trasare se înţelege elementul din imprimantă care aşează în mod fizic cerneala pe hârtie, la locul potrivit. De exemplu, la imprimanta matriceală capul de tipărire mobil conţine ácele care lovesc banda tuşată pentru a forma semnele grafice.

2.2. Traseul hârtiei

Toate imprimantele deplasează hârtia peste mecanismul de trasare, într-un fel sau altul. Producătorii de imprimante acordă o mare atenţie traseului hârtiei, deoarece trebuie asigurată funcţionarea imprimantei în mod fiabil, cu un număr minim de blocaje.

2.3. Corpurile de literă

Toate imprimantele dispun de cel puţin un set iniţial de corpuri de literă. Cele mai moderne deţin seturi de corpuri de litere a căror mărime poate fi modificată (numite uneori fonturi scalabile), ceea ce înseamnă că tipărirea se poate face la orice dimensiune deoarece aceasta se poate schimba oricum se doreşte. Dacă există fonturi scalabile, va fi necesar un singur fişier de corpuri de litere pentru orice dimensiune de corp de literă.

Prin corpurile de litere (fonturi) se înţelege un set de numere, litere şi caractere speciale cu o anumită formă şi mărime. De exemplu, cele mai multe imprimante au incluse de către fabricant corpurile de literă Courier de 12 puncte. Un punct (point) este o unitate de măsură folosită în tipografie: într-un inch există 72 de puncte.

2.4. Rezoluţia

Rezoluţia se referă la calitatea tipăririi şi reprezintă o măsură a apropierii cu care imprimanta este capabilă să tipărească două puncte alăturate, sau, altfel spus, câte puncte poate plasa o imprimantă pe o lungime dată.

Legat de rezoluţie mai trebuie specificată şi unitatea de măsură: dpi. Dpi-ul se referă la numărul de puncte pe inch care poate fi produs de o imprimantă (dots per inch).

2.5. Emularea

Problemele care se pun în ceea ce priveşte diversitatea de imprimante care se găsesc pe piaţă este cea a compatibilităţii. În general, fiecare program care rulează pe un calculator are un limbaj unic şi are nevoie de un driver prin care să comunice cu imprimanta. Programele care rulează într-un mediu standardizat, cum este Microsoft Windows, sunt o excepţie, toate putând folosi driver-ele de imprimantă standardizate.

Din aceste motive (în special economice, deoarece menţinerea driver-elor la zi poate fi destul

Page 144: ECHIPAMENTE PERIFERICE

de costisitoare pentru o companie), foarte multe imprimante pot emula (vorbi) acelaşi limbaj ca imprimantele mai cunoscute. În acest fel, firmele producătoare de soft pot furniza driver-e numai pentru imprimantele cele mai bine vândute, iar cele mai puţin cunoscute îşi pot asigura compatibilitatea cu un set mai larg de programe soft. Câteva din imprimantele cu care sunt adesea compatibile celelalte tipuri sunt: Epson, Hewlett-Packard, IBM, Canon şi Toshiba.

2.6. Driver-ele

Imprimantele au nevoie de programe driver pentru a putea lucra cu softul de pe calculatorul gazdă. Un program driver este un fişier înmagazinat în calculatorul gazdă şi care ajută softul acestuia să comunice cerinţele sale imprimantei.

Prin urmare, un driver este un utilitar care transformă cererea de imprimare de la o aplicaţie în instrucţiuni pe care imprimanta le poate înţelege.

Există două variante în ceea ce priveşte driver-ele de imprimantă: fiecare aplicaţie vine cu programe driver pentru diferite tipuri de imprimante, iar

utilizatorul trebuie să caute un driver compatibil cu propria imprimantă. fiecare imprimantă vine de la producător cu propriul driver, instalat de obicei pe o

dischetă sau, mai nou, pe un CD, unde pe lângă driver-e se mai pot găsi şi programe de test, moduri de utilizare corectă şi sfaturi practice în cazuri de funcţionare incorectă.

2.7. Controlerul

Aşa cum sugerează şi numele, controlerul unei imprimante este punctul central al tuturor activităţilor ei mecanice şi electronice. Pe bună dreptate mai este denumit şi “creierul imprimantei”, care sincronizează evenimentele în aşa fel încât caracterele să fie realizate exact aşa cum apar pe ecran. Unele controlere pot chiar să monitorizeze informaţia care este trimisă prin interfaţă şi pot descifra în ce limbaj a fost aceasta trimisă.

Controlerul este un microcip (sau, mai modern, un set de microcipuri) care furnizează instrucţiuni imprimantei, coordonând datele care sosesc şi transformarea lor în semne tipărite. Controlerul acţionează în tandem cu driver-ul de imprimantă pentru a asigura o funcţionare corectă.

2.8. Interfaţa

Imprimanta este conectată la calculator printr-o interfaţă. Există diverse tipuri de interfaţă, fiecare cu avantaje şi dezavantaje, aşa cum se va prezenta în continuare. De obicei, noţiunea de interfaţă include atât conectorul imprimantei şi al calculatorului, cât şi cablul care leagă cele două conectoare.

2.8.1. Interfaţa paralelă

Comunicaţia paralelă între calculator şi imprimantă este cea mai des întâlnită. Datele sunt stocate în calculator sub forma de octeţi (grupuri de câte 8 biţi). În cadrul comunicaţiei paralele există mai multe conexiuni individuale, fiecare dintre acestea transportând câte un bit. Uzual sunt 8 conexiuni de date, permiţând unui octet să fie transferat tot odată, dar uneori există şi 16 conexiuni de date, fapt care permite transferul simultan a doi octeţi. Pe lângă date, trebuie transmise şi semnalele protocolului de comunicaţie dintre calculator şi imprimantă, pentru anunţa calculatorul când să înceapă şi când să înceteze transmisia datelor. Pentru aceste semnale ale

Page 145: ECHIPAMENTE PERIFERICE

protocolului sunt folosite conexiuni suplimentare pentru a nu interfera cu transmiterea datelor. Comunicaţiile de tip paralel nu se pretează transferului de date pe distanţe mari, fiind eficiente pentru cabluri de câţiva metri lungime.

A. Interfaţa Centronics

Interfaţa paralelă Centronics, inventată de compania omonimă producătoare de imprimante, este cea mai utilizată metodă de conectare a imprimantei la calculator. Aceasta foloseşte o conexiune paralelă de 8 biţi şi este unidirecţională (vezi fig. 1). Protocolul de transmisie are loc pe fire separate.

Fig. 1. Conectoarele interfeţei Centronics.

B. Interfaţa Bi-Tronics

Odată cu lansarea imprimantei LaserJet4, compania Hewlett-Packard a introdus acest nou tip de interfaţă. Bi-Tronics este o interfaţă Centronics modificată, care asigură transmiterea bidirecţională pe cablu, permiţând imprimantei să trimită mesaje de stare (Out of Paper, Paper Jam) înapoi la calculator.

Interfaţa Bi-Tronics este compatibilă cu porturile Centronics, dar necesită un driver special pentru a primi mesajele de stare.

C. Interfaţa Dataproducts

Această interfaţă introdusă de compania producătoare de imprimante cu acelaşi nume este folosită de unele minicalculatore pentru tipăriri la viteze ridicate. Există disponibile convertoare între interfaţa Dataproducts şi interfaţa Centronics.

D. Interfaţa IEEE488 (HP Interface Bus)

HP Interface Bus (HP-IB) a fost introdusă de compania Hewlett-Packard pentru a conecta sistemele HP de măsurări ştiinţifice la calculatoarele HP şi a fost adoptată ca standard de Institutul de Inginerie Electrică şi Electronică (IEEE488).

HP-IB este o interfaţă paralelă bidirecţională folosită la echipamentele de instrumentaţie (osciloscoape, analizoare logice), dintre care unele au posibilitatea de a tipări imaginile afişate.

E. Interfaţa SCSI

SCSI (Small Calculator Systems Interface) a fost dezvoltată ca o magistrală paralelă de mare

Page 146: ECHIPAMENTE PERIFERICE

viteză, care permite conectarea unui număr mare de periferice la calculator. Deşi este folosită în mod normal pentru hard disk, unele imprimante au posibilitatea de a o folosi pentru a primi imagini bitmap de la calculator la viteze mari.

F. Interfaţa IBM 370 Channel

Aceasta este o magistrală de mare viteză folosită pentru a conecta periferice la mainframe-urile IBM, conexiune denumită bus and tag. Această magistrală este folosită în principal de imprimantele industriale de mare viteză, conectate uzual la maniframe-uri.

2.8.2. Interfaţa serială

Legăturile care utilizează comunicaţia serială sunt mult mai lente decât cele paralele, dar pot fi utilizate pe distanţe mai mari. În cazul unei legături seriale simple sunt utilizate doar două fire: unul pentru transmiterea datelor, iar celălalt pentru recepţie. Majoritatea legăturilor seriale au cel puţin încă un fir în plus, dar acesta nu are nici un efect asupra vitezei de transfer. Firele suplimentare au rolul de a asigura protocolul handshaking, dar acestea sunt opţionale deoarece se pot trimite prin celelalte fire semnale software pentru handshaking amestecate cu datele.

Fiecare bit este trimis separat, deci un octet necesită în mod normal 8 transferuri individuale. În plus, majoritatea sistemelor de comunicaţie serială necesită transmiterea unor biţi de control la începutul şi sfârşitul unui octet, deci uzual pentru a transfera un octet sunt transmişi 10-11 biţi. Viteza maximă a majorităţii legăturilor seriale este de 19200 biţi pe secundă, dar există unele sisteme care pot lucra la viteze de câteva ori mai mari.

Comunicaţia serială poate fi convertită pentru a transfera date prin linia telefonică, deci calculatorul şi imprimanta se pot afla la distanţe mari unul de celălalt, acest tip de comunicaţie numindu-se conectare la distanţă (remote connection). Deşi rata de transfer în cazul comunicării seriale este adecvată pentru tipărirea de text, în cazul graficii bitmap aceasta nu permite imprimantei să funcţioneze la întreaga viteză.

A. Interfaţa RS-232C

RS-232C este o specificaţie internaţională pentru conexiunile seriale. Majoritatea calculatoarelor suportă standardul RS-232C, care poate fi folosit atât pentru comunicaţia între două calculatoare cât şi între calculator şi imprimantă. Standardul RS-232C defineşte caracteristicile fizice şi electrice ale conexiunii, nu şi metoda de transmitere şi codare a datelor.

Legăturile seriale pot fi: sincrone; asincrone

În cazul transmisiilor sincrone, datele circulă între cele două dispozitive într-un anumit ritm dinainte stabilit (fiecare octet este trimis la un interval de timp fixat după octetul anterior).

În cazul transmisiilor asincrone, datele sunt trimise de către expeditor imediat ce acesta este pregătit, fără a folosi semnale de ceas.

Majoritatea calculatoarelor şi imprimantelor folosesc transmisia asincronă. Comunicaţiile seriale necesită un protocol de tip handshaking, care să permită receptorului să anunţe

Page 147: ECHIPAMENTE PERIFERICE

transmiţătorul când este gata să primească date şi când nu.

Există mai multe variante de protocoale de acest tip, printre care: XON-XOFF, protocol software pe aceleaşi fire cu datele; DSR/DTR (Data Set Ready/Data Terminal Ready), protocol hardware; RTS/CTS (Ready To Send/Clear To Send), protocol hardware.

B. Interfaţa RS-422

Standardul RS-422 este similar cu RS-232C, dar este mai recent şi poate suporta viteze mai mari. Acesta este acceptat (opţional) de multe tipuri de imprimante şi este folosit cu un protocol handshaking convenţional.

C. Interfaţa IBM SNA-RJE

IBM Systems Networking Architecture for Remote Job Entry (SNA-RJE) este o legătură serială de mare viteză folosită de mainframe-urile IBM pentru a comunica cu terminale aflate la distanţă. Această interfaţă poate fi folosită pentru a conecta imprimante pe distanţe mai mari decât permit conexiunile de tipul IBM bus and tag şi se pretează în mod special la legăturile de telecomunicaţii. Interfaţa IBM SNA-RJE poate include şi o facilitate de tip job spooling.

D. Interfaţa IBM Co-Ax

Acest sistem de comunicaţie este radical diferit de celelalte tipuri de comunicaţii seriale, prin faptul că are doar un conductor pentru date care este folosit atât la transmisie cât şi la recepţie. Datele sunt trimise în blocuri de octeţi pentru a evita coliziunile.

Conexiunile IBM Co-Ax sunt folosite pentru a lega terminale de viteză mică sau imprimante de birou la mainframe-uri IBM. Există convertoare între interfaţa IBM Co-Ax şi interfaţa Centronics paralelă sau interfaţa RS-232C serială. Aceste conexiuni sunt folosite de obicei cu o emulare de imprimantă IBM ca IBM3812 sau IPDS. Multe interfeţe Co-Ax convertesc aceste emulări în limbaje comune pentru imprimante laser PCL.

E. Interfaţa IBM Twin-Ax

Aceste sistem de comunicaţie este similar cu IBM Co-Ax descris mai sus, dar este folosit pe sisteme IBM 3X şi pe minicalculatoare AS/400. Twin-Ax este un sistem hibrid care are multe caracteristici comune cu reţelele şi poate suporta până la şapte dispozitive (terminale sau imprimante) pe fiecare legătură Twin-Ax cu minicalculatorul.

Pentru interfaţa IMB Twin-Ax sunt valabile consideraţiile de la IBM Co-Ax referitoare la convertoare şi emulări de limbaje de imprimantă.

2.8.3. Interfaţa de reţea

Reţelele cu arie locală LAN (Local Area Networks) oferă multe posibilităţi atractive, inclusiv cea de folosire în comun a unor imprimante mai performante.

Există servere în reţea dedicate procesului de tipărire, dar imprimantele trebuie să dispună

Page 148: ECHIPAMENTE PERIFERICE

interfeţe de reţea pentru a putea fi plasate aproape de utilizatori şi nu lângă servere.

A. Interfaţa Ethernet

Ethernet este probabil cel mai popular tip de reţea şi este folosit pentru a conecta grupuri de calculatoare personale, mini-calculatoare, mainframe-uri etc. Ethernet-ul a fost proiectat iniţial să funcţioneze pe cabluri coaxial de mare capacitate, dar mai apoi a fost adaptat pentru cabluri de cost scăzut.

Standardul Ethernet există în variantele vitezei de transfer cu valori de 10 Mbps şi 100 Mbps, dar majoritatea interfeţelor de imprimante funcţionează la 10 Mbps.

Tipurile de interfaţă Ethernet sunt următoarele: Thick Ethernet (10Base5) – pe cablu coaxial de 10 mm diametru, folosind conectoare

AUI (de tip D cu 15 căi ) în anumite zone de cablu unde există instalate aţa-numitele tap-uri de conectare;

Thin Ethernet (10Base2) – pe cablu coaxial de 4 mm diametru, folosind conectoare BNC (British Naval Connector) de tip T cu 3 căi;

Twisted-Pair Ethernet (10Base-T) – pe cablu răsucit UTP (Unshielded Twisted Pair), cu conectare centralizată într-un concentrator (hub).

B. Interfaţa Token Ring

Adaptoarele de imprimante şi servere de tipărire pentru standardul Token Ring sunt disponibile pe scară largă, dar sunt mai scumpe decât cele pentru Ethernet.

Popularitatea reţelelor de tip Token Ring a determinat companiile producătoare de software să dezvolte mai multe protocoale pentru aceste reţele.

C. Interfaţa Appletalk

Standardul Appletalk este o combinaţie de conexiune de reţea şi soft de reţea existentă pe calculatoarele Apple Macintosh. Această interfaţă este suportată pe scară largă de imprimantele PostScript.

2.8.4. Comutarea porturilorUnele imprimante care au mai mult de un port de comunicare permit comutarea porturilor,

astfel încât imprimanta poate să comute automat între diferite porturi pentru a primi date de la mai multe calculatoare.

Când imprimanta se află în modul aşteptare, portul pe care primeşte date devine port activ până când job-ul respectiv este terminat. Dacă un alt calculator legat la un port diferit încearcă să trimită date în timp ce imprimanta procesează un job de tipărire, acesta va fi avertizat să aştepte printr-un semnal de tip handshaking. Sistemul de comutare a porturilor funcţionează, în general, foarte bine, dar uneori poate fi dificil pentru imprimantă să decidă dacă s-a terminat un job de tipărire. În acest caz, imprimanta poate aştepta câteva secunde pentru a stabili dacă calculatorul mai trimite date (această perioadă poate fi setată folosind panoul de control al imprimantei şi are valoarea tipică de 10-20 secunde), iar dacă nu mai primeşte date, presupune că job-ul este complet şi îl tipăreşte.

Dacă calculatorul este foarte lent sau pregăteşte pentru tipărire o pagină deosebit de complexă, se poate întâmpla ca pauza să fie mai lungă decât perioada de aşteptare, caz în care job-ul va fi divizat în două părţi, iar comenzile de formatare de la începutul job-ului vor fi pierdute,

Page 149: ECHIPAMENTE PERIFERICE

deci a doua parte va fi tipărită necorespunzător. Majoritatea imprimantelor permit dezactivarea funcţiei de comutare a porturilor sau setarea unui timp de aşteptare foarte lung pentru a depăşi această problemă.

3. Descrierea aplicaţiei

Pachetul de aplicaţii conţine trei programe care pot rula sub mediul Windows. Aceste programe sunt realizate folosind sistemul de dezvoltare de aplicaţii Microsoft Developer Studio 97, Visual C++ 5.0, cu bibliotecile de clase MFC (Microsoft Foundation Classes). Cele trei programe MFC sunt:

programul Proiect; programul EPM; programul Culoare.

3.1. Programul Proiect

Programul Proiect este o aplicaţie bazată pe ferestre de dialog care prezintă o listă a imprimantelor (locale sau de reţea) instalate în sistem. După ce utilizatorul alege un anumit tip de imprimantă, programul prezintă prin intermediul unei ierarhii de ferestre de dialog toate caracteristicile tipului de imprimantă ales, împărţite pe categorii de interes:

configuraţie; informaţii despre driver; caracteristici.

Un exemplu de utilizare a aplicaţiei Proiect este reprezentat în fig. 2.

Fig. 2. Exemplu de utilizare a aplicaţiei Proiect.

Datele afişate sunt citite din contextul de periferic (Device Context – DC) al imprimantei, acesta fiind o componentă principală a interfeţei cu perifericele Windows GDI (Graphics Device Interface).

Contextul de periferic (DC) este o structura care conţine informaţii despre un

Page 150: ECHIPAMENTE PERIFERICE

anumit periferic. Astfel, sub Windows programele sunt scrise nu pentru un dispozitiv fizic, ci pentru un context de periferic (DC). Această independenţă faţă de echipamentul fizic facilitează transmiterea la imprimantă a unor date cu aspect asemănător celor care apar pe ecran.

Într-un DC există informaţii despre mai multe tipuri de obiecte grafice GDI, cum sunt:

Font – tip de caracter folosit la scrierea pe diverse echipamente de ieşire; Brush – pensula folosită la umplerea unei zone cu o culoare sau cu un model; Pen – creion folosit la trasarea de linii şi forme cu diferite grosimi şi stiluri; Bitmap – obiecte folosite pentru poze, cursoare, pictograme etc.

Programul dispune un sistem de help sensibil la context în care sunt prezentate pe larg toate elementele aplicaţiei. Help-ul poate fi accesat fie prin apăsarea butonului omonim din fereastra principală, fie prin apăsarea tastei F1 în orice poziţie. A doua variantă de accesare deschide o fereastră de help care se referă chiar la fereastra de dialog a aplicaţiei principale, active în momentul apăsării tastei F1.

3.2. Programul EPM

Programul EPM este o aplicaţie de tip MFC SDI (Single Document Interface), care permite plasarea de text formatat cu ajutorul mouse-ului în zona de lucru sau desenarea de curbe în modul free-hand folosind cursorul. Aceste imagini sunt memorate în nişte structuri de tip CObList – liste de obiecte, pentru a putea fi mai târziu redesenate sau tipărite pe hârtie.

Aplicaţia are, de asemenea, facilitatea de tipărire a desenului realizat pe ecran şi păstrat în memorie.

Un exemplu de utilizare a aplicaţiei EPM este reprezentat în fig. 3.

Fig. 3. Exemplu de utilizare a aplicaţiei EPM.Programul poate desena în două moduri:

modul de poziţionare text; modul de desenare cu mouse-ul.

În modul de poziţionare text se intră în momentul apăsării butonului OK din căsuţa de dialog Opţiuni Text, iar în modul desenare free-hand prin apăsarea butonului OK din căsuţa de dialog

Page 151: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Opţiuni Peniţă. Pentru ieşirea din aceste moduri este suficientă apăsarea butonului drept al mouse-ului.

3.3. Programul Culoare

Această aplicaţie MFC SDI (Single Document Interface) îşi propune să exemplifice modul de creare a culorilor la imprimantele color, comparativ cu monitoarele CRT.

Dacă la monitoare se foloseşte sistemul aditiv de compunere a culorilor, la care setul culorilor de bază este RGB (Red, Green, Blue), la imprimante se utilizează sistemul substractiv de compunere (datorită faptului că imaginea nu se mai generează prin strălucire, ci prin reflecţie), la care setul culorilor de bază este CMY (Cyan, Magenta, Yellow). Din cauza faptului că negrul (care rezultă din suprapunerea tuturor componentelor de bază, spre deosebire de sistemul aditiv, la care negrul înseamnă absenţa tuturor componentelor) nu se poate obţine decât în proporţie de 80%, la setul celor trei culori de bază s-a adăugat şi negrul (blacK), acesta devenind astfel CMYK.

Fereastra principală a aplicaţiei prezintă următoarele elemente: zona de test (axele X şi Y); eşantioanele RGB; eşantioanele CMY; eşantioanele CMYK; zona de control (axa Z).

Zona de test este, de fapt, o arie pătrată de dimensiuni 256256 pixeli, în care fiecare pixel are o culoare diferită, rezultând astfel 64 K nuanţe de culoare. Culoarea unui pixel din această zonă este definită ca RGB(r,g,b), unde (r,g,b) sunt variabile de tip octet, cuprinse între 0 şi 255, care semnifică cantitatea de roşu, verde, respectiv albastru din care este creat pixelul respectiv.

Zona de test poate fi privită ca fiind o “felie” din cubul RGB (de latură 256), aflată la distanţa Z de ecran, într-un sistem de coordonate RGB suprapuse peste axele X, Y şi Z.

Corespondenţa dintre setul de culori (r,g,b) şi axele (X,Y,Z) poate fi setată folosind butoanele din zona de control a ferestrei aplicaţiei. Această zonă este compusă din următoarele elemente:

zona de test (axele X şi Y); grupul butoanelor radio (Roşu, Verde, Albastru) pentru selecţia culorii corespunzătoare

axei Z (care “iese” din ecran); controlul de tip Slider sau Track Bar; controlul de editare.

Un exemplu de utilizare a aplicaţiei Culoare este prezentat în fig. 4.

Page 152: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 4. Exemplu de utilizare a aplicaţiei Culoare.

În momentul apăsării unuia dintre butoanele radio (de exemplu, Verde), axa Z devine axa culorii selectate (verde în exemplul de faţă), iar celelalte culori (roşu şi albastru) se suprapun peste axele X şi Y. În acest moment se poate seta valoarea variabilei g (verde), folosind controlul de tip Slider sau controlul de editare, care sunt echivalente. Imaginea va fi redesenată, cu fiecare pixel având culoarea dată de funcţia RGB[r(x),g,b(y)], unde r(x) = x, b(y) = y, iar g are valoarea fixă aleasă anterior cu ajutorul Slider-ului sau al controlului de editare.

În momentul deplasării cursorului de mouse deasupra unui punct din zona de test, eşantioanele RGB, CMY şi CMYK se vor colora automat pentru a indica cantităţile de culori primare aditive (în cazul RGB) sau substractive (în cazul CMY sau CMYK) conţinute de pixelul aflat sub cursorul mouse-ului.

Pe lângă aceste eşantioane de culoare, mai sunt afişate şi valorile culorilor de bază în cele trei cazuri, atât în valori absolute cât şi ca procente din cantitatea totală a semnalului de crominanţă.

4. Desfăşurarea lucrării

1.      Se selectează şi se studiază prezentarea html a echipamentelor de tipărire, care conţine informaţii despre imprimante şi plotter-e.

Page 153: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Pagina principală a aplicaţiei este împărţită în trei cadre (frames), în fiecare din acestea putând fi încărcate diverse alte pagini. Astfel, cele două zone din partea stângă au rolul de cuprins, cea de sus fiind un index al documentului (1), iar cea de jos o detaliere a fiecărui element din cuprins. (2). Fiecare legătură din zona 1 deschide în zona 2 un document care conţine o prezentare a cuprinsului pe subcapitole şi paragrafe. Apoi, selectând o legătură din zona 2, în zona 3 (fereastra principală) apare detaliată acea parte a documentului care a fost selectată din meniu.

2.      Se selectează programele de aplicaţie pentru imprimantă prezentate mai sus şi se testează pentru diferite configuraţii, setări şi valori introduse de utilizator.

3.      Se notează observaţiile efectuate pe marginea rulării acestor aplicaţii.

5. Întrebări

1.      Cum se poate conecta imprimanta la calculator?

2.      Ce rol are un driver de imprimantă? Dar o interfaţă?

3.      Care sunt sarcinile unui controler de imprimantă?

4.      La ce se referă noţiunea de emulare în cazul imprimantelor?

5.      Cum se defineşte şi în ce se măsoară rezoluţia la imprimare?

6.      Cum se poate instala un set nou de caractere?

7.      În ce mod se poate verifica starea imprimantei?

8.      Cum se face instalarea imprimantei în Windows?

9.      Care sunt particularităţile instalării imprimantei într-o reţea de calculatoare?

10.  Explicaţi de ce nu se poate folosi sistemul de bază RGB în cazul imprimării în culori.

11.  Care sunt principalii parametrii şi caracteristici ale unei imprimante, aşa cum rezultă din programul de aplicaţie Proiect?

12.  Realizaţi o analiză comparativă între interfeţele paralele şi cele seriale din perspectiva vitezei de transfer, a modului de conectare şi a posibilităţilor de lucru la distanţă (în cazul folosirii imprimantelor).

Page 154: ECHIPAMENTE PERIFERICE

 

Laboratorul 3

Echipamente de intrare

1. Tastatura

1.1 Introducere

Principalul dispozitiv de intrare pentru majoritatea calculatoarelor este tastatura si, pâna când sistemele de recunoastere vocala nu vor fi perfectionate astfel încât sa recunoasca vorbirea continua, este putin probabil ca aceasta situatie sa se schimbe. Chiar si în acest caz, tastatura va ramâne pe primul loc din punctul de vedere al vitezei si al preciziei. În ultimul deceniu, organizarea tastelor a fost aproape complet standardizata, ajungându-se la un singur model de tastatura. Tastaturile livrate împreuna cu calculatorul sunt mult mai diferite decât se constata la prima vedere. Astfel sub tastele ce par identice se ascund tehnologii de realizare diferite, tehnologii ce variaza de la un producator la altul. Tehnologia folosita determina nu numai modul de functionare al tastaturii, ci si durata de viata a acesteia si comoditatea în folosire.

1.2 Tehnologii de realitare a tastaturilor

Conceptul care sta la baza tastaturii - o litera pentru fiecare buton, dateaza de pe vremea primelor masini de scris. Organizare si functiile tastelor s-au schimbat foarte putin din ultima jumatate a secolului XIX. Nici tastaturile calculatoarelor personale nu s-au schimbat foarte mult.

Toate tastaturile au aceeasi functie: detectarea tastelor pe care le apasati cu degetele si transmiterea informatiilor corespunzatoare catre calculator. Scopul principal în realizarea tastaturilor a fost gasirea unui mecanism care sa combine acuratetea - detectarea actionarii tastelor si ignorarea semnalelor electrice aleatorii. La acestea se adauga senzatia avuta la apasarea unei taste.

a) Tastaturi capacitive

La introducerea pe piata, PC-urile au mostenit tehnologiile folosite pentru generatiile anteriore de echipamente. În momentul respectiv, comutatoarele folosite ca elemente de baza aveau neajunsuri importante la utilizarea îndelungata, deci nu aveau o durata de viata mare. IBM a adoptat un model care izola comutatoarele de aerul înconjurator. În loc sa se bazeze pe contactele unui comutator pentru modificarea fluxului electric, IBM a optat pentru detectarea unei modificari de capacitate. Capacitate reprezinta în general proprietatea de a stoca încarcaturile de electricitate statica. Condensatoarele stocheaza electricitatea cu sarcini opuse pe una sau mai

Page 155: ECHIPAMENTE PERIFERICE

multe perechi de placi conductoare, separate de un material izolator. Sarcinile de sens opus creeaza un câmp electric, iar izolatorul împiedica anularea reciproca a celor doua sarcini. Cu cât cele doua placi ale condensatorului sunt mai apropiate, cu atât câmpul electric este mai puternic si cu atât mai multa energie poate fi stocata. Deplasarea relativa a celor doua placi determina modificarea capacitatii de stocare a sarcinilor electrice, ceea ce genereaza un curent electric pentru completarea capacitatii crescute sau pentru eliminarea sarcinii suplimentare datorita scaderii capacitatii. Modificarile fluxului electric sunt detectate de circuitele electronice ale unei tastaturi capacitive. Modificarile mici, graduale, de capacitate sunt amplificate astfel încât sa simuleze închiderea sau deschiderea unui comutator. Uzual, tastaturile capacitive sunt construite în jurul unei placi de circuit imprimat. Sub fiecare tasta (numita statie în terminologia specifica tastaturilor) se afla doua suprafete de cupru placate cu nichel si cositor. Cele doua suprafete metalice ale fiecarei perechi nu sunt conectate fizic sau electric una cu cealalta, formând placile unui condensator. În modelele IBM de tastatura capacitiva, apasarea unei taste deformeaza un cerc de plastic metalizat, separând cele doua placi metalice aflate sub partea mobila a fiecarei taste. Desi plasticul cercului împiedica crearea unei conexiuni electrice între cele doua placi metalice, distanta initiala dintre acestea determina crearea unei sarcini capacitive. Separarea celor doua placi metalice (apasarea unei taste) determina scaderea capacitatii - o descrestere de la 20-24 de picofarazi la 2-6 picofarazi. Reducerea capacitatii genereaza un curent mic, dar detectabil, în circuitele electrice la care sunt conectate cele doua placi metalice. Alte tastaturi capacitive compatibile folosesc un model opus celui utilizat de IBM. Astfel, apasarea unei taste determina apropierea celor doua placi metalice si cresterea capacitatii. Procesul invers are acelasi efect - modificarea fluxului electric într-un fel ce poate fi detectat de tastatura. Tastaturile de tip capacitiv functioneaza foarte bine, având o durata de viata pentru fiecare tasta evaluata la aproximativ 10.000.000 de actionari. Dezavantajul acestei tehnologii este detectarea indirecta a actionarii tastelor.

b) Tastaturile cu contacte

Solutia directa pentru construirea unei tastaturi este modificarea fluxului electric cu ajutorul unor comutatoare. Comutatoarele dintr-o tastatura fac exact ceea ce se presupune ca trebuie sa faca un comutator - sa deschida sau sa închida un circuit electric pentru a împiedica sau pentru a permite circulatia unui curent electric. Folosirea comutatoarelor implica folosirea unor circuite mai simple pentru detectarea fiecarei actionari de taste, desi mare majoritate a tastaturilor cu contacte includ un microprocesor care aloca tastelor codurile de scanare si serializeaza datele pentru a fi transmise calculatorului. Costul a devenit principalul factor în proiectarea si producerea tastaturilor. În cautarea unui compromis între pret si durata de viata, modelul bazat pe comutatoare a câstigat competitia.

Exisa trei modele de tastaturi bazate pe contacte: 1. cu comutatoare mecanice; 2. cu calote de cauciuc; 3. cu membrana;

1) Comutatoarele mecanice folosesc mecanisme traditionale de comutare, respectiv contacte din metale pretioase care formeaza o conexiune electrica în urma actionarii mecanice. Comutatoarele de sub fiecare tasta pot fi unitati independente, cu posibilitatea de înlocuire individuala, sau pot fi fabricate ca un singur ansamblu. Contactele dintr-o tastatura cu comutatoare mecanice pot îndeplini un rol dublu - de control asupra fluxului electric si de pozitionare a capacelor tastelor. Contactele pot actiona ca niste arcuri, împingând capacele tastelor în pozitia initiala dupa ce au fost apasate. Dar, forta de raspuns a contactelor este greu de controlat, iar materialul contactelor se uzeaza si se poate rupe.Ca urmare, majoritatea tastaturilor cu contacte mecanice folosesc arcuri pentru readucerea tastelor în pozitia initiala.

Page 156: ECHIPAMENTE PERIFERICE

2) Tastaturile cu calote de cauciuc combina mecanismele de contact si de pozitionare într-un singur element. O foaie de elastomer - un material elastic asemanator cu cauciucul-este modelata astfel încât sa formeze sub fiecare tasta o proeminenta (calota). În interiorul calotei se afla o pastila din carbon sau dintr-un alt material conductor, îndeplinind rolul unuia dintre contacte. Atunci când calota de cauciuc este apasata, pastila de carbon închide circuitul. La eliberarea tastei, calota de elastomer revine la forma initiala, deschizând circuitul si împingând în sus tasta. Tastaturile cu calote de cauciuc au fost folosite prima data de IBM de calculatoarele PC jr. Fabricarea ca subansamblu integrat face ca tastaturile cu calote de cauciuc sa fie ieftine. În plus, proiectarea corespunzatoare a tastaturii face ca senzatia la utilizare sa fie foarte buna - elasticitatea calotelor de cauciuc poate fi selectata astfel încât sa se simta momentul exact când se face contactul.

3) Tastaturile cu membrana sunt asemanatoare celor cu calote de cauciuc, exceptând faptul ca folosesc în locul foilor de elastomer folii de plastic - membrane - pe care sunt imprimate circuite electrice. Contactele sunt încapsulate în proeminente formate de folia de plastic. Prin presarea foliei de plastic, pastilele se strâng, închizând comutatoarele. Membranele sunt deseori folosite pentru miniaturi destinate calculatoarelor si imprimantelor, datorita costului scazut si duratei mari de viata. Materialul care formeaza contactele poate fi încapsulat în interiorul proeminentelor de plastic, facându-l imun la conditiile de mediu. Folosite ca atare, membranele nu sunt foarte potrivite pentru tastaturile calculatoarelor, deoarece contactele acestora au o cursa foarte scurta. Totusi, un mecanism auxiliar poate sa modifice senzatia data de actionarea unei taste, astfel încât aceste tastaturi sa nu poata fi deosebite de tastaturile ce folosesc alte tehnologii.

1.3 Senzatia la apãsare

Principale diferenta dintre tastaturile actuale nu este data de tehnologia folosita, ci de senzatia la actionarea unei taste. Tastatura trebuie sa asigure un raspuns tactil, astfel încât sa se simta prin degete momentul în care este activata o tasta. Uzual pentru a ne asigura ca am actionat o tasta, vom fi condusi de tendinta de a apasa mai mult decât este necesar. Forta suplimentara ne va obosi mai repede. O solutie a acestei probleme este activarea tastelor înainte de sfârsitul cursei. Pentru aceasta se poate reduce forta de apasare înainte ca tasta sa ajunga la sfârsitul cursei. Tastaturile cu cursa liniara cer depunerea unui efort mai mare pentru apasarea tastei mai mult. Astfel, relatia dintre deplasarea tastei si forta pe care trebuie aplicata este liniara pe tot traseul tastei. Principalul dezavantaj al acestei metode este faptul ca degetele nu au de unde sa stie când au apasat tastele destul de mult. Daca pot sa sesizeze momentul actionarii unei taste, degetele vor învata sa se opreasca intuitiv dupa atingerea punctului respectiv. Tastaturile mai bune ofera acest tip de reactie tactila, cerând sa se creasca forta de apasare a unei taste pâna în momentul activarii acesteia, apoi scazând foarte mult rezistenta opusa de aceasta, pâna la limita cursei. Un mecanism cu arc, proiectat astfel încât sa cedeze brusc dupa activarea fiecarei taste, reprezinta modalitatea clasica de obtinere a reactiei tactile si poate fi adaptat pentru emiterea unui clic sonor la fiecare apasare de tasta. Un alt rol al arcului este de aridica tastele dupa ce actiunea asupra lor înceteaza. Tastaturile moderne folosesc un singur sistem de arcuri sau, mai des, calote de cauciuc care trec dintr-o pozitie în alta. Tastaturile cu calote de cauciuc ofera o senzatie tactila satisfacatoare, dar tastele individuale pot sa impuna sporadic folosirea unei forte mai mari, ceea ce poate afecta actionarea uniforma. Aceasta tehnologie de fabricatie este foarte des utilizata în realizarea tastaturilor datorita costului scazut si a fiabilitatii bune. Tastaturile "moi" au o spuma comprimabila care amortizeaza miscarea tastelor. Aceste tastaturi au o miscare mai liniara si sunt preferate de unii utilizatori datorita functionarii mai line si mai putin zgomotoase. Un alt factor ce influenteaza senzatia tactila este forta necesara actionarii tastelor. Unele tastaturi necesita o forta de apasare mai mare decât altele. În general, majoritatea tastaturilor cer o forta de apasare între 54 si 68 grame pentru actionarea unei taste. Tastaturile mai rigide pot cere o forta de apasare de pâna la 85 grame. Tastaturile difera si prin distanta pe care trebuie sa o parcurga o tasta pentru a fi înregistrata ca activa. Tastaturile cu cursa completa cer o deplasare a

Page 157: ECHIPAMENTE PERIFERICE

tastelor pe o distanta de 0.14 - 0.18 inch pentru a fi considerate active. Modelele cu cursa completa permit obtinerea unor vizeze de lucru mai mari si a unor rate de eroare mai mici.

1.4 Organizarea tastelor

Pe o tastatura de dimensiuni complete, spatiul dintre taste, masurat în centrele acestora, este de 0.75 inch (19 milimetri). Tastele au latura de aproximativ 0.5 inch (12.5 milimetri) si sunt putin adâncite pentru a contribui la pozitionarea corecta a degetelor.

Organizarea QWERTY

Acest nume de organizare a tastaturii corespunde listei ce contine primele sase caractere de pe rândul de sus.

Organizarea Dvorak-Delay

Acest model include câteva idei ce duc la viteze mai mari de lucru. O idee de baza este favorizarea folosirii alternative a mâinilor. Pentru a face mai probabila folosirea alternativa a mâinilor, pe aceste tastaturi toate vocalele sunt aranjate pe rândul de baza al mâinii stângi, iar consoanele cu frecventa cea mai mare de utilizare sunt asezate pe rândul de baza al mâinii drepte. Windows 95 include optiuni de selectare a tastaturii Dvorak, driverul standard de tastatura permitând selectarea optiunii Dvorak. Pentru aceasta se selecteaza pictograma Keybord în Control Panel, din Windows 95. Se selecteaza apoi pagina Language, unde se gaseste butonul Properties. Executând clic pe acest buton, se va deschide un ecran în care se poate face selectia limbajului de tastatura. Organizarea Dvorak este disponibila ca o optiune a organizarii pentru Statele Unite. Actual, aproape toate sistemele sunt echipate cu tastaturi aranjate în maniera stabilita de tastatura IBM cu 101 taste.

Tastatura PC cu 83 de taste

Modelul de organizare, în cea mai mare parte este pastrat de la masina de scris - cu tastele alfabetice în mijloc. În plus, IBM a pus în partea stânga a blocului de taste alfanumerice doua coloane de taste functionale, iar controlul cursorului se facea cu o magistrala numerica destinata introducerii directe de date. Tasta ENTER era mica si destul de greu de identificat având desenata pe ea o sageata îndoita. Nu existau nici un fel de indicatoare pentru tastele speciale (Caps Lock, Num Lock, Scroll Lock). Acest model a ramas standard pâna la introducerea calculatoarelor AT în anul 1984.

Tastatura cu 84 de taste

Odata cu aparitia calculatoarelor AT , IBM a introdus un nou model de tastatura. În noul model exista o tasta suplimentara - Sys Req, destinata în special aplicatiilor multiutilizator. Tasta Enter a fost marita (dimensiunea tip Selectric) si au fost adaugate indicatoarele pentru tastele de comutare a modului de lucru. Pozitia tastelor functionale a fost pastrata, iar tastele de deplasare au ramas în continuare combinate cu tastele numerice, în partea dreapta a blocului alfanumeric.

Page 158: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Tastatura imbunatatita cu 101 taste

Odata cu introducerea pe piata a calculatoarelor îmbunatatite, IBM a lansat o noua tastatura, numita Advanced Keyboard, cunoscuta si sub numele de Enhanced Keyboard. Organizarea tastelor a fost schimbata fata de modelul anterior, modelele cu 84 taste si cel cu 104 taste fiind interschimbabile si amândoua sunt incompatibile cu modelul cu 83 de taste. Principala îmbunatatire a fost cresterea numarului de taste - 101 pentru Statele Unite si 102 taste pentru modelele internationale. Pe lânga blocul de taste numerice combinate cu taste de deplasare, a fost prevazut un bloc separat cu taste pentru deplasarea cursorului. De asemenea, alte taste cum ar fi cele de control au fost dublate într-un bloc separat. La tastele functionale au fost adaugate doua noi taste (F11 si F12) si întreg blocul a fost mutat pe un rând, deasupra blocului alfanumeric. În fiecare parte a barei de spatiu au fost prevazute tastele Ctrl si Alt, iar tasta Caps Lock a fost mutata în locul tastei Ctrl. Noul tip de tastatura a facut ca o operaþie, ce putea fi realizata cu o mâna, utilizând modelele anterioare de tastaturi, acum se realizeaza cu ajutorul ambelor mâini. Folosirea noului aranjament si a noilor taste s-a dovedit a fi mai greoi. Astfel tasta Enter, mai mica, poate fi ratata în cazul lucrului cu viteza.

Tastatura Windows cu 104 taste

O serie de functii ale sistemului de operare Windows 95 nu sunt la îndemâna în cazul tastaturilor obisnuite cu 101 taste. Pentru a înlatura acest inconvenient si pentru a corespunde mai bine modului de operare sub Windows 95, multi producatori adauga la noile tastaturi trei noi taste - doua taste Windows si o tasta care activeaza meniurile derulante - în locurile libere de o parte si de alta a barei de spatiu, care este putin mai mica. Cele doua taste Windows, care poarta emblema Windows, sunt folosite pentru lansarea gestionarului de operatii din Windows. Una dintre acestea se afla în partea stânga, între tastele Ctrl si Alt. Cealalta se afla în partea dreapta, imediat dupa tasta Alt. A treia tasta se utilizeaza la selectarea elementului indicat de cursorul mouse-ului si se afla imediat dupa tasta Windows din dreapta. Majoritatea producatorilor au modificat si alte taste de pe tastatura Windows, pentru a usura lucrul. Astfel unii producatori au marit tasta Enter aducând-o la dimensiune celei de pe tastatura cu 84 de taste, tasta backslash a fost micsorata si mutata mai sus.

1.5 Functii electrice si coduri de scanare

Pentru a fi folosite în circuitele calculatoarelor, comutatoarele au nevoie de componente electronice speciale, care sa elimine fluctuatiile electrice si vibratiile contactelor. Aceste circuite de eliminare a vibratiilor supravegheaza contactele comutatoarelor si transforma ezitarile initiale într-o schimbare de stare clara. Un inconvenient este faptul ca fiecare comutator are nevoie de un circuit propriu pentru eliminarea fluctuatiilor de curent. În loc sa elimine vibratiile fiecarui comutator în parte, tastaturile calculatoarelor rezolva problema în alt mod. Circuitele electronice ale tastaturii nu detecteaza schimbarea starii fiecarui comutator în momentul în care aceasta are loc, ci verifica periodic daca vreun comutator si-a schimbat starea. Daca este sesizata schimbarea starii unui comutator, ceea ce corespunde apasarii sau eliberarii unei taste, circuitele electronice genereaza o inductie care este trimisa catre calculator. Procesul descris mai sus are însa si o serie de dezavantaje. Detectarea apasarii tastelor prin verificari periodice implica o mica întârziere la semnalarea fiecarei apasari de tasta si de fiecare data trebuie verificata fiecare tasta. Viteza mare de lucru a circuitelor electronice actuale face ca acest lucru sa nu fie un inconvenient major. Procesul este redus la o rutina - circuitele electronice ale tastaturii verifica starea fiecarei

Page 159: ECHIPAMENTE PERIFERICE

taste cu o frecventa de aproape un milion de ori pe secunda. În general, operatia de scanare a tastelor este facuta de un microprocesor (un dispozitiv din seria 8048, în cazul majoritatii tastaturilor), la fiecare câteva microsecunde, astfel încât pot fi detectati chiar si curentii minusculi generati de apasarea unei taste. Circuitele electronice ale tastaturii valideaza o actiune de tasta numai daca detecteaza curentul generat de aceasta în timpul a doua sau mai multe scanari consecutive.

Coduri de scanare

Atunci când este detectata actionarea unei taste, microprocesorul integrat în tastatura genereaza un cod de scanare prin care indica tasta actionata. Codul de scanare este transformat în date seriale si transmis catre microprocesorul calculatorului gazda. Dupa ce receptioneaza un cod de scanare, controllerul de tastatura lanseaza o întrerupere prin care avertizeaza microprocesorul ca un cod de scanare este disponibil pentru citire. Când se întâmpla acest lucru, calculatorul sorteaza codurile de scanare receptionate si identifica tastele si combinatiile de taste apasate. Programul care executa aceste operatii face parte din codul BIOS al sistemului. Calculatorul memoreaza starea tastelor de comutare, modificând anumite locatii de memorie, anumiti octeti de stare, astfel încât sa reflecte starea tastelor respective. Fiecare apasare de tasta genereaza doua coduri de scanare diferite - unul la apasarea tastei si unul la eliberarea acesteia. Folosirea celor doua coduri de scanare permite calculatorului sa stabileasca daca o tasta este apasata - spre exemplu, atunci când este tinuta apasata tasta Alt în timp ce se apasa o alta tasta functionala. Exista trei standarde pentru codurile de scanare. Acestea sunt folosite pentru trei moduri de operare si corespund celor trei generatii de tastaturi. În oricare din cele trei moduri de operare, fiecare tasta genereaza un cod de scanare unic. Codul fiecarei taste este dat de pozitia acesteia si nu este afectat de starea tastei Caps Lock sau a altor taste. În modul 1 de operare( care corespunde modelului de tastatura cu 83 de tasta), toate codurile de scanare au lungimea unui octet si tastele genereaza coduri diferite la apasare si la eliberare. În modurile 2 si 3 (care corespund modelelor de tastatura cu 84, respectiv 101 taste), codurile de scanare pot avea unul sau mai multi octeti. În general, codul transmis la apasarea tastei (make code) are un octet, iar codul transmis la eliberarea tastei (break code) are doi octeti, respectiv un octet cu valoare F0 (hexa) urmat de codul de apasare. Desi initial codurile de scanare au fost alocate dupa pozitia tastelor si nu dupa caracterele înscrise pe acestea, atunci când producatorii modifica pozitia tastelor, codurile de scanare sunt pastrate ca în modelul original. În caz contrar, fiecare mod de organizare a tastelor ar genera alte coduri de scanare, ceea ce ar crea confuzia atât în calculator, cât si în mintea utilizatorului. Pentru limbi straine se folosesc mapari diferite ale codurilor de scanare. Modelele de tastaturi pentru limbile straine înlocuiesc semnele de punctuatie cu diferite caractere, astfel încât codurile de scanare cerute difera în alte limbi decât în engleza. Tastaturile moderne cu 101 si 104 taste au doua taste Enter, una în blocul alfanumeric si cealalta în blocul combinat de taste numerice si pentru deplasarea cursorului. A doua tasta Enter, ca si tastele numerice din blocul în care se gaseste aceasta, are un cod de scanare propriu. Desi pentru marea majoritate a operatiilor cele doua taste functioneaza identic, în unele cazuri au functii diferite. De exemplu, deseori combinatiile de taste folosesc diferit cele doua taste Shift.

1.6 Protocolul folosit de tastatura si comenzile soft

Tastaturile folosesc coduri seriale diferite, în functie de modul de operare. În modul 1, protocolul standard foloseste noua biti pentru fiecare octet. Primul bit este bitul de start, care trebuie sa aiba valoarea logica 1. În continuare sunt transmisi cei opt biti de date, începând cu cel mai putin semnificativ. În modurile 2 si 3, tastatura foloseste un protocol pe 11 biti. Fiecare octet începe cu un bit de start, care are valoarea logica 0. În continuare sunt transmisi cei opt biti de date, începând cu cel mai putin semnificativ. Apoi urmeaza un bit de paritate. Toate tastaturile folosesc paritatea impara, ceea ce înseamna ca valoarea acestui bit este alesa

Page 160: ECHIPAMENTE PERIFERICE

astfel încât numarul bitilor 1 logic si bitul de paritate sa fie impar. Protocolu se încheie cu un bit de stop , care are întotdeauna valoarea logica 1.

Sistemul de semnalizare si de confirmare folosit de tastaturi

Tastaturile conventionale folosesc linia de ceas pentru trimiterea semnalelor de sincronizare a bitilor de pe linia de date ce sunt receptionati de calculator. Pe de alta parte calculatorul foloseste linia de ceas ca sa controleze fluxul datelor primite de la tastatura. Linia de ces foloseste o logica pe trei stari (tri- state logic) , ceea ce permite modificarea semnalului din ambele parti ale conexiunii. În mod normal, tastatura furnizeaza pe linia de ceas o tensiune cu o anumita valoare, pe care o întrerupe pentru furnizarea semnalului de sincronizare. Aceasta tensiune poate fi întrerupta si de calculator, printr-o scurt - circiutare ce nu pune în pericol tastatura - ca o modalitate de a transmite o cerere de date. Linia de date foloseste de asemenea o logica pe trei stari. Tastatura urmareste starea liniilor de date si de ceas pentru a determina momentul în care poate trimite informatii catre calculator. Tastatura trimite un caracter numai daca nici una din cele doua linii - de date si de ceas - nu este trecuta pe 0 logic de calculator. Daca linia de ceas este trecuta pe zero, tastatura pastreaza în bufferul propriu datele pe care trebuie sa le trimita. Daca linia de ceas are valoarea 1, dar linia de date are valoarea 0, tastatura asteapta primirea unei comenzi de la calculator. Tastatura urmareste linia de ceas pe toata durata transmiterii unui octet si daca PC-ul trece linia pe 0 logic înaintea trimiterii bitului de paritate tastatura opreste transmisia si pastreaza caracterul în buffer, asteptând pâna când linia de ceas trece din nou pe 1 pentru a retransmite caracterul.

Pentru trimiterea unui octet de comanda catre tastatura, calculatorul verifica mai întâi daca aceasta se afla în timpul unei transmisii de date. Pentru oprirea instantanee a fluxului de date, PC-ul trece linia de ceas pe 0 logic. Apoi lasând linia de ceas sa treaca din nou pe 1 si trecând linia de date pe 0, calculatorul semnaleza tastaturii ca urmeaza sa trimita date. Daca receptioneaza un numar corect de biti, tastatura trimite catre calculator un actet de confirmare, FA(hexa). Daca numarul nu este corect, tastatura cere retransmisia comenzii prin octetul FE(hexa). Operarea în cazul tastaturilor cu porturi USB (Universal Serial Bus) este diferita fata de operarea tastaturilor conventionale, ele folosind codificarea si protocolul USB. Atunci când se apasa o tasta, tastatura trimite un pachet de date catre PC la urmatoarea interogare facuta de controllerul USB. Daca în intervalul dinte doua interogari nu se elibereaza sau nu se apasa o tasta, tastatura trimite catre controllerul USB un pachet NAK, indicând ca nu are nici o informatie de transmis, pentru ca starea tastaturii nu s-a schimbat.

Comenzi soft folosite de tastatura

Calculatorul are un set redus de comenzi ce pot fi transmise unei tastaturi în vederea ajustarii modului intern de operare. PC-ul poate schimba codurile de scanare, deci modul de operare al tastaturii, cu comanda F0 (hexa), urmat de un numar. De asemenea, se poate modifica rata de tastare automata folosind comanda F3 (hex) sau starea indicatoarelor cu comanda ED (hexa). Pentru începerea comunicarii, tastatura trimite o serie de caractere prin care indica terminarea cu succes a autotestarii - codul AA (hexa) - dar cu bitul de paritate gresit , semnalizând ca înca nu s-a facut initializarea. Dupa ce calculatorul ajunge într-un anumit punct al procesului de initializare, trimite catre tastatura o cerere de retransmisie a ultimei comenzi - FE (hexa). Ca raspuns, tastatura corecteaza bitul de paritate si trimite din nou codul AA (hexa), cu conditia ca autotestarea sa se fi terminat cu succes. Din acest moment, tastatura si calculatorul sunt pregatite sa treaca în modul normal de lucru.

1.7 Resursele si conexiuni utilizate de tastatura

Page 161: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Porturile folosite de tastatra si întreruperea generata de controller poate sa difere, în functie de modelul hardware si de codul BIOS al calculatorului. Pentru a vedea care sunt porturile folosite, din Windows 95, se deschide Control Panel, apoi se selecteaza pictograma Keyboard, dupa care se vizualizeaza pagina Resource. În acest moment, controllerul de tastatura transmite catre sistem codul de scanare primit de la tastatura, iar rutinele BIOS pentru tastatura determina caracterul ce trebuie trimis sistemului de operare. Rutina BIOS standard genereaza o a doua întrerupere, care permite unei subrutine sa prelucreze codul de scanare înainte ca acesta sa fie transformat într-un caracter. Sub Windows 95, aceste rutine BIOS sunt înlocuite cu drivere de tastatura, ce executa aceleasi functii. Windows 95 instaleaza doua drivere de tastatura - un driver în mod real ( Keyboard.drv) si un driver în mod protejat ( vkd.drv). Schimbarea sau vizualizarea driverelor instalate în sistem, se realizeaza folosind eticheta Drivers de pe pagina Keyboard Properties.

Conexiuni

Folosirea codurilor de scanare si transmiterea seriala simplifica schema de conectare a tastaturilor. Codurile de scanare sunt trimise serial de la tastatura catre calculator, asa ca este necesara o singura linie pentru transferarea informatiilor. Un al doilea conductor este necesat ca retur pentru semnalele de date, acest conductor având rol de masa pentru toate celelalte circuite ale tastaturii. O linie separata este folosita pentru semnalul de ceas, acesta linie având rolul de sincronizare a logicii corespunzatoare tastaturii si a logicii calculatorului. A patra si ultima linie este folosita pentru furnizarea tensiunii continue de cinci volti, necesara pentru alimentarea tastaturii. Ca urmare, patru conductoare sunt suficiente pentru conectarea tastaturii la calculator. Apoape toti producatorii de tastaturi folosesc aceleasi tipuri de conectoare, unul dintre cele doua tipuri lansate de IBM. Cel mai popular conector este cel ales de IBM pentru seria originala de calculatoare personale. Acest sistem se bazeaza pe un conector DIN standard cu cinci pini, folosit si de alte echipamente, cum ar fi cablurile MIDI. Cei cinci pini formeaza un semicerc ce ocupa jumatate din sector. O adâncitura stantata în marginea metalica de protectie a conectorului asigura inserarea corecta a acestuia.

În Figura 1 este prezentata schema cu configurare pinilor si alocarea semnalelor pentru conectorul de tastatura cu cinci pini.

Figura 1

Tabelul 1 - Configuratia pinilor pentru conectorul de tastatura DIN cu 5 pini

Primele tastaturi foloseau pinul trei pentru transmiterea unui semnal de reinitializare a tastaturii. În tastaturile actuale, semnalul de reinitializare nu este necesar, pentru ca protocolul de tastatura include o comanda soft de reinitializare. Unii producatori respecta un alt standard pentru tastaturi, folosind conectorul miniatura DIN cu sase pini. Acest model este numit de obicei stil PS/2, deoarece a fost introdus de IBM în 1987, odata cu calculatoarele PS/2. Cei sase pini sunt aranjati circular, în jurul unui pin dreptunghiular

Page 162: ECHIPAMENTE PERIFERICE

care, împreuna cu trei ghidaje din margineda de protectie, împiedica inserarea gresita a conectorului.

Figura 2

În figura 2 este prezentata schema cu configurarea pinilor si alocarea semnalelor pentru conectorul mini DIN cu sase pini.

În Tabelul 2 este prezentata configuratia pinilor pentru conectorul de tastatura mini DIN cu sase pini.

Tabelul 2

Pentru ca conectoarele de tastatura cu cinci si sase pini folosesc acelesi semnale, dar aranjamente diferite, un simplu adaptor poate asigura trecerea de la un tip de conector la altul.

În Tabelul 3 este prezentata schema de cablare a adaptorului pentru conectorul de tastatura ce face trecerea de la unul cu 5 pini la unul cu sase pini.

Tabelul 3

Pe lânga reproiectarea conexiunilor pentru tastatura în partea dinspre calculator în cazul calculatoarelor PS/2, IBM a modificat si tastatura în vederea acceptarii unor cabluri diferite, facând cablul detasabil. Reparatia acestor modele este mult mai simpla, prin înlocuirea cablului, iar aceesi tastatura poate fi folosita pentru ambele standarde (cu cinci si cu sase pini). Pentru conexiunea dintre cablu si tastatura se foloseste un conector modular (AMP), dispus în partea din spate a tastaturii si un conector corespunzator pe cablu, asa cum reiese din figura 3.

Figura 3

În Tabelul 4 este prezentata configuratia pinilor pentru conectorul modular de tastatura.

Tabelul 4

Page 163: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Pe masura ce treptat calculatoarele vor folosi magistrala USB, tastaturile vor folosi acesta interfata de mare viteza, prima tastatura USB fiind prezentata în februarie 1996 de firma Key Tronic Corporation

2. TrackBall

1. Introducere

O problema care preocupa multi utilizatori este problema spatiului necesar miscarii unui mouse. Principalul înlocuitor al mouse-ului, trackball-ul este, în esenta, ceea ce sugereaza si numele - o bila, deseori de dimensiuni mai mari, care, atunci când este rotita, determina cursorul de pe ecran sa îi urmareasca miscarile. Bila se roteste pe loc si nu are nevoie de un spatiu mai mare decât baza dispozitivului - câtiva inci patrati . Exista modele portabile, proiectate astfel încât sa poata fi atasate calculatoarelor - laptop sau notebook, marind dimensiunile acestora doar cu câtiva centimetri.

2. Caracteristici ale trackball-ului

a) Butoanele

Ca si mouse-ul, trackball-ul are butoane, prin care indica pozitia cursorului în locul dorit. Cele mai multe trackball-uri au doua sau trei butoane actionate prin apasare, cu aceleasi functii de selectie ca si butoanele mouse-ului. Desi unele modele au patru butoane, acestea functioneaza ca doua perechi în oglinda, astfel încât dispozitivul sa poata fi folosit cu orice mâna. Nu exista o pozitie standard a butoanelor, deoarece nu exista un consens privind modul de operare a unui trackball. Unele sunt proiectate astfel încât bila sa fie rotita cu degetul mare. Altele sunt construite pentru a actiona cu celelalte degete.

b) Dimensiunea bilei

O alta optiune de proiectare a unui trackball este dimensiunea bilei si modul în care aceasta este tinuta în interiorul mecanismului. Unele produse au bile de aceeasi dimensiune cu a unei bile de biliard. La început, bilele mai mari erau considerate mai bune, dar dimensiunile mai mici devin tot mai populare în urma folosirii acestora pentru calculatoarele portabile. Ca si bila mouse-ului, bila trackball-ului atrage si ea mizeria. Desi trackball-ul nu se roteste pe masa, pe bila se aduna praful din aer si grasimile de pe degete. O bila usor de demontat poate fi curatata repede si simplu. Multor modele le lipseste însa aceasta posibilitate. Trackball-urile sunt uzual asimetrice spre deosebire de mouse-uri care sunt de obicei echipamente simetrice. Un trackball asimetric este mai usor de actionat cu mâna pentru care a fost proiectat, stânga sau dreapta.

c) Protocoalele folosite de trackball

Pentru comunicarea cu programele, ca si mouse-ul, trackball-ul trebuie sa trimita catre PC informatii de pozitionare. Deoarece prima data a aparut mouse-ul si au fost puse la punct protocoalele de functionare ale acestuia, producatorii de trackball-uri au adoptat diferite protocoale standard existente. Deci, marea majoritate a trackball-urilor, imita mouse-ul Microsoft si folosesc exact acelasi protocol. Alte tracball-uri sunt proiectate pentru înlocuirea directa a unui mouse PS/2, deci folosesc protocolul de mouse IBM.

Page 164: ECHIPAMENTE PERIFERICE

d) Rezolutia

Evaluarea unui trackball, ca si a unui mouse, se face uneori în functie de rezolutie - numar de pasi pe inci (Counts Per Inch, CPI). Aceste valori însa, nu indica întotdeauna precizia de pozitionare. Un trackball cu rezolutie mare deplaseaza cursorul pe ecran pe o distanta mai mare în concordanta cu fiecare grad cu care este rotita bila. O valoare CPI mare are ca rezultat deplasarea mai rapida a cursorului pe ecran, dar reduce controlul asupra pozitiei cursorului. O valoare CPI mai mica înseamna ca trebuie rotita bila mai mult pentru a muta cursorul, dar în schimb controlul este mai precis. În prezent exista mai multe posibilitati pentru rezolutia trackball-urilor, astfel încât exista posibilitatea unei configurari personalizate.

Cele mai multe trackball-uri actuale folosesc operarea balistica, procedeu prin care miscarea bilei este convertita în deplasari ale cursorului pe ecran în functie de viteza de rotire a bilei. Pozitionarea se face rapid si precis în acest mod de lucru, care presupune o adaptare a vitezei de rotire a bilei având acelasi efect (uneori mai mare) cu unghiul de rotire.

3. Trackball-uri fara bila

Aceste dispozitive de intrare au fost special concepute pentru calculatoarele portabile. Doua dintre cele mai avantajoase astfel de dispozitive sunt dispozitivele Isopoint si maneta indicatoare. Dispozitivul Isopoint functioneaza ca un trackball care foloseste o bara cilindrica în locul bilei. Proiectat pentru a fi plasat imediat sub bara de spatiu, dispozitivul Isopoint are o pozitie ideala pentru manevrarea cu unul dintre degetele mari. Pentru deplasarea verticala a cursorului, se roteste cilindrul dispozitivului ca si cum ar fi un trackball uni-dimensional. Pentru deplasarea cursorului la stânga sau la dreapta, se apasa cilindrul dispozitivului în directia corespunzatoare. Cilindrul este sustinut de arcuri, iar forta de apasare determina viteza cu care se deplaseaza cursorul. Pentru actiunea echivalenta unui clic de mouse se apasa cilindrul. Pe oricare parte a cilindrului pot fi dispuse comutatoare auxiliare care sa preia functiile celorlalte butoane ale mouse-ului. Tehnologia folosita de dispozitivul Isopoint foloseste comutatoare si codificatoare, la fel ca mouse-ul sau trackball-ul.

Maneta indicatoare (pointing stick) - numita Trackball 2 în cazul PC-urilor notebook produse de IBM - a fost folosita pentru prima data de calculatoarele portabile IBM. În principiu, acest dispozitiv este un joystick miniaturizat, dispus între literele "G" si "H" de pe o tastatura conventionala. Maneta indicatoare se ridica doar cu doi milimetri deasupra tastelor. Datorita pozitiei în care se afla, maneta poate fi manevrata cu oricare dintre degetele aratatoare. Functiile de selectie echivalente cu cele ale butoanelor mouse-ului sunt îndeplinite de doua taste dispuse în partea de jos a tastaturii, lânga bara de spatiu. Spre deosebire de joystick, maneta indicatoare nu se misca, ea reactionând la apasare. În general, viteza de deplasare a cursorului este proportionala cu forta cu care este apasata maneta. Ca o reliefare a celor spuse mai sus vom prezenta modalitatea de instalare a unui astfel de dispozitiv.

Trackball - HiTrak

În Figura1 este prezentata imaginea unui trackball HiTrack.

Page 165: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Figura 1

Ca o concluzie a celor discutate despre trackball, vom prezenta sub forma unui tabel (Tabelul 2), cele mai des întâlnite situtii pentru un astfel de echipament si solutiile la aceste probleme. Pentru exemplificare am ales trackball-ul HiTrack, produs de firma Genius. Acesta este un trackball la care se pot alege numarul de butoane: doua sau trei si poate fi folosit cu amble mâini. Astfel, HiTrack are situat în partea de jos un buton cu ajutorul caruia se poate selecta modul de emulare pe care sa-l foloseasca trackball-ul. Mutând butonul la stânga pe pozitia "2", va fi activat modul de lucru Microsoft, care este un mod de lucru care foloseste doua butoane. Mutând butonul la dreapta pe pozitia "3", va fi activat modul de lucru Mouse System, mod în care sunt emulate toate cele trei butoane ale mouse-ului.

Tabelul cu solutii

PROBLEME SOLUTII

Cursorul este situat intr-un colt al ecranului

Modul de setare este incorect

Miscarea cursorului este instabila

Se verifica cablul.Trebuie se fim siguri ca adaptorul este bine conectat.Se verifica modul de selectie(switch mode).

Page 166: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Cursorul nu se misca

Se verifica daca alte echipamente folosesc acelasi port de mouse COM ca si TRACKBALL,sau portul nu a fost setat corect.Printr-un simplu SETUP se va autoconfigura corect.

3. Digitizoare

1. Conversia digitala a desenelor

Multe companii pãstreazã mii de documente din diverse motive (pentru arhivã, ca documente legate, etc). Pentru toate aceste desene / documente este necesar un spatiu de depozitare adecvat. Alte conditii impuse ar fi ca aceste desene / documente sã poatã fi regãsite repede, sã contina toate informatiile tehnice necesare si sã reprezinte ultima variantã a proiectului.

La desenele unui proiect trebuie sã aibã acces toate persoanele implicate pentru realizarea sa, urmãrindu-se în acelasi timp si confidentialitatea proiectului.

Pentru a atinge toate aceste scopuri este necesarã o citire a informatiei continute de aceste desene / documente si transformarea acesteia într-o informatie digitalã pentru a putea fi stocatã pe suport magnetic. Acest proces este cunoscut sub denumirea de scanare.

Pentru a putea folosi aceste desene în proiectarea asistatã de calculator (CAD) este necesarã pãstrarea acestor desene sub forma CAD, ceea ce presupune conversia unor desene realizate manual în format CAD.

Existã doua etape în ceea ce priveste pãstrarea desenelor pe suport magnetic, functie de obiectivele urmãrite de utilizator :

1. Scanarea desenelor, stocarea si arhivarea lor în formatul initial obtinut prin scanare sub forma unor imagini realizate dintr-o reuniune de puncte, cunoscut sub denumirea de format raster (bitmap).

2. Scanarea desenelor în format raster si conversia lor în format CAD.

Existã patru cãi de conversie a unui desen în format CAD : 1. Scanarea desenelor, salvarea lor în format raster si apoi utilizarea unui program CAD

pentru desenarea vectorilor peste imaginea raster. 2. Scanarea desenelor în format raster, apoi utilizarea unui program de autoconversie

( vectorizare automatã ) care transformã întregul desen în format CAD. 3. Scanarea desenelor într-un format raster, apoi utilizarea unui editor raster rulând sub un

program CAD, pentru editare, salvare si plotare. 4. Digitizarea desenului folosind o tabletã digitizoare, aceasta fiind cea mai scumpã si cea

mai bunã metodã.

2. Digitizoare

Page 167: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Introducere

Digitizoarele sunt o categorie specialã de instrumente de intrare ce pot fi considerate o interfata între mânã si calculator.

Un digitizor este o suprafatã planã, capabilã sã genereze coordonatele x, y când un dispozitiv numit creion este plasat în apropiere sau pe suprafatã. Se spune cã un creion este în proximitate când este tinut destul de aproape de digitizor astfel încât acesta sã-l detecteze. Rezultatul detectãrii poate fi " aprinderea " unui pixel (aparitia cernelii digitale), dacã atingerea s-a fãcut într-o regiune unde aplicatia acceptã scrierea, sau o comandã, dacã creionul a atins un buton de control afisat pe ecran. Scrierea poate fi un cuvânt, un desen oarecare sau un anumit semn grafic (ce poate fi interpretat ca o comandã).

La prima vedere se poate crede cã digitizoarele lucreazã dupã acelasi principiu de functionare ca un mouse. Valabilitatea acestei presupuneri se limiteazã doar la faptul cã un digitizor poate emula cele mai raspândite tipuri de mouse. Deosebirea fundamentalã între modul de lucru relativ al unui mouse si modul de lucru absolut al unui digitizor este alta. În modul de lucru relativ, denumit si mod mouse, pozitia creionului pe digitizor nu corespunde cu punctul corespunzãtor al cursorului de pe ecran.

Indiferent din ce pozitie de pe digitizor se reia desenul, cursorul este pus în miscare de la ultima sa pozitie.

În modul de lucru absolut, coordonatele creionului de pe digitizor, corespund cu pozitia actualã a cursorului de pe monitor. Dacã creionul este ridicat de pe digitizor si pus în alt loc, cursorul face acelasi salt.

Un digitizor diferã de un Touchscreen (TS), cu toate ca unele dintre ele utilizeazã tehnologii asemãnãtoare (display sensibil la atingere - utilizat pentru a citi pozitia degetului). TS se folosesc pentru culegerea articolelor si transferul lor, dar nu pot fi utilizate pentru scris.

În timp ce TS utilizeazã ca intrare degetul, digitizorul utilizeazã un creion pentru a capta comenzile, caracterele scrise, adnotãrile, schitele scrise cu cernealã electronicã. Dacã o tabletã rãspunde la atingerile de deget, pãstrarea mâinii pe tabletã în timpul scrierii poate da erori. Digitizoarele oferã acuratete mai mare decât TS, fiind mai potrivite pentru sistemele cu creion.

Pâna recent, marea majoritate a tabletelor erau opace, plasate pe vârfurile unui pupitru separat de display.

O variantã initiala de digitizoare

Schema mecanica este prezentata în Figura 1.

Page 168: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Figura 1

Acest dispozitiv este format dintr-o placã de desen din lemn (18 inch / 26 inch) pe suprafata cãreia se misca doua brate metalice de lungime fixa, articulate, la capetele unuia fiind fixate doua potentiometre circulare liniare.

Dispozitivul va furniza prin intermediul celor douã potentiometre, doua tensiuni V1, V2, unui convertor A / D, a cãrui iesire se aplicã unui microprocesor, care va determina pozitia (coordonatele) vârfului de scriere de pe tabletã, determinând totodatã si aprinderea pixelilor corespunzãtori pozitiei vârfului.

Rutina de determinare a pozitiei vârfului utilizeazã urmãtorul algoritm de calcul :

a) Se calculeazã unghiurile :

q1 = A1* V1 + B1

q2 = A2* V2 + B2

b) Se calculeazã raza:

Page 169: ECHIPAMENTE PERIFERICE

H = 2Rsin(q2 / 2).

c) Se calculeazã faza :

f = q1 + b = q1 + 90 - q2/2.

d) Se determinã coordonatele carteziene :

x = H cos (q)

y = H sin (q).

Parametrii A1, A2, B1, B2 se determinã prin calibrarea dispozitivului astfel :

Se plaseazã vârful de scriere în 2 puncte de coordonate cunoscute de pe tabletã si corespunzãtor acestor pozitii se mãsoarã tensiunile de pe cele 2 potentiometre. Fie Vij tensiunea corespunzãtoare potentiometrului i si punctului de test j. Se vor obtine, pentru parametrii de mai sus, valorile:

Ai = (qi1 - qi2) / (Vi1-Vi2)

Bi = (Vi1*qi2 - Vi2*qi1) / (Vi1 - V i2)

Schema electricã a dispozitivului este în Figura 2 .

Figura 2

Page 170: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Microprocesorul esantioneaza iesirea convertorului cu o anumitã ratã (4 pct. / s), culegând tensiunile digitale V1, V2, urmând procedura de calcul si afisare pentru fiecare esantion. Programul continuã într-o bucla, culegând date, atâta timp cât utilizatorul foloseste dispozitivul.

3. Digitizoare moderne

Un digitizor are 3 componente importante : o tableta, un creion si un controller. Tableta constã într-o arie senzitivã ce determina pozitia creionului. Aceastã suprafata este asezata deasupra sau dedesubtul display-ului. Creionul reprezintã dispozitivul de pointare. El poate avea un element activ care trimite semnale tabletei sau care poate primi semnal de la tableta . Controller-ul tabletei contine componente electronice ce scaneazã aria activa a tabletei, detecteazã pozitia creionului si translateazã schimbarea pozitiei într-o serie de perechi de coordonate (x, y).

Unele modele de astfel de dispozitive de intrare se potrivesc cu aceasta definitie larga a tabletelor digitizoare . Aceste modele se bazeazã pe punerea în practica a diferitelor efecte fizice : câmpuri electromagnetice, semnale electrostatice, unde acustice de suprafata, filme rezistive, hârtii sensibile la apasare, pulsuri magneto-strictive . Acestea sunt tehnologii bazate pe grile regulat - spatiale, pe grile cu perioada spatiala dependenta de fazã, filme transparente, traductoare liniare, linii de întârziere, microfoane si semnale AC si DC.

În toate modelele de digitizoare controller-ul tabletei trimite un flux de coordonate x si y computerului principal cu o ratã între 60 - 400 puncte / secunda . O ratã de 120 pct. / sec este consideratã minimã pentru o buna recunoastere a caracterului . O aplicatie de luare de notite, fãrã translatia scrisului de mânã, necesitã aceeasi performantã înaltã pentru o afisare corectã.

4. Tehnologii folosite la realizarea digitizoarelor

Dintre tehnologiile enumerate mai sus, numai câteva se folosesc în mod curent . Mai jos vom prezenta cele mai utilizate patru tipuri de digitizoare.

a) Digitizor cu grila electromagnetica

Schema de principiu a unui astfel de echipament este data în Figura 3.

Page 171: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Figura 3

Aria activã a tabletei electromagnetice contine o grila de conductoare fine (fire sau trasee conductoare pe un circuit imprimat) legate în formã de buclã pentru a genera un câmp electromagnetic .

Grila actioneaza ca o antena pe suprafata tabletei. Când se apropie creionul, bobina genereazã un curent de intensitate micã ce induce o tensiune micã într-unul din firele grilei. Procesorul tabletei detecteazã tensiunea si o translateazã în coordonate (x, y). Grila este de obicei situatã pe suprafata posterioara a LCD-ului într-un Pen System. Astfel firele digitizorului vor crea linii negre pe display.

Când creionul se apropie de marginea grilei, câmpul electromagnetic se distorsioneazã. Spatiile între conductoarele grilei afecteazã acuratetea; spatii mai mici permit detectia mai exactã a pozitiei creionului.

În implementarea traditionala, grila este desenatã pe un circuit imprimat având un substrat rigid epoxi, sau confectionat pe baza unui film Mylar transparent . Placa epoxi este mai scumpa si mai greu de realizat. De asemenea este mai grea deoarece distanta dintre doua fire alaturate este mai mare decât la cele cu film Mylar. Acestea din urma dau posibilitatea îndoirii firelor în jurul unui spatiu protector astfel încât firele de întoarcere se afla sub grila. În cele mai multe tablete electromagnetice grila detecteazã un semnal de la creion. Acesta contine o bobina de sarcina subtire ce genereazã un câmp magnetic de intensitate scãzutã. Când este apropiat suficient de suprafata ariei digitizorului, câmpul magnetic induce un curent electric în grila, curent ce este invers proportional cu distantã între conductor si bobina. Procesorul tabletei verificã grila periodic si detecteazã curentul. Aceste date culese sunt apoi translatate în coordonate x si y ce indicã punctul de contact al creionului.

Page 172: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Cele mai multe din tabletele bazate pe grila electromagnetica, utilizeaza cel mai puternic semnal provenit de la liniile x, y ale grilei, pentru a determina pozitia grosierã, apoi calculeazã pozitia fixã interpolând valorile citite din doua - trei citiri ale grilei. O variantã de acces este folosirea unei grile fazã cu doua seturi de fire x, aflate la distante diferite. Controller-ul calculeazã pozitia pe baza semnalului cel mai puternic relativ la doua seturi de fire, mai rapid fatã de cãutarea individuala a firelor, în vederea determinarii celui mai puternic semnal. Se foloseste aceeasi metoda si pentru determinarea pozitiei y.

Multe tablete electromagnetice dau eroare de vitezã când stiloul se misca în diagonala cu viteze mari. Eroarea rezultã datoritã diferentei de timp dintre pozitiile citite. Acest lucru poate sã nu fie valabil dacã utilizatorul scrie numai caractere mici, dar eroarea poate fi importantã pentru desene, schite rapide, semnaturi, înflorituri etc.

Proiectarea bobinei electromagnetice a creionului poate da eroare de înclinare, bobina aflatã în interiorul corpului creionului fiind situatã cu un ici deasupra vârfului creionului, când utilizatorul tine creionul într-o pozitie normala. Dacã utilizatorul înclina prea mult creionul în timp ce scrie pot sã aparea erori.

Interferenta este un alt dezavantaj al grilelor electromagnetice. Câmpul electromagnetic pe care aceste tablete îl utilizeazã este deranjat serios de cadrele metalice, armonicele componentelor electronice digitale etc. (aceste tablete utilizeazã în mod tipic o frecventa de aproximativ 120kHz pentru semnalele dintre tabletã si creion). Ca rezultat tableta trebuie proiectatã corespunzãtor pentru fiecare Pen Computer. Chiar schimbarea tipului LCD-ului pentru acelasi produs va determina reproiectarea digitizorului.

O altã problema de proiectare este ca grila nu poate fi pusa în fata LCD fãrã sa determine aparitia unor linii negre pe display. Solutia este sa se puna grila sub LCD.

Printre fabricantii ce utilizeazã aceastã tehnologie se numara Calcomp, Hitachi, Logitech, Summagraphics si Wacom etc.

Digitizorul Wacom foloseste tehnologia electromagneticã numita give - and - receive resonance care elimina necesitatea cablului pentru creion. La fiecare 20 us se schimba distributia rolurilor dintre digitizor si creion la emitator / receptor .

În rolul de emitator digitizorul emite unde electromagnetice de o anumita frecventa ce sunt receptionate de un circuit de rezonantã paralel aflat în creion. Tensiunea indusa în bobina circuitului este înmagazinata într-un condensator legat în paralel cu bobina. Energia înmagazinata aici este folositã de creion pentru a retransmite undele pe o altã frecventã digitizorului. Digitizorul poate localiza deci, în modul de lucru receptor, undele transmise la creion si poate stabili pozitii.

O altã caracteristica care derivã din acest procedeu este posibilitatea de a produce linii mai groase sau mai subtiri în functie de cât de tare este apasat creionul pe suprafata digitizorului. Presiunea exercitatã asupra creionului modificã frecventa de rezonantã a circuitului paralel din creion si digitizorul poate sesiza dacã s-a apasat creionul mai tare sau mai încet.

b) Digitizor cu grila electrostaticã

Schema de principiu a unui astfel de echipament este data în figura 4.

Page 173: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Figura 4

Lucreazã asemanator cu cele electromagnetice cu doua diferente principale. În primul rând firele grilei sunt conectate doar la un capat, nu în bucla, deoarece controller-ul le utilizeazã pentru a genera semnale electrostatice si nu electromagnetice. În al doilea rând creionul are o sonda capacitivã în vârful sau si nu o bobina. Sonda este un simplu vârf metalic cu un capat rotund. În timp ce vârful (stiloului) creionului se apropie de suprafata tabletei, capacitatea între acestea cupleazã energia dintre ele, deci creionul transmite un semnal printr-un cablu de conectare spre procesorul tabletei care calculeazã pozitia curentã. Utilizarea unui vârf de sonda evitã problemele care apar la bobinele electromagnetice datorate înclinarii .

Tabletele de tip grila electrostaticã sunt plasate deasupra LCD care protejeazã grila de interferentele cu componentele computerului. Din pacate liniile grilei sunt vizibile. Producatorul încearca sã le facã mai putin vizibile.

c) Digitizoare cu film rezistiv

Schema de principiu a unui astfel de dispozitiv este data in Figura 5.

Page 174: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Figura 5

Aria activã a unei tablete pe baza de film rezistiv constã dintr-un substrat de material izolat dielectric, de obicei sticla, acoperit cu un conductor transparent usor rezistiv cum ar fi oxidul de indiu.

Electrozii de pe margini aplicã un semnal de 5V, de obicei AC, la o margine a tabletei si 0V pe marginea opusa. Creionul este o sonda metalicã ce atinge filmul. Controller-ul citeste tensiunea culeasa de creion : 1V, lânga o margine, crescând treptat spre 5V în timp ce utilizatorul mutã creionul spre cealaltã margine. Se aplicã tensiunea mai întâi între partea stânga si cea dreapta a tabletei, pentru a calcula coordonata x si apoi între marginile de sus si de jos, pentru a calcula coordonata y.

O altã variantã, în care creionul furnizeazã un semnal de 5V, prezintã 4 electrozi la cele 4 colturi ale filmului. Acesti electrozi masoara curentii diferiti, culesi de la stilou, în momentul în care utilizatorul traverseazã suprafata tabletei.

Dupã ce controller-ul masoara tensiunea (sau curentul în functie de proiectare) senzorii anunta controller-ul tabletei, controller ce converteste datele senzorilor în valori digitale. Controller-ul microprocesorului calculeazã apoi coordonatele x, y ale punctului de contact al

Page 175: ECHIPAMENTE PERIFERICE

creionului. Un avantaj deosebit al multor astfel de modele, este cã acceptã degetul la fel de bine ca si creionul.

Unii producãtori pun un al doilea strat conductiv pe suprafata de jos a substratului pentru a-l apãra de zgomote de RF, sau pun un al doilea strat pe filmul rezistiv pentru a-l proteja de zgârieturi. Unele modele utilizeazã de asemenea cai liniar variabile cu electrozi pentru a simplifica calculele controller-ului.

Digitizoarele cu filme rezistive au câteva dezavantaje, inclusiv incapacitatea lor de a simti proximitatea stiloului. Spre deosebire de alte modele, aici creionul trebuie sã atingã ecranul înainte ca digitizorul sã înregistreze pozitia sa, astfel încât este imposibil sã se retinã starea cursorului când utilizatorul misca creionul deasupra display-ului.

O altã problema este claritatea imaginii, ea depinzând de grosimea filmului si de al doilea strat protector. Transmisivitatea opticã a unor digitizoare poate fi mai micã de 70%. Aceastã transparentã micã reduce contrastul imaginii LCD, facând-o greu de citit.

Un alt dezavantaj este dat de acele rupturi microscopice din film care pot determina erori de pozitie. Aceste greseli se pot datora fortarilor termice, tranzitiilor de la o temperatura joasa la una ridicatã (sau invers) sau pur si simplu datoritã utilizarii zilnice. Erorile vor aparea pe display ca gãuri negre. Se poate desena în jurul acestor gauri dar nu în ele.

Dacã contactul electric între creion si film este slab, digitizorul poate produce date eronate. Cauzele acestui contact slab pot fi : existenta unor grasimi pe suprafatã, rezistente de contact ridicate, atingerea usoara a tablitei.

d) Digitizoare cu film capacitiv / electrostatic (CEF)

In Figura 6 este prezentata schema de principiu a unui astfel de dispozitv.

Page 176: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Figura 6

Tehnologia CEF combina multe avantaje ale proiectarii grilelor electrostatice si electromagnetice, cu aspectele de cost scãzut si usor de realizat, ale tehnologiei cu film rezistiv.

Aria activã este un substrat transparent de sticla sau plastic ce a fost acoperit pe dedesubt cu o foaie de material transparent conductor cum ar fi oxidul de indiu.

Filmul nu se afla pe suprafata expusã a sticlei (unde poate fi zgâriat sau stricat). Este nevoie ca el sã fie conductiv moderat. Unele filme ofera 90% transmisivitate, ceea ce înseamna la fel de transparent ca însasi sticla LCD. Tensiunile de 0 si 5V aplicate pe muchiile opuse ale tabletei creeazã un câmp electrostatic deasupra sticlei. O sondã capacitivã în vârful creionului culege acest semnal prin sticla. Creionul masoara astfel un câmp electrostatic într-un punct, câmpul fiind provenit de la întreaga tableta. Din aceasta cauzã, micile defecte din film care au efecte negative la tabletele cu film rezistiv, nu au nici un efect aici.

Ca o grila bazata pe tehnologie electrostaticã, o grila CEF nu este afectatã de metale si nici de componentele electronice ale calculatorului. Sensibilitatea la apropierea creionului este de asemenea foarte bunã ; digitizoarele CEF pot sa simta creionul chiar si când este tinut la câtiva ici de suprafatã. Oricum acuratetea scade. Consumul de putere este mic, 15 mW când creionul este activ si mult mai mic când nu este folosit. Este tehnologia cu cel mai mic consum de putere.

Page 177: ECHIPAMENTE PERIFERICE

e) Alte optiuni

În afara celor 4 tehnologii descrise mai sus, se mai folosesc citeva tehnologii de digitizoare. Science Accesories a vândut diferite modele de digitizoare bazate pe sonar.

În unele modele, creionul contine o sursa de sunet care realizeaza un impuls de sunet distinct de 60 de ori / sec. Douã mici microfoane în fata utilizatorului culeg pulsurile si masoarã timpul de intirziere al sunetului necesar ajungerii la microfoane, calculând pozitia creionului prin triunghiularizare. Aceasta nu trebuie confundatã cu tehnologia undelor acustice de suprafata utilizatã în unele Touch Screen. Acolo undele sonore se propagã prin sticla, aici prin aer.

5. Descrierea digitizorului NewSketch 1212 HRII

NewSketch 1212 HRII este o tableta grafica realizata în tehnologie electromagnetica.

a) Modul de lucruOperatiile ce pot fi realizate sunt:

de desenare, de desenare cu mâna libera si de deplasare a imaginilor; ghidarea cursorului pe ecranul calculatorului; alegerea aplicatiei dintr-un sablon.

Acest dispozitiv are urmatoarele piese componente: tableta cu aria activa ; un stilou cu doua butoane sau un dispozitiv cu patru butoane ; un adaptor serial de la 9 pini la 25 de pini; drivere ADI pentru Windows; blocul de alimentare.

b) Caracteristici si parametrii

Acest echipament lucreaza cu Autocad, varianta existenta în laborator fiind Autocad R 14.

Aria de lucru corespunzatoare digitizorului din laborator este de 12"x12".

Proximitatea reprezinta distanta maxima de deasupra ariei active unde stiloul poate fi tinut si poate fi citita informatia provenita de la digitizor.

Proximitatea pentru NewSketch 1212 HRII este de 1/2 inch. Stiloul însa, poate fi detectat si de la o distanta mai mare, dar se pierde din acuratete. Daca însa, stilou este deplasat în afara ariei de lucru sau a zonei de proximitate, tableta nu va mai putea furniza nici o informatie.

Rezolutia este cea mai mica distanta pe care tableta o poate distinge si se masoara în linii pe inch (lpi). Rezolutia hard a digitizorului prezentat este de pâna la 2540 lpi.

Pentru început va prezentam butoanele si functiile lor (butoane ce se afla situata pe partea din spate a aparatului, mai existând pe lânga acestea si leduri ce indica starea echipamentului).

Deci digitizorul prezinta butonul de pornit - oprit; cablul ce conecteaza digitizorul la calculator; o intrare numita cursor - unde se introduce stiloul ;

Page 178: ECHIPAMENTE PERIFERICE

butonul reset - întrerupe comunicarea de date a digitizorului;

Prezentarea stiloului. Avem un stilou cu doua butone si unul cu patru butoane. Pentru cel cu doua butoane semnificatia lor este urmatoarea : butonul 1 emuleaza functiile butonului stâng al mouse-ului, iar butonul 2 emuleaza functiile butonului drept al mouse-ului.

În Figura 7 este przentat dispozitivul de lucru pe tabletã.

Figura 7 -Dispozitive de lucru pe tableta

Ledurile au urmatoarea semnificatie:unul indica starea de pornit - oprit, al doilea indica senzitivitatea , iar al treilea indica daca butonul este apasat sau nu.

Schimbul stiloului cu doua butoane cu cel cu patru, se face urmând pasii: se intra în Control Panel de unde se selecteaza KYE Tablet Control Panel, apoi se apasa butonul Configure, dupa care se poate opta pentru unul din cele doua tipuri de stilouri. Tot de aici se pot schimba si se pot seta functii noi pentru stilou. Se mai pot alege modalitatile de reprezentare a cursorului pe ecran, modul de lucru ce poate fi absolut sau relativ, dimensiunea suprafetei active.

Pentru a putea functiona atât mouse-ul cât si digitizorul în Autocad, digitizorul trebuie setat din Preferences, permitând astfel functionarea celor doua dispozitive simultan.

In Figura 8 este prezentata imaginea unui digitizor NewSketch 1212.

Page 179: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Figura 8 - Digitizorul NewSketch 1212

4.Mouse

1.Generalitati

Parintele soricelului a fost Douglas Emglebert, care lucra la Institutul de Cercetari Stranford. Denumirea oficiala data mouse-ului a fost "indicator de pozitie X-Y pentru un sistem de afisare". Firma Xerox l-a aplicat mai târziu, în 1974, la sistemul sau revolutionar de calcul, Alto. Din pacate, aceste sisteme erau experimentale în perioada respectiva si se foloseau numai în cercetare.

În 1979, câteva persoane de la Apple, au fost invitate sa vada calculatorul Alto si softul sau de sistem. Apple a adoptat prompt aceste caracteristici în ceea ce urma sa devina calculatorul Lisa. Desi Xerox a introdus în 1981 calculatorul Star 8010, bazat pe aceeasi tehnologie, fiind însa foarte scump, nu a avut trecere pe piata si probabil ca nu îi venise înca timpul. Apple a realizat în 1983 calculatorul Lisa, dar nici acesta nu a fost un succes, în mare masura datorita pretului de catalog de 10000$; dar, în acelasi timp, firma Apple se orientase spre productia succesorului mai ieftin al acestuia, Macintosh.

Apple Macintosh a fost introdus în anul 1984 si desi nu a avut un succes imediat, popularitatea sa a crescut de atunci în mod constant. Multi asociaza inventarea mouse-lui si a interfetei grafice cu Macintosh-ul, dar de fapt aceasta tehnologie a fost împrumutata de la altii, inclusiv de la Institutul de Cercetari Stanford si de la Xerox.

Desi mouse-ul nu a câstigat repede teren pe piata sistemelor compatibile, interfetele grafice de astazi pentru sistemele PC, cum sunt Windows si OS/2, impun folosirea lui. De aceea, practic fiecare sistem de calcul se vinde astazi însotit de un mouse.

Mouse-ul poate fi de forme sau dimensiuni diferite, în functie de provenienta de la diversi fabricanti. Chiar daca aceste dispozitive sunt foarte variate, utilizarea si întretinerea lor difera foarte putin. Mouse-ul are urmatoarele componente :

o carcasa ; o bila de cauciuc care semnaleaza sistemului miscarile facute; câteva butoane ( de obicei 2 sau 3 ) pentru selectii; un cablu pentru conectare la sistem; un conector pentru atasarea mouse-ului la sistem

Page 180: ECHIPAMENTE PERIFERICE

2. Clasificari si metode constructive

Soricelul a aparut ca o necesitate în utilizarea mai comoda a calculatorului, în special fiind folosit la lucrul cu interfete grafice cum ar fi cele de sub Windows. Astazi el a devenit un obiect indispensabil utilizatorului obisnuit, soricelul fiind chiar o necesitate (vezi Windows 95 ), datorita faptului ca unele programe ruleaza foarte greu sau chiar deloc fara mouse.

De fapt, soricelul e reprezentat prin obiectul în sine si imaginea lui pe ecran. Obiectul în sine este reprezentat prin nenumarate forme si modele. Imaginea lui de pe ecran poate avea nenumarate forme si poate fi modificata de utilizator. În principiu, pe ecran pointerul poate fi reprezentat de o matrice de maxim 16*16 pixeli, incluzând si masca. Pentru a putea deveni functional un mouse are nevoie de un program (driver de mouse), care are rolul de a asigura miscarea acestuia pe ecran. Sunt drivere ce pot lucra în mod text si mod grafic sau doar în unul dintre ele. Acestea preiau informatiile venite de la mouse si le traduc în miscari echivalente pe ecran. Soricelul poate avea doua sau trei butoane care au functiile definibile. Din punct de vedere tehnic si în functie de dezvoltarea tehnologica soriceii au avut o evolutie trecând de la mouse-ul mecanic la cel optic si pâna la touchpad.

2.1 Clasificarea functionala a mouse-ului

Din punct de vedere functional exista 3 tipuri de mouse-uri:

1) mecanic

2) opto-mecanic

3) optic

2.1.1. Mouse-ul mecanic

Dispune de doua role de cauciuc a caror axe de rotatie sunt perpendiculare. Între aceste role exista o bila metalica cauciucata care are rolul de a transmite miscarea celor doua role de cauciuc. De asemenea, mouse-ul are si o a treia rola care nu are un rol activ, ci foloseste doar la sustinerea bilei cauciucate. În functie de deplasarea mouse-ului paralel cu axa sa principala sau perpendicular pe aceasta axa, se roteste una dintre cele doua role. Fiecare rola antreneaza câte un potentiometru. Masurarea variatiei potentiometrului permite determinarea lungimii deplasarii mouse-ului în cele doua directii.

Astfel, daca se realizeaza o miscare pe directia axei OX si daca miscarea se realizeaza în partea dreapta, rezistenta potentiometrului aferent creste, iar daca miscarea este la stânga, rezistenta lui scade. În mod similar, la miscarea pe directia axei OY, daca miscarea se face în sus, rezistenta creste, iar daca se face în jos, ea scade. Prin compunerea miscarilor pe cele doua axe perpendiculare, rezulta miscarea oblica.

Un principal dezavantaj al moue-ului mecanic este utilizarea potentiometrelor care sunt o importanta sursa de zgomot pentru sistem.

În Figura 1 vom prezenta schema de principiu a unui mouse mecanic.

Page 181: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Figura 1 - Schema mouse-ului mecanic

2.1.2 Mouse-ul opto-mecanic

Mouse-ul opto-mecanic îmbina avantajele mouse-ului mecanic cu cele ale mouse-ului optic. De la mouse-ul mecanic a preluat bila, ceea ne asigura ca deplasarea pe ecran a cursorului nu va mai fi în functie de tipul si de asezarea padului, iar de la mouse-ul optic împrumuta perechea led-fotodetector, pastrându-se avantajul eliminarii potentiometrelor. Si acest tip de mouse, ca mouse-ul mecanic, are role situate pe directii perpendiculare, actionate de bila. Fiecare rola este conectata la o rotita crestata care are de o parte si de alta un led si o fotodioda. La orice miscare a bilei si implicit a rotitei crestate, combinatia led-fotodetector detecteaza numarul de crestaturi si deci, deplasarea relativa a soricelului pe suportul de miscare. Acest tip de mouse are discuri cu fante radiale la care transmisia impulsurilor se realizeaza fotoelectric.

Fotodetectorii sunt în general fototranzistori. Ansamblul led-fototranzistor se foloseste în baterii de câte doua. La miscarea pe diagonala se rotesc ambele role. Rezultatul consta în transmiterea unor impulsuri numite mickeys.

Raza de actiune depinde de numarul discurilor si de numarul de fante. Pentru a afla directia miscarii se folosesc semnale în cuadratura. Mai exista o alta metoda de aflare a directiei de miscare, metoda ce foloseste un montaj care reactioneaza la frontul crescator al impulsului. În functie de sensul de rotatie impulsurile vor veni defazate în timp. Semnalul este prelucrat de un chip de pe controller-ul inclus în carcasa mouse-lui, abia apoi fiind prezenta interfata seriala RS 232.

Avantajele acestui tip de mouse sunt urmatoarele: robustetea, costul relativ scazut si faptul ca se poate deplasa pe orice suprafata. Un fapt care trebuie remarcat este acela ca mouse-ul opto-mecanic este cel mai des folosit în practica.

Dezavantajele cele mai des întâlnite la mouse-ul opto-mecanic sunt determinate de prafuirea bilei ce duce la griparea cilindrilor, acest tip de mouse fiind greu de depanat. Uzual, pentru a remedia acest inconvenient, bila de inox este înlocuita cu una din coralzita, bila ce se acopera cu o pelicula fina pentru îmbunatatirea conditiilor de contact.

În Figura 2 vom prezenta schema de principiu a unui mouse opto-mecanic.

Figura 2 - Schema mouse-ului opto-mecanic

2.1.3 Mouse-ul optic

Acest tip de mouse a aparut în anul 1982 si are ca principal avantaj faptul ca nu prezinta parti în miscare. El înlocuieste bila, rolele si potentiometrele ce apar la un mouse mecanic cu un ansamblu led-fotodetector. Mouse-ul optic se deplaseaza pe o placa speciala formata dintr-un numar mare de benzi reflectorizante egal distantate între ele, dispuse într-o grila rectangulara. Când mouse-ul se deplaseaza pe aceasta placa, foto-detectorul contorizeaza numarul de benzi peste care a trecut mouse-ul prin masurarea semnalului reflectat emis de led.

Page 182: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Partea de jos este acoperita de un strat subtire de pasta având rol de protectie. Padul are imprimat un raster. Raster-ul este bicolor: liniile verticale sunt de culoare albastra, iar cele orizontale sunt de culoare cenusie spre negru. Ambele tipuri de linii au în componenta o substanta speciala, astfel încât lumina reflectata va avea o culoare albastra, cenusie sau o combinatie a celor doua.

Aici suprafata joaca rolul discului cu fante de la mouse-ul mecanic, iar raster-ul este asemanator unei matrici de leduri. Soricelul prezinta doua leduri cu lumina în infrarosu având razele dispuse într-un unghi de nouazeci de grade. Substanta colorata de pe linie are o astfel de compozitie încât lumina data de un led este bine absorbita de o culoare si este transparenta pentru lumina data de celalalt led. Dupa ce raza este reflectata de suprafata argintie, ea este focalizata de doua lentile pe doua oglinzi. De aici ea este transmisa la doua matrici liniare si perpendiculare, fiecare având câte patru fotodiode. Cele patru fotodiode sunt astfel amplasate, astfel încât daca lumina ar fi reproiectata prin oglinzi si lentile , ea se va suprapune perfect peste raster.

Astfel, cei patru senzori reproduc o perioada a raster-ului. Fiecare fotodioda din matrice da un semnal electric defazat cu nouazeci de grade fata de semnalul fotodiodei vecine. Prin pozitionarea celor doua matrici pe orizontala si verticala, se obtine descompunerea miscarii pe cele doua directii.

Cutia este ermetic închisa, precizia mouse-ului nemaifiind afectata de praf. Sistemul este mai scump ca variantele prezentate anterior datorita faptului ca necesita o suprafata speciala de deplasare.

Principalele avantaje ale acestui model sunt: - eroarea foarte mica de pozitionare, care este mai mica decat 1/1000 si durata mare de viata.

Pe de alta parte, mouse-ul prezinta doua mari dezavantaje: sensibilitatea lui la miscare depinde de tipul padului si directia de deplasare a cursorului pe ecran depinde de asezarea padului. Daca padul a fost asezat într-o directie oblica iar mouse-ul se misca pe directia verticala, rezultatul pe ecran va fi o miscare oblica a cursorului.

În Figura 3 vom prezenta schema de principiu a unui mouse optic:

Figura 3 - Schema mouse-ului optic

Pe lânga variantele constructive prezentate mai sus, mai exista si alte tipuri de mouse-uri, însa ele nu au o raspândire asa de mare ca cele prezentate anterior.

Printre acestea putem aminti:

Mouse-ul analogic - El are un potentiometru comandat prin bila sau prin doua role perpendiculare. Are însa o durata de viata scazuta si o posibilitate de deplasare limitata datorata potentiometrului.

Mouse acusto-mecanic - Este asemanator celui opto-mecanic, folosind unde acustice în locul celor luminoase.

Page 183: ECHIPAMENTE PERIFERICE

2.2. Clasificarea mouse-ului dupa modul de conectare la calculator

Un mouse se poate conecta la calculator:

1) Prin cablu.

2) Fara cablu (comunicatie IR).

3) Direct la tastatura.

4) Direct la magistrala.

2.2.1)Mouse conectat prin cablu

Mouse-ul se conecteaza la calculator prin unul din porturile seriale asa numitele COM1 si COM2. Informatiile sunt transmise de mouse la fiecare 500-600ms si sunt receptionate de calculator prin interfata V24. Aceste informatii contin trei octeti. Primul octet reprezinta deplasarea pe coordonata x în ultimele 100 ms citite, al doilea reprezinta deplasarea pe coordonata y în acelasi timp, iar al treilea octet reprezinta starea logica a butoanelor. Driver-ul analizeaza starea mouse-lui si transforma informatiile referitoare la deplasarile relative în pozitii absolute pe ecran si afiseaza pozitia cursorului. Ca si la alte dispozitive seriale, conectorul de la capatul cablului este de tip "tata", fie cu 9, fie cu 25 de pini. Desi pentru comunicatia dintre mouse si driver-ul de dispozitiv sunt folositi numai câtiva pini ai conectorului DB-9 sau DB-25, conectorul prezinta toti cei 9 sau 25 de pini. Deoarece majoritatea calculatoarelor PC sunt prevazute cu doua porturi seriale, mouse-ul serial poate fi conectat atât în COM1 cât si în COM2.

La initializarea sistemului, driver-ul de dispozitiv examineaza porturile pentru a determina la care dintre ele este legat mouse-ul. Cum un mouse nu se conecteaza direct la sistem, nu el este cel care îi foloseste resursele, ci portul serial corespunzator lui. De exemplu, un mouse conectat la COM2, va folosi IRQ 3 si adresele de port I/O 2F8h-2FFh.

Portul pentru mouse, de pe placa de baza (PS/2), este un port dedicat, aparut o data cu sistemele PS/2 livrate de IBM din 1987. De aceea, portul este denumit si interfata PS/2 pentru mouse. Conectorul de mouse de pe placa de baza este, de regula, acelasi cu cel "mini-DIN" utilizat pentru tastaturile mai noi. De fapt, portul de mouse este conectat la controller-ul de tastatura de tip 8042, aflat pe placa de baza.

Alte placi de baza au un conector de tip "tata", cu pini ("pin-header") pentru portul de mouse, deoarece cele mai multe carcase standard nu sunt prevazute cu orificii pentru conectorul "mini-DIN", destinat mouse-ului. În aceasta situatie, sistemul se livreaza cu un cablu adaptor, care face trecerea de la un tip de conector la celalalt.

Conectarea mouse-ului la portul sau dedicat este cea mai buna metoda, pentru ca în acest mod nu se pierde nici un conector de interfata si nici un port serial, iar performantele nu sunt limitate de circuitele portului serial. Resursele standard folosite de portul de mouse, de pe placa de baza (sau PS/2) sunt IRQ 12 si adresele de port I/O 60h si 64h. IRQ 12 este o întrerupere pe 16 biti care, în cazul majoritatii sistemelor, este libera. Ea trebuie sa ramâna libera în orice sistem cu magistrala ISA care dispune de un port de mouse, deoarece magistralele ISA nu permite partajarea întreruperilor.

Page 184: ECHIPAMENTE PERIFERICE

2.2.2)Mouse-ul fara cablu(comunicatie IR)

Comunicatia se desfasoara cu ajutorul transmisiei în infrarosu, de aceea acest tip de mouse contine doua dispozitive: mouse-ul propriu zis împreuna cu dispozitivul de emisie în infrarosu si dispozitivul de receptie cuplat prin fir la calculator. Deplasarea soricelului este codata si transferata prin radiatie circuitului de decodare care, la rândul lui, trimite semnalul decodat calculatorului. Semnalul trimis este standard.

2.2.3) Mouse-ul direct atasat la tastatura

Mouse-ul atasat direct la tastatura este cel mai nou tip de mouse. De aceea nici forma nu mai este standard, numele nu mai este acelasi, desi functia este identica: poate fi întâlnit ca trackball, touchpad.

Trackball-ul este un dispozitiv înrudit cu mouse-ul, diferenta constând în faptul ca mouse-ul se misca pe un suport pe care actioneaza bila, iar la trackball se roteste direct bila. De asemenea are doua sau trei butoane.

Touchpad-ul este un mic ecran senzitiv care "simte" degetul, în acest fel pointerul de pe ecran devenind prelungirea degetului utilizatorului. De asemenea, atingerea mai puternica a ecranului senzitiv are rol de clic iar atingerea dubla are rol de dublu-clic. Si touchpad-ul are butoane, de obicei doua.

2.2.4) Mouse-ul direct atasat la magistrala

Acest tip de mouse este caracterizat de faptul ca are o placa care se introduce într-un soclu al placii de baza. Desi utilizarea lui este identica cu a celorlalte tipuri de mouse-uri, folosirea lui implica câteva dezavantaje: ocupa un slot ISA, si desi mufa de conectare arata identic cu o mufa PS/2 semnalele nu sunt identice. O folosire a unui mouse PS/2 poate duce la deteriorarea placii.

De regula, un mouse pentru magistrala este folosit în sistemele care nu dispun de un port separat pe placa de baza sau de porturi seriale libere. Numele de "mouse pentru magistrala" deriva din faptul ca mouse-ul necesita o placa speciala pentru interfata de magistrala, care ocupa un conector din calculator si comunica cu driver-ul de dispozitiv prin magistrala principala a placii de baza. Desi folosirea unui mouse pentru magistrala este transparenta pentru utilizator (nu exista nici o diferenta între modul lui de operare si cel al celorlalte tipuri), este considerat putin recomandabil deoarece ocupa un conector care ar putea fi util pentru alte echipamente periferice.

Un alt inconvenient este incompatibilitatea cu celelalte modele. Adaptoarele de magistrala sunt disponibile de regula numai pentru conectori ISA, care sunt întotdeauna pe 8 biti, astfel ele fiind limitate în alegerea întreruperilor hard neconflictuale. Un mouse de magistrala poate fi periculos pentru ca foloseste un conector "mini-DIN", exact ca mouse-ul de tip PS/2, desi sunt total incompatibile, aceasta incompatibilitate putând duce la distrugerea placii de baza.

Placile si adaptoarele pentru mouse-ul de magistrala dau de regula posibilitatea alegerii întreruperilor si stabilirii adreselor portului I/O, dar selectia IRQ este limitata la întreruperile pe 8 biti. De obicei, aceasta înseamna ca trebuie selectat IRQ 5 în majoritatea sistemelor care au 2 porturi seriale, deoarece toate celelalte întreruperi pe 8 biti vor fi folosite. Daca, în plus, se doreste utilizarea unei alte placi pe 8 biti, ca de exemplu o placa de sunet (care are nevoie de o întrerupere), aceasta nu va putea fi folosita de sistem fara sa apara conflicte.

Denumirea brevetata a conexiunii mouse-ului de magistrala este aceea de inport mouse.(Microsoft)

Page 185: ECHIPAMENTE PERIFERICE

3. Aspecte software

3.1 Butoanele mouse-ului

În forma cea mai simpla mouse-ul are un singur buton. Deplasarea mouse-ului determina pozitia cursorului pe ecran, dar selectarea unui element se face numai atunci când butonul este apasat, astfel încât sa nu fie selectate în mod accidental si alte elemente peste care trece cursorul mouse-ului. Un singur buton înseamna modelul cel mai putin complex si minimul necesar pentru executarea functiilor mouse-ului. Sistemele Apple Macintosh folosesc acest tip de mouse cu un singur buton.

Doua butoane ofera însa mai multa flexibilitate. De exemplu un buton poate fi folisit pentru comanda "executa", iar al doilea pentru comanda anuleaza. Majoritatea aplicatiilor folosesc unul sau doua butoane, iar cele mai întâlnite mouse-uri au numai doua butoane.

Trei butoane reprezinta limita practica de butoane deoarece sunt disponibile trei pozitii pentru index, mujlociu si inelar, în timp ce degetul mare si mic tin mouse-ul.

Fiecare apasare pe un buton determina incrementarea unui contor (pentru memorarea numarului de apasari si eliberari), acesta fiind pozitionat automat pe 0 în momentul citirii sale sau în cazul unei resetari. Ca urmare, starea butoanelor (apasari, eliberari, precum si starea logica apasat sau eliberat) poate fi obtinuta prin metode software, ea fiind specificata printr-o valoare întreaga. Daca bitul corespunzator unui buton are valoarea 1, acesta este apasat, în caz contrar el fiind liber.

3.2 Unitatea de distanta

Miscarea mouse-ului se exprima în unitati de distanta. Unitatea de masura pentru aceasta miscare se numeste rata de deplasare, ea reprezentând cel mai mic increment pe care îl poate detecta mouse-ul. Aceasta valoare este de aproximativ 1/200 inch.

O data cu deplasarea mouse-ului, driverul stabileste un contor de miscare pe verticala si pe orizontala, utilizat pentru deplasarea cursorului pe ecran cu un anumit numar de caractere sau pixeli. De asemenea, se poate defini senzitivitatea mouse-ului ca fiind numarul de rate de deplasare necesare pentru a misca cursorul cu 8 pixeli.

3.3 Cursorul mouse-ului

Mouse-ul poate avea cursorul în doua reprezentari de baza: în mod text si în mod grafic. La un moment dat, pe ecran va fi afisat un singur tip de cursor.

3.3.1) Cursorul în modul text

Cursorul în modul text dispune la rândul lui de doua tipuri individuale de reprezentare: cursorul hardware si cursorul software.

Cursorul hardware este cel care apare pe ecran la pornirea calculatorului. Acesta este un cursor clipitor care se deplaseaza pe ecran de la un caracter la altul, putând lua forma unui pixel sau a unei liniute. El este format dintr-un bloc de 8 pixeli latime pe 16 pixeli înaltime. Un set orizontal de pixeli formeaza un set de baleiere, acestea fiind cele ce determina aparitia cursorului. Ele sunt numerotate în general de la 0 la 7 (sau de la 0 la 11, în functie de monitor), linia de vârf

Page 186: ECHIPAMENTE PERIFERICE

având numarul 0. Daca o linie este aprinsa, în zona respectiva va aparea clipirea pe ecran, în caz contrar ea nu va avea nici un efect.

Cursorul software se deplaseaza tot de la caracter la caracter, dar utilizeaza atributele de afisare pentru a influenta modul de aparitie al caracterelor pe ecran. Acest efect este creat prin doua masti a câte 16 biti, o masca a ecranului si o masca a cursorului. Valorile acestor masti determina noile atribute ale caracterelor, în momentul în care ele sunt acoperite de cursor. Masca ecranului decide care atribute ale ecranului se vor pastra, iar masca cursorului va decide în ce mod se vor modifica atributele pentru generarea cursorului. În primul rând, se realizeaza un si logic între masca ecranului si bitii ce definesc caracterul de pe ecran, iar între rezultatul obtinut si masca cursorului se efectueaza un sau exclusiv.

3.3.2) Cursorul în modul grafic

Cursorul în modul grafic reprezinta o forma care se deplaseaza pe ecran peste imagine si este alcatuit dintr-un bloc de pixeli. Deplasarea pe ecran afecteaza punctele din spatele cursorului, astfel fiind create forma si culoarea sa. Locatia pe ecran a acestui tip de cursor este direct legata de un pixel din spatele sau. Acest pixel, utilizat de software pentru a determina coordonatele cursorului, se numeste punct de referinta.

Si aici se definesc doua masti pentru crearea cursorului: masca ecranului si masca cursorului. Masca ecranului determina care pixeli vor da forma cursorului si care vor reprezenta fondul, iar masca cursorului determina care pixeli vor contribui la culoare cursorului. În momentul în care se fac modificari în zona ecranului în care se afla cursorul, acesta trebuie sa fie ascuns, astfel încât sa nu fie reactivate pe ecran vechile valori. În primul rând se face un si logic între masca ecranului si bitii de date care definesc pixelii de sub cursor, apoi între rezultatul obtinut si masca cursorului se efectueaza un sau exclusiv.

3.4 Întreruperi

Un mouse foloseste o întrerupere ori de câte ori are de transmis o informatie driver-ului sau. Daca apare un conflict si întreruperea utilizata de mouse este folosita de un alt dispozitiv, atunci mouse-ul nu va functiona corect sau nu va functiona deloc.

Daca sistemul foloseste un port de mouse, în mod normal nu apar conflicte de întrerupere, dar acest lucru se poate întâmpla în cazul folosirii celorlalte interfete.

Daca se utilizeaza o interfata seriala, conflictele de întreruperi apar de regula la adaugarea unui al treilea sau al patrulea port serial. Aceasta se întâmpla deoarece, în sistemele cu magistrala ISA, porturile seriale numerotate impar (1 sau 3) sunt adeseori prost configurate si folosesc aceleasi întreruperi ca si porturile numerotate par (2 sau 4). Astfel, daca mouse-ul este conectat la COM2, iar un modem este conectat la COM4, s-ar putea ca ambele sa foloseasca aceeasi întrerupere, ceea ce duce la imposibilitatea folosirii simultane.

Exista o întrerupere soft ce permite accesul la rutina de programare a mouse-lui care este de fapt interfata de mouse Microsoft INT 33h. Functiile oferite de aceasta interfata sunt suportate în mare masura si de asa zisele drivere compatibile Microsoft.

Pentru instalarea mouse-ului se poate apela întreruperea INT 33 h prin intermediul întreruperii INT 86 h, care este interfata generala cu întreruperile software.

Spre exemplu cu ajutorul unui limbaj de nivel înalt cum ar fi limbajul C un mouse se poate instala în modul urmator:

Page 187: ECHIPAMENTE PERIFERICE

#include <dos.h>..........................union REGS reg;...........................main( ){reg.x.ax=0x01;int86(0x33, &reg, &reg);..................................}

3.4.1) Functii ale întreruperii INT 33h

Functia ooooh

Aceasta functii duce la resetarea mouse-ului la valorile implicite si permite determinarea starii curente a mouse-ului (hardware sau software). Pentru apel, se încarca în registrul ax valoarea 0000h.

Functia 0001h

Aceasta functie permite afisarea pe ecran a cursorului mouse-ului. Pentru apel se încarca în registrul ax valoarea 0001h. Functia nu returneaza nimic.

Functia 0002h

Realizeaza ascunderea cursorului mouse-ului. Pentru apel, se încarca în registrul ax valoarea 0002h. Functia nu returneaza nimic.

Functia 0003h si 0004h

Functia 0003h permite aflarea coordonatelor ecran ale cursorului mouse-ului si a starii butoanelor. Pentru apel, se încarca în registrul ax valoarea 0003h. Functia returneaza coordonatele orizontale si verticale ale cursorului, precum si starea butoanelor.

Functia 0004h permite stabilirea pozitiei curente a cursorului mouse-ului. Pentru apel, se încarca în registrul ax valoarea 0004h, iar în registrii bx , respectiv cx se încarca noua coordonata orizontala, respectiv verticala. Functia nu returneaza nimic.

Functia 0005h si 00006h

Functia 0005h permite citirea starii de apasare a unui buton. Pentru apel, se încarca în registrul ax valoarea 0005h, iar în registrul bx se încarca numarul butonului dorit. Functia returneaza starea butoanelor, numarul de apasari de la ultimul apel, coordonata orizontala a cursorului la ultima apasare, precum si coordonata verticala în aceleasi conditii.

Functia 0006H permite citirea starii de liber a butonului. Apelul se face identic ca apelul 0005h, cu deosebirea ca în ax se încarca valoarea 0006h. Functia returneaza starea butoanelor, numarul de eliberari de la ultimul apel precum si coordonatele orizontale si verticale ale cursorului la ultima eliberare.

Functiile 0007h si 0008h

Page 188: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Functia 0007h permite stabilirea intervalului pentru coordonata orizontala a cursorului mouse-ului. Pentru apel, se încarca în registrul ax valoarea 0007h, în cx se încarca valoarea minima a coordonatei orizontale, iar în dx valoarea maxima a coordonatei orizontale. Functia nu returneaza nimic.

Functia 0008h permite stabilirea intervalului pentru coordonata verticala a cursorului mouse-ului. Pentru apel, se încarca în registrul ax valoarea 0008h, în cx se încarca valoarea minima a coordonatei verticale, iar în dx valoarea maxima a coordonatei verticale. Functia nu returneaza nimic.

Functiile 0009h si 000Ah

Functia 0009h permite definirea cursorului în modul grafic. Pentru apel, se încarca în ax valoarea 0009h, iar în registrii bx si cx coordonatele orizontale, respectiv verticale ale punctului de referinta, iar în es:dx se încarca un pointer la cele doua masti. Functia nu returneaza nimic.

Functia 0009h permite definirea cursorului în modul text. Pentru apel, se încarca în ax valoarea 000Ah, iar în bx o valoarea ce specifica tipul cursorului. Daca s-a specificat cursorul software, în cx si dx se încarca masca ecranului, respectiv a cursorului, iar daca s-a specificat cursorul hardware, în cx si dx se încarca liniile de început, respectiv de sfârsit ale cursorului. Functia nu returneaza nimic.

Functia 000Bh

Aceasta functie permite citirea deplasarii mouse-ului. Pentru apel, se încarca în registrul ax valoarea 000BH, iar functia returneaza numarul ratelor de deplasare pe orizontala si pe verticala.

Functia 000Fh

Aceasta functie permite definirea senzitivitatii mouse-ului. Pentru apel, se încarca în ax valoarea 000Fh, iar în cx si dx valorile senzitivitatilor pe orizontala, respectiv pe verticala. Functia nu returneaza nimic.

Functia 0010h

Aceasta functie permite invalidarea cursorului într-o zona ecran. Pentru apel, se încarca în ax valoarea 0110h, în cx si dx valorile coordonatelor coltului din stânga sus, iar în si si di valorile coordonatelor coltului din dreapta jos. Functia nu returneaza nimic.

Functia 0012h

Aceasta functie permite definirea dimensiunii blocului cursorului grafic. Pentru apel, se încarca în ax valoarea 0012h, în bh o valoare care specifica latimea cursorului, iar în ch o valoare care specifica înaltimea cursorului. În bl va fi încarcata o valoare care specifica coordonata orizontala a punctului de referinta, în cl o valoare care specifica coordonata verticala a punctului de referinta, iar în es:dx un pointer catre cele doua masti. Functia returneaza valoarea FFFFh în registrul ax, în caz de succes.

3.5 Soft pentru drivere

Pentru a functiona corect mouse-ul necesita instalarea unui driver de dispozitiv. Daca se doreste utilizarea mouse-ului în sistemul DOS standard, va trebui încarcat un driver de dispozitiv prin fisierul Config.Sys (caz în care va avea extensia .Sys) sau Autoexec.Bat (cu extensia .Com), spre deosebire de sistemele Windows sau OS/2, în care driver-ul este inclus în mediul de operare.

Page 189: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Una dintre cele mai mari probleme ale driverelor de mouse separate, este încarcarea lor intr-un bloc UMB (Upper Memory Block). Spre exemplu, driverele Microsoft mai vechi necesita un bloc foarte mare (40 .. 56 kB), în care sa se încarce, dupa care se comprima la mai putin de 20 kB. Chiar daca dupa încarcare ocupa pâna la 20 kB, tot trebuie o zona mare pentru introducere. Driverele mai noi (Microsoft) se încarca mai întâi în memoria inferioara, se comprima sub 20 kB, iar apoi se muta în UMB. Mai mult decât atât, driver-ul cauta cel mai mic bloc UMB care îl poate cuprinde, si nu pe cel mai mare, cum s-ar întâmpla la încarcarea driver-ului prin comenzile DEVICE HIGH sau LOAD HIGH.

Pentru instalarea unui mouse în Windows 95, se pot folosi cel putin doua metode. Se poate selecta pictograma Add new Hardware din Control Panel si apoi se selecteaza optiunea de instalare a unui mose. De asemenea, se poate selecta pictograma Mouse din Control Panel, dupa care se selecteaza eticheta General si apoi se selcteaza butonul Change. În ambele cazuri exista posibilitatea alegerii unuia din produsele pentru care Microsoft ofera drivere integrate sau se poate furniza driverul de proprietar de pe discheta. Pentru selectarea unui driver integrat, se executa clic pe butonul radio Show All Devices, dupa care se selecteaza un producator si un produs. Marea majoritate a mouse-urilor disponibile în prezent pot sa emuleze protocolul de mouse Microsoft. Pentru vizualizarea driverelor folosite, se executa clic pe eticheta driver din fereastra Mouse Properties. Vor fi vizualizate doua drivere: unul este driverul în mod real (numele de fisier cu extensia .DRV), iar al doilea este driverul în modul protejat (cu extensia .VXD).

5. Joystick

1. Introducere

Joystick-ul este un echipament des intilnit in configuratia calculatoarelor personale alaturi de mouse, trackball , tableta de digitizare. Toate acestea sint echipamente de intrare care impreuna cu tastatura permit utilizatorului sa controleze procesele ce se desfasoara in interiorul masinii de calcul . Spre deosebire de celelalte echipamente mentionate mai sus , care au o importanta vitala in utilizarea unui sistem de calcul , joystick-ul nu este indispensabil deoarece principala lui utilizare este in domeniul programelor distractive .

Daca vom desface un joystick vom fi surprinsi de simplitatea lui constructiva deoarece in interiorul lui nu vom descoperi decit niste butoane "foc" ( simple comutatoare normal deschise ) si doua potentiometre ale caror cursoare sint cuplate prin intermediul unor mici angrenaje de plastic cu maneta joystick-ului . Astfel cind deplasam maneta inainte sau inapoi potentiometrul care traduce miscarea pe verticala isi va modifica rezistenta . Analog isi modifica rezistenta si celalalt potentiometru cind deplasam maneta la stinga sau la dreapta .

Ideea unei manete pentru jocuri nu este noua . Joystick-ul a aparut odata cu jocurile video pe calculator , jocuri pentru care tastatura nu erea suficient de ergonomica . Se stie ca vechile calculatoare de tip Spectrum , Comodore sau Amiga , calculatoare destinate in special jocurilor video , dispuneau de o maneta pentru jocuri asemanatoare din punct de vedere al aspectului exterior cu actualul joystick al calculatoarelor de tip PC . Acest tip de joystick nu poate fi utilizat de noile claculatoare PC decit cu o interfata speciala deoarece are doar un buton "foc" iar sesizarea deplasarii manetei pe cele patru directii se face prin patru contacte normal deschise . Cind impingem maneta inainte sau inapoi se vor inchide contactele pentru inainte respectiv inapoi . Analog se intimpla si in cazul in care impingem maneta la dreapte sau la stinga . Astazi acest tip de joystick poarta numele de "joystick digital" deoarece el sesizeaza deplasarea manetei joystick-ului prin nivele logice de "1" sau "0" spre deosebire de joystick-ul actula prezentat pe scurt anterior , care sesizeaza miscarea manetei prin variatia rezistentei unui potentiometru . Acest tip

Page 190: ECHIPAMENTE PERIFERICE

de joystick se mai numeste si "joystick analogic" tocmai din cauza acestui principiu de functionare .

In Figura 1 sunt date citeva tipuri constructive de joystick-uri .

Figura 1

2. Structura interna si functionarea joystick-ului

Joystick-ul se conecteaza la calculator printr-un cablu prevazut cu un conector de tip D - SHELL cu 15 pini . Configuratia pinilor acestui conector este prezentata in Figura 2.

Figura 2

Se observa ca la acest conector se pot conecta doua joystick-uri notate in Figura 3 cu A si B . Fiecare din aceste doua joystick-uri este compus din doua butoane "foc" ce sunt de fapt doua

Page 191: ECHIPAMENTE PERIFERICE

contacte normal deschise ( A1 si A2 pentru joystick-ul A ) , si doua potentiometre ale caror cursoare sunt actionate de mecanismul manetei ( AX si AY pentru joystick-ul A ) si al caror scop este de a sesiza miscarea manetei pe cele doua axe X si Y . Butoanele sunt cum am mai spus simple comutatoare normal deschise legate intre un pin de masa (pinul 4 si 5 pentru joystick-ul A , respectiv pinul 12 pentru joystick-ul B ) , si un pin de intrare specific ( A1 si A2 pentru joystick-ul A , respectiv B1 si B2 pentru joystick-ul B ) . Potentiometrele sunt cuplate intre niste pini de alimentare de +15 V ( care sunt pinii 1 si 8 pentru joystick-ul A si respectiv pinii 9 si 15 pentru joystick-ul B ) si niste pini speciali de intrare ( pinul 3 pentru AX , 6 pentru AY , 11 pentru BX , 13 pentru BY ) .

Figura 3

Schema electrica interna a joystick-ului este foarte simpla , astfel justificinduse pretul relativ redus al unui joystick . Un joystick contine in interior doar doua contactoare si doua rezistente variabile comandate prin niste mici pirghii din material plastic de maneta . Aceasta structura simpla este completata insa de circuitul electric implementat de controler-ul de joystick (care se poate gasi fie pe o placa separata , fie pe placa de sunet , fie pe controlerul Multi-I/O care contine controlerele pentru unitati floppy sau hard disk si pentru porturile seriale sau paralele ) . In figura de mai sus este prezentata schema electrica a acestui circuit .

Din punct de vedere tehnic este vorba despre patru monoflop-uri . Piesa principala a unui monoflop este comparatorul care urmareste diferenta de tensiune intre tensiunea de alimentare de 5V si tensiunea de la bornele condensatorului C ( vezi schema de mai sus ) . Acest condensator se incarca tot de la sursa de tensiune de 5V prin intermediul potentiometrului din joystick ( a carui rezistenta variaza intre 0 si 100 kohmi ) care este insa inseriat in game-controller cu o rezistenta limitatoare .

Page 192: ECHIPAMENTE PERIFERICE

In stare de repaus , condensatorul C este incarcat la +5V . Prin intermediul software-ului , si anume printr-o comanda I/O , este activat un contactor electronic notat pe schema cu "Start" , care descarca brusc condensatorul . Tensiunea la bornele acestuia devine 0V .

Daca circuitul este redeschis , condensatorul incepe sa se incarce prin rezistenta potentiometrului . Durata acestui proces variaza in functie de marimea actuala a rezistentei , practic de pozitia manetei de joc . In aceeasi masura creste si tensiunea de la bornele condensatorului . Dupa cum am mai spus , tensiunea de pe condensator este comparata cu tensiunea de +5V de comarator . Daca tensiunea ( mai exact , diferenta de tensiune ) la intrarea in comparator este mai mica decit o valoare prestabilita ( cca. +5V ) , atunci la iesirea din comparator apare nivelul logic "0" . Daca insa tensiunea la intrare crete peste aceasta valoare , iesirea comuta pe nivelul logic "1" .

Varitia semnalelor prin circuit dupa declansarea unei masuratori se poate vedea tot in Figura 4 de mai jos .

Figura 4

Dupa activarea circuitului de start prin software , iesirea din comparator comuta brusc pe nivelul logic "0" si trece automat , dupa un timp prestabilit prin pozitia potentiometrului, la nivelul logic "1". Toate cele patru iesiri din comparator ale unui game-controller sint stabilite de la bitul 0 pina la 3 ai portului de joystick 201H ( numar in hexazecimal ) si pot fi valorificate acolo prin I/O-Read de un program sau de BIOS .

Procedura este urmatoarea : rutina de BIOS a joystick-ului sau un program ( joc ) declanseaza startul monoflop-ului printr-o operatie de scriere I/O ( orice informatie la adresa 201H ) . Imediat dupa aceea porneste un timer . Pe game-controller nu se afla asa ceva , de

Page 193: ECHIPAMENTE PERIFERICE

aceea se foloseste de obicei timer-ul de pe placa de baza a calculatorului . Rutina chestioneaza periodic bitul comparatorului ; daca el trece de la "0" la "1" inseamna ca monoflop-ul s-a derulat si poate fi citita valoarea indicata de temporizator . Aceasta chestionare a adresei joystick-ului nu poate fi evitata , deoarece game-controller-ul nu poate deservi un hardware-interrupt propriu . Rezistenta actuala a potentiometrului poate fi calculata conform formulei :

R = ( Timpul inregistrat - 24,2 µs ) / 0,011 µs

In realitate , nu au o linie carecteristica ideala , ceea ce inseamna ca in starea de repaus a manetei de joc potentiometrele X si Y nu prezinta exact jumatatea valorii potentiometrului ( 50 kohm ) . Nici valorile de inceput si de incheiere nu pot fi prevazute exact . In afara de aceasta valorile respective se modifica in timpul functionarii prin solicitare mecanica . De aceea , joystick-ul trebuie recalibrat din cind in cind .

Sub noul sistem de operare Windows 95 exista in acest sens o fereastra de n dialog dedicata acestui fapt , anume "Settings - Control pannel - Joystick - Calibration" . In cazul jocurilor DOS , acest proces este efectuat ori automat in timpul jocului , ori jocul dispune de un asemenea punct de meniu . In primul caz puteti sa cadem in capcana : daca software-ul ( jocul ) presupune in timpul unei calibrari ca maneta se afla in pozitie centrala in momentul in care tocmai am deplasat-o , rutina joystick-ului poate fi inselata si pozitia centrala este practic total dereglata .

Unele joystick-uri pot fi clibrate prin intermediul unor regulatoare de calibrare ( de fapt doua potentiometre suplimentare inseriate cu potentiometrele joystick-ului in interiorul acestuia ce permit ajustarea pozitiei de centru de 50kohmi ) . Programul DOS "Joy-read" ofera in acest sens servicii de calitate . Este bine de stiut si ca diferiti producatori aduc pe piata versiuni deosebite de joystick , care la prima vedere arata ca un instrument standard , insa interiorul este dominat de o electronica remarcabila . De exemplu , "Sidewinder 3D Pro" de la Microsoft : in interior se afla trei diode luminiscente LED minuscule ( doua la maneta si o dioda stabilizatoare ) , diode ce creaza puncte luminoase pe o matrice CCD . Un circuit controler in joystick calculeaza astfel pozitia curenta a manetei.

O alta solutie interesanta este "Grip" , produs de firma Gravis . Gameport-ul normal este legat prin cablu de o caseta , la care sint conectate doua joystick-uri sau patru gamepad-uri .

Totul este liber programabil , iar sub Windows 95 sustine interfata "Direct - Input" .

3. Software-ul de comanda

Bineinteles ca fiecare programator ( de jocuri ) poate realiza propria rutina joystick prin accesari I/O ale adresei 201H si prin programarea directa a temporizatorului . De obicei acest lucru nu este necesar , deoarece BIOS-ul dispune de facilitati confortabile . Interrupt-ul ( software ) de BIOS 15H, care pe vremuri era destinat unitatilor de banda , a fost extins , devenind in cazul calculatoarelor personale uzuale functia de joystick 84H.

Intreruperile software sint o specialitate a procesoarelor Intel sau compatibile . Ele reprezinta o tehnica relativ simpla de realizare a subprogramelor : practic , toate limbajele de programare au implementata o functie care permite declansarea unui interrupt software . Numarul intreruperilor dorite este pur si simplu indicat functiei respective . De regula pentru fiecare interrupt sint disponibile o sumedenie de functii si subfunctii . Numarul functiei principale este mai intii incarcat in registrul CPU - AH , iar numarul subfunctiei in registrul DX . In momentul in care subprogramul este incheiat , programatorul regaseste rezultatele in registrii CPU . Sintaxa pentru realizarea unor astfel de accesari ale sistemului difera de la un limbaj de programare la altul , dar urmeaza intotdeauna modelul prezentat mai sus .

Page 194: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Apelarea subfunctiei 00H a functiei principale 84H are ca rezultat indicarea starii tastelor . Dupa revenirea din aceasta finctie , in registrul AL procesorului se regaseste o valoare care corespunde starii celor patru taste . In cazul in care o tasta "foc" mai este apasata de utilizator , bit-ul corespunzator este pus pe "1" , in caz contrar pe "0" ( vezi Figura 5 ) .

Figura 5

In cazul in care Carry-Flag-ul unitatii CPU este activat dupa intoarcerea din aceasta subfunctie , este clar ca a aparut o eroare - de exemplu pe motiv ca nu a fost conectat nici un joystick .La nivel de limbaj de asamblare , citirea Carry-Flag-ului este foarte facila . Utilizarea acestei subfunctii aduce insa numai informatii privitoare la starea momentana a tastelor "foc" , dar nu spune nimic despre starile anterioare , intrucit gameport-ul nu efectueaza memorari intermediare ale starilor . De aceea cade in sarcina programatorului sa apeleze in mod regulat aceasta functie ( procedeu numit "polling" ) . Subfunctia 01H furnizeaza relatii despre starea momentana a potentiometrelor din joystick ( mai exact numarul de "batai" ale temporizatorului ) in registrii de procesor AX , BX , CX si DX (vezi Figura 6 ) .

Page 195: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Figura 6

Aceasta functie BIOS preia automat pornirea masuratorii ( deci descarcarea condensatoarelor , programarea temporizatorului , pornirea acestuia si citirea registrului ) . Si aceasta functie activeaza Carry-Flag-ul in cazul aparitiei unei erori .

4. Concluzii finale

Datorita faptului ca pringipala componenta a unui joystick este potentiometrul , este interesant faptul ca un gameport poate fi utilizat si pentru conectarea de diferiti senzori , de exemplu pentru masurarea unor parametrii ai mediului ambiant . Pe de o parte , intrarile pentru tastle "foc" pot fi utilizate pentru transmiterea de stari binare ( de exemplu daca o usa este inchisa sau deschisa ) . Pe de alta parte , senzori analogici , cum ar fi termistorii ( utilizati pentru masurarea unor temperaturi ) , fotorezistente (utilizate la masurarea gradului de iluminare al unei incaperi ) si senzori Hall ( utilizati ca senzori de proximitate ) , pot fi conectati in locul potentiometrelor . In plus , masurarea unor tensiuni este posibila prin intercalarea unui tranzistor cu efect de cimp . De asemenea este de apreciat ca la unii din pinii conectorului de gameport se gaseste tensiunea de 5V , tensiunea de lucru a calculatorului , si care poate fi utilizata si in exteriorul acestuia daca este preluata de aici . Desigur , nu trebuie sa ne asteptam la performante deosebite prin utilizarea unui gameport : precizia de conversie a monoflop-ului nu este nemaipomenita , iar frecventa limita se situeaza la numai 1kHz .

Ca observatie finala , pe piata exista o varietate imensa de joystick-uri pentru PC , care pot fi achizitionate la preturi cuprinse intre 10 si 100 USD . Spre exemplu "Sidewinder 3D Pro" de la Microsoft , costa cca. 86 USD , iar "Grips" de la Gravis , in doua seturi de jocuri , cca. 133 USD .

Page 196: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Aplicatii mouse

1. Obiectivul lucrării

Această parte a lucrării se referă la o serie de aplicaţii legate de mouse şi care simulează butoanele mouse-ului şi modul de funcţionare al acestora.

2. Introducere teoretică

1. Aplicaţia Qwerty

Este o aplicaţie cu ajutorul căreia se desenează cu mouse-ul pe ecran. La lansarea în execuţie a programului se deschide o fereastră de dialog. În această fereastră se selectează meniul ComenzileMele din bara de stare, apoi se selectează comanda Creion.

După ce selecţia a fost făcută, pe ecran apare o fereastră de dialog în care trebuie introduşi următorii parametri: dimensiunea creionului cu care se desenează pe ecran şi combinaţia de culori corespunzătoare creionului. Culorile sunt combinaţii RGB.

La apăsarea butonului Button1, pe ecran apare un mesaj, iar dacă calculatorul dispune de o placă de sunet, la închiderea acestei ferestre se poate auzi un semnal sonor.

Un exemplu de utilizare a aplicaţiei Qwerty este reprezentat în fig. 1.

Fig. 1. Exemplu de ecran din aplicaţia Qwerty.

2. Aplicaţia Gabriel

Este o aplicaţie care specifică acţiune executată de mouse în poziţia în care se află: clic stânga, dublu-clic stânga, clic dreapta sau dublu-clic dreapta. Pe bara de stare a aplicaţiei se află comanda Meniu, de unde se pot selecta acţiunile realizate de aplicaţie. Comanda Mouse

Page 197: ECHIPAMENTE PERIFERICE

deschide o fereastră care conţine un mesaj, comanda Aplica desenează pe ecran un dreptunghi haşurat, iar folosind comanda Sunet se poate auzi un semnal sonor.

Fig. 2. Exemplu de ecran din aplicaţia Gabriel.

Un exemplu de utilizare a aplicaţiei Gabriel este reprezentat în fig. 2.

Toate aceste comenzi pot fi apelate şi cu ajutorul mouse-ului, chiar din poziţia în care se află acesta, prin apăsarea dublă a butonului drept al mouse-ului.

Apăsând butonul stâng sau butonul drept al mouse-ului, pe ecran apare semnificaţia acestor acţiuni, printru-un mesaj text înscris în dreptul poziţiei cursorului de mouse.

3. Aplicaţia CursorulNou

Este o aplicaţie care are ca principal scop realizarea unei noi reprezentări a cursorului pe ecran.

Pe bara de stare a aplicaţiei se află comanda Meniu, de unde se poate selecta acţiunea care are ca scop final realizarea noii reprezentări a cursorului: Cursor.

După ce acţiunea a fost selectată, pe ecran apare o fereastră de dialog în care urmează să fie introduse coordonatele la care va fi plasată o elipsă.

Un exemplu de utilizare a aplicaţiei CursorulNou este reprezentat în fig. 3.

Page 198: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 3. Exemplu de ecran din aplicaţia CursorulNou.

4. Aplicaţia NotesEste o aplicaţie care foloseşte mouse-ul pentru alegerea formatării unui text scris într-un

fişier creat de această aplicaţie, fişier având extensia .not. Totodată, aplicaţia dispune de facilităţi suplimentare de tipărire.

În momentul lansării aplicaţiei se deschide un fişier text, creat de aplicaţie (Notes1.not). Din meniul Edit se pot alege două opţiuni noi faţă de cele deja existente. Acestea sunt Word şi Wrap, care prezintă fişierul într-un format special, şi Font Format, de aici putându-se alege dimensiunile fontului cu care se scrie şi tipurile de caractere. După ce acestea au fost selectate, se apasă butonul OK. Acţiunea realizată nu are o urmare imediată pe ecran. Pentru a vedea ce s-a realizat, se închide fişierul nou creat şi se salvează (poate avea orice nume, însă este obligatorie extensia .not). Redeschizând fişierul creat, se pot observa modificările rezultate.

Comanda Print Preview selectată din meniul File deschide o fereastră care prezintă forma în care va arăta la tipărire documentul nou creat. Se poate observa, în plus faţă de aplicaţia standard, existenţa unui antet care conţine numele documentului, precum şi un subsol care indică numărul paginii.

Pentru a formata pagina care va fi tipărită, se poate alege suplimentar din meniul File comanda Margini, comandă cu ajutorul căreia se pot indica marginile paginii care va fi tipărite.

5. Aplicaţia TMouse

            Această aplicaţie are ca scop urmărirea poziţiei cursorului de mouse pe ecran şi a acţiunilor realizate de butoanele acestuia. Bara de meniu a programului prezintă următoarele opţiuni:

Esc: ieşire din program (Exit); F1: informaţii despre program;

Page 199: ECHIPAMENTE PERIFERICE

F2: informaţii furnizate de driver-ul dispozitivului:o tipul mouse-ului (serial, PS/2 etc.);o numărul cererii de întrerupere (IRQ).

În colţul din stânga sus, aplicaţia prezintă coordonatele poziţiei curente a cursorului de mouse (x şi y), precum şi numărul coloanei şi liniei corespunzătoare de pe ecran (Col şi Row). În colţul din dreapta sus se află o fereastră dublă care indică butonul care a fost acţionat în momentul efectuării unei apăsări (S sau D). În fereastra principală a programului se află un dreptunghi care conţine textul Drag Me şi care poate fi deplasat în această zonă cu ajutorul mouse-ului.

Un exemplu de utilizare a aplicaţiei TMouse este reprezentat în fig. 4.

Fig. 4. Exemplu de ecran din aplicaţia TMouse.

2. Desfăşurarea lucrării

1.      Se selectează şi se studiază prezentarea html a echipamentelor de intrare, care conţine informaţii despre: tastatură, trackball, digitizor, mouse şi joystick.

2.      Se selectează programele de aplicaţie pentru mouse prezentate mai sus şi se testează pentru diferite configuraţii, setări şi valori introduse de utilizator.

3.      Se notează observaţiile efectuate pe marginea rulării acestor aplicaţii.

3. Întrebări

1.      În ce constă reprezentarea unui mouse pe ecran?

2.      Care este rolul celei de-a treia role a unui mouse mecanic?

3.      Cum se numesc impulsurile transmise în momentul mişcării pe diagonală a unui mouse opto-mecanic?

4.      Care sunt avantajele şi dezavantajele unui mouse opto-mecanic?

5.      Care este rolul structurii raster în cazul mouse-ului optic?

6.      Care este rolul butoanelor suplimentare cu care este prevăzut mai recent un mouse optic?

Page 200: ECHIPAMENTE PERIFERICE

7.      Câţi octeţi conţine informaţia transmisă de mouse-ul conectat prin cablu şi care este semnificaţia lor?

8.      Care sunt tipurile de mouse ataşate direct la tastatură?

9.      Cum lucrează un mouse în mod text? Dar în mod grafic?

10. Care este rolul întreruperii INT 33H?

Descriere aplicatie tableta grafica Wacom Graphire4

1. Obiectivul lucrării

Această lucrare prezintă digitizorul Wacom Graphire4 produs de firma Wacom. Lucrarea va conţine o prezentare a tehnologiilor de realizare a digitizoarelor, precum şi prezentarea digitizorului Graphire.

2. Introducere teoretică

Digitizoarele pot fi considerate o categorie aparte de dispozitive de intrare. Ele fac legătura între mână şi calculator.

Un digitizor este alcătuit din două componente principale: O suprafaţă plană şi un creion.

Suprafaţa plană generează coordonatele (X,Y) ale poziţiei vârfului creionului aflat în apropierea

sau chiar pe suprafaţa plană. Creionul este în proximitatea tabletei atunci când se află destul de

aproape încât este detectat. Rezultatul poate fi „aprinderea” unui pixel (apariţia cernelei digitale),

dacă detectarea creionului s-a făcut într-o regiune a aplicaţiei care acceptă scrierea, sau o

comandă de control, dacă detectarea creionului s-a făcut într-o regiune a aplicaţiei cu butoane de

control.

La prima vedere se poate spune că un digitizor lucrează după acelaşi principiu de funcţionare ca cel al unui mouse. Această presupunere este adevărată, dar se limitează la faptul că un digitizor poate emula cele mai răspândite tipuri de mouse-uri.

Un digitizor are două moduri de lucru:

·        modul de lucru relativ, numit şi modul mouse; în acest mod, poziţia creionului pe tabletă nu corespunde cu punctul corespunzător cursorului pe ecran. Indiferent din ce poziţie de pe tabletă se reia desenul, cursorul este pus în mişcare de la ultima sa poziţie.

Page 201: ECHIPAMENTE PERIFERICE

·        modul de lucru absolut; în acest mod, coordonatele creionului de pe tabletă corespund cu poziţia cursorului de pe ecran. Dacă creionul este ridicat de pe tabletă şi pus în alt loc, cursorul de pe ecran face acelaşi salt.

Diferenţa dintre un digitizor şi un touchscreen, cu toate că utilizează tehnologii asemănătoare (suprafaţa sensibilă la atingere, pentru a citi poziţia), este că un touchscreen nu poate fi utilizat pentru scriere. În timp ce un touchscreen utilizează ca intrare degetul, un digitizor utilizează un creion pentru a capta comenzi, caractere scrise, etc. Dacă un digitizor răspunde la atingerile de deget, păstrarea mâinii pe tabletă în timpul scrierii poate da erori. Un digitizor oferă acurateţe mai mare decât un touchscreen, fiind mai potrivit pentru sistemele cu creion.

Tehnologiile de realizare a digitizoarelor se pot clasifica după modul de realizare a tabletei grafice, astfel: cu grilă electromagnetică, cu grilă electrostatică, cu film rezistiv sau cu film capacitiv-electrostatic.

2.1. Digitizoare cu grilă electromagnetică

Aria activă a tabletei conţine o grilă de conductoare fine (fire sau trasee conductoare pe un circuit imprimat) legate în formă de buclă pentru a genera un câmp electromagnetic. Grila acţionează ca o antenă pe suprafaţa tabletei. Creionul conţine în vârf o bobină. Când se apropie creionul, bobina generează un curent de intensitate mică ce induce o tensiune mică într-unul din firele grilei. Procesorul tabletei detectează tensiunea şi generează coordonatele (X,Y). De obicei, grila este situată pe suprafaţa posterioară a LCD-ului într-un Pen System. Dacă creionul se apropie de marginea grilei, câmpul electromagnetic se distorsionează. Spaţiile între conductoarele grilei afectează acurateţea. Spaţiile mai mici permit detectarea mai exactă a poziţiei creionului.

În implementarea tradiţională, grila este desenată pe un circuit imprimat, având un substrat rigid epoxi, sau confecţionat pe baza unui film mylar transparent. Placa epoxi este mai scumpă şi mai greu de realizat, iar distanţa dintre două fire alăturate este mai mare decât la cele cu film Mylar. Acestea din urmă dau posibilitatea îndoirii firelor în jurul unui spaţiu protector astfel încât firele de întoarcere să se afle sub grilă.

Fig. 1. Digitizorul cu grilă electromagnetică.

Page 202: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Cele mai multe digitizoare realizate cu grilă electromagnetică utilizează cel mai puternic semnal provenit de la liniile X şi Y ale grilei, pentru a determina poziţia grosieră, apoi calculează poziţia fixă interpolând valorile citite din două-trei citiri ale grilei. O variantă de acces este folosirea unei grile fază cu două seturi de fire X, aflate la distanţe diferite. Procesorul tabletei calculează poziţia pe baza semnalului cel mai puternic relativ la cele două seturi de fire, mai rapid fată de căutarea individuală a firelor, în vederea determinării celui mai puternic semnal. Se foloseşte aceeaşi metodă şi pentru determinarea poziţiei Y.

Multe tablete electromagnetice dau eroare de viteză când creionul se mişcă în diagonală cu viteză mare. Eroarea rezultă datorită diferenţei de timp dintre poziţiile citite. Acest lucru poate să nu fie valabil dacă utilizatorul scrie numai caractere mici, dar eroarea poate fi importantă pentru desene, schiţe rapide, semnături etc.

Proiectarea bobinei din vârful creionului poate da eroare de înclinare, fiind situată cu un inci deasupra vârfului creionului, când utilizatorul ţine creionul într-o poziţie normală. Dacă utilizatorul înclină prea mult creionul, pot apărea erori.

Interferenţa este un alt dezavantaj al grilelor electromagnetice. Câmpul electromagnetic pe care aceste tablete îl utilizează este deranjat serios de cadrele metalice, armonicele componentelor electronice digitale etc. (aceste tablete utilizează în mod atipic o frecvenţă de 120 kHz pentru semnalele dintre tabletă şi creion). Ca rezultat, tableta trebuie proiectată corespunzător pentru fiecare Pen Computer. Chiar schimbarea tipului LCD-ului pentru acelaşi produs va determina reproiectarea digitizorului.

O altă problemă de proiectare este că grila nu poate fi pusă în faţa LCD-ului fără să determine apariţia unor linii negre pe display. Soluţia este să se pună grila sub LCD.

Printre fabricanţii ce utilizează această tehnologie se numără: Calcomp, Hitachi, Logitech, Summagraphics şi Wacom.

2.2. Digitizorul Wacom

Digitizorul Wacom foloseşte tehnologia electromagnetică numită give and receive resonance, care elimină necesitatea cablului pentru creion. La fiecare 20 de microsecunde se schimbă distribuţia rolurilor dintre tabletă şi creion de la emiţător la receptor. În rol de emiţător, tableta emite unde electromagnetice de o anumită frecvenţă ce sunt recepţionate de un circuit de rezonanţă paralel aflat în creion. Tensiunea indusă în bobina circuitului este înmagazinată într-un condensator legat în paralel cu bobina. Energia înmagazinată aici este folosită de creion pentru a retransmite undele pe o altă frecvenţă tabletei. Tableta, în modul receptor, poate localiza undele transmise de la creion şi poate stabili poziţia creionului.

O altă caracteristică care derivă din acest procedeu este posibilitatea de a produce linii mai

groase sau mai subţiri, în funcţie de cât de apăsat este creionul pe suprafaţa tabletei. Presiunea

exercitată asupra creionului modifică frecvenţa de rezonanţă a circuitului paralel din creion şi

tableta poate sesiza dacă s-a apăsat creionul mai tare sau mai încet.

3. Descrierea aplicaţiei

Page 203: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Digitizorul Wacom Graphire4 face parte din categoria digitizoarelor cu grilă electromagnetică. Creionul nu are fir deoarece este construit în tehnologia give and receive resonance. Pachetul (vezi figura 2) conţine tableta Graphire, creionul Graphire, un CD cu driverul şi un CD cu aplicaţia Corel Painter Essentials 2.

Fig. 2. Pachetul Wacom Graphire4.

3.1. Caracteristici

·        suprafaţă activă: aproximativ formatul A6;

·        sensibilitate la presiune: 512 niveluri;

·        rezoluţie: 2000 dpi;

·        tableta are două butoane programabile şi o rotiţă pentru scroll;

·        creionul are un buton pentru clic-dreapta şi un buton pentru dublu-clic;

·        cadru transparent pentru poze;

·        compartiment pentru creion;

·        „radieră virtuală” în celălalt capăt al creionului;

·        creionul este independent de baterii şi fără fir;

·        dispozitiv plug & play;

Page 204: ECHIPAMENTE PERIFERICE

3.2. Informaţii tehnice

Tableta:

·        dimensiuni: 208 ´ 203,8 ´ 17,8 mm;

·        suprafaţă activă: 127,6 ´ 92,8 mm;

·        lungimea cablului: 1,5 m;

·        greutate: aproximativ 500 g;

·        rezoluţie: 2000 dpi;

·        acurateţe: +/– 0,5 mm;

·        nivele de presiune: 512;

·        înălţime maximă de citire: 5 mm;

·        interfaţă: USB;

·        butoane Express: 2.

Creionul:

·        dimensiuni: 137,8 ´ 12 mm;

·        greutate: aproximativ 12 g;

·        vârfuri utile în ambele capete;

·        nivele de presiune: 512.

3.3. Meniul Corel Painter Essentials 2

Meniul aplicaţiei conţine următoarele butoane:

·        File: New; Open; Close; Clone; Clone Source; Save; Save as; Revert; TWAIN     Acquire; Select TWAIN Source; Page Setup; Print; Quit;

·        Edit: Undo; Redo; Fade; Cut; Copy; Paste; Paste into New Image; Clear; Preferences: General, Brush Tracking;

·        Canvas: Resize; Canvas Size; Tracing paper; Set Paper Color;

·        Select: All; None; Invert; Reselect; Float Feather;

Page 205: ECHIPAMENTE PERIFERICE

·        Effects: Soften; Sharpen; Orientation: Rotate, Scale, Flip Horizontal, Flip Vertical; Fill; Tonal Control: Brightness/Contrast, Equalize; Surface Control: Apply Lighting, Apply Surface Texture, Express Texture, Woodcut; Focus: Sharpen, Soften; Esoterica: Auto Van Gogh;

·        Window: Hide Palettes; Arrange Palettes; Zoom In; Zoom Out; Zoom To Fit; Hide Toolbox; Hide Property Bar; Hide Brush Selector Bar; Hide Colors; Hide Layers; Screen Mode Toggle;

·        Help: Help Topics; Tech Support; Hide Tool Tips; Upgrade Now; Get Corel Painter Essentials 2 Training; About Corel Painter Essentials 2.

4. Desfăşurarea lucrării

1.      Se parcurge introducerea teoretică.

2.      Se observă caracteristicile digitizorului Wacom Graphire4.

3.      Se deschide aplicaţia Corel Painter Essentials 2 (Start ® All Programs ® Corel Painter Essentials 2 ® Corel Painter Essentials 2.exe).

4.      Din meniul File, se selectează dimensiunea zonei de lucru (în pixeli) precum şi rezoluţia (în pixeli per inci). Din această fereastră se mai poate seta şi culoarea paginii (background). Se apasă butonul OK.

5.      Se selectează din Toolbox unealta Brush. Din Property Bar se selectează Freehand strokes şi dimensiunea traseului din intervalul de valori [1;749] (de exemplu, 6.0). Se desenează o spirală în zona de lucru. (vezi figura 3).

Fig. 3.Exemplu de spirală freehand.

Apoi se deschide o nouă fereastră de lucru în care se desenează o nouă spirală, dar utilizând Straight line strokes. Se păstrează aceeaşi dimensiune a traseului (6.0) (vezi figura 4).

Page 206: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 4. Exemplu de spirală straight line.

6.      Se deschide o nouă fereastră de lucru. Se selectează unealta Brush. Din Property Bar se selectează Straight line strokes. Se desenează câteva contururi închise pentru a fi colorate. Se selectează unealta Paint Bucket. Din fereastra de culori se selectează culori diferite pentru a umple toate contururile desenate (vezi figura 5).

Fig. 5. Exemplu de contururi.

7.      Cu ajutorul uneltei Magnifier, se vizualizează desenele la diferite nivele de zoom (de exemplu: 20%, 50%, 200%, 400%, 800%) din intervalul de valori cuprins între 4,2%  şi 1600%.

5. Întrebări

Page 207: ECHIPAMENTE PERIFERICE

1.      Care este diferenţa dintre un digitizor şi un mouse?

2.      Care sunt modurile de lucru ale unui digitizor?

3.      Care este diferenţa dintre un digitizor şi un touchscreen?

4.      Care sunt dezavantajele digitizoarelor cu grilă electromagnetică?

5.      Prezentaţi tehnologia give and receive resonance.

6.      Care sunt diferenţele dintre digitizoarele cu grilă electromagnetică şi cele cu grilă electrostatică?

7.      Care sunt dezavantajele digitizoarelor cu film rezistiv?

8.      Care sunt avantajele digitizoarelor cu film capacitiv-electrostatic?

9.      Din ce categorie de digitizoare face parte digitizorul Wacom Graphire4?

10.  Care este rezoluţia digitizorului Wacom Graphire4?

11.  Câte nivele de presiune are digitizorul Wacom Graphire4?

12.  Ce interfaţă utilizează digitizorul Wacom Graphire4?

13.  Câte butoane are creionul digitizorului Wacom Graphire4 şi care sunt funcţiile acestora?

14.  În ce meniu se găseşte comanda de rotire a imaginii (rotate)?

15.  Din ce meniu se poate schimba contrastul imaginii?

16.  Prezentaţi câteva domenii de aplicaţii practice ale acestui tip de tabletă grafică.

Laboratorul 4

Page 208: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Echipamente pentru coduri de bare

1. Echipamente de scriere şi citire pentru coduri de bare

1. Noţiuni generale privind codurile de bare

Codul de bare este o modalitate de reprezentare grafică a caracterelor numerice şi alfanumerice, prin alternanarea unor bare şi spaţii de dimensiuni bine determinate utilizat pentru marcarea etichetelor sau produselor industriale în vederea citirii automate. Tehnologia codului de bare se bazează pe recunoaşterea acestor combinaţii de bare şi spaţii cu ajutorul unor echipamente speciale denumite uzual cititoare de coduri de bare.

Codul de bare a fost inventat de către Norman Joseph Woodland în anul 1952, invenţie care a fost brevetată în acelaşi an. Ulterior, interesul pentru utilizarea codurilor de bare a crescut semnificativ, dezvoltarea acestei tehnologii fiind deosebit de spectaculoasă în anii ’90. Acest proces a fost facilitat de modernizarea rapidă a echipamentelor hardware şi mai ales de progresele realizate în domeniul software-ului. Astfel, de la procedeul electrostatic de citire a codurilor, simbolizate prin purtători de date cu cartele sau taloane perforate, s-a ajuns la lectura magnetică şi, în final, la metoda citirii optice, care stă la baza sistemelor perfecţionate de astăzi de culegere a informaţiilor cuprinse în coduri.

Page 209: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Există diferite tipuri de standarde de coduri de bare denumite generic - simbologii. Fiecare tip de simbologie (cod de bare) este un standard ce defineşte logic "barele" din cod, precum şi cum să fie citite şi decodate de către echipamentele informatice specializate. Chiar dacă în practică se folosesc relativ puţine simbolizări, în prezent, numărul lor a ajuns la circa 225.

În funcţie de sistemul de codificare a informaţiilor, există două categorii de coduri de bare:

coduri de bare liniare (1-D), în care informaţia este codificată pe o singură direcţie, de regulă pe orizontală;

coduri de bare bidimensionale (2-D), în care informaţia este codificată atât pe orizontală, cât şi pe verticală;

Coduri de bare liniare

Structura generală a unui cod de bare liniar este caracterizată prin următoarele elemente:

modulul (dimensiunea) = lăţimea barei sau a spaţiului cel mai îngust (cel mai mic increment);

elementul = un spaţiu sau o bară măsurată în număr de module; caracterul (simbolul) = o combinaţie oarecare de elemente;  caracterele de start şi de stop = combinaţii specifice de bare şi de spaţii, cu care începe,

respectiv se termină codul de bare. Acestea permit echipamentului de citire să identifice începutul şi sfârşitul codului, precum şi sensul de citire;

caracterul semnificativ = reprezintă purtătorul de informaţie şi este alcătuit dintr-un număr constant de elemente;

caracterul de control (cifra de control) = serveşte pentru depistarea eventualelor erori şi se bazează pe un algoritm specific fiecărui tip de cod. În anumite cazuri, cunoscând această cifră se poate reconstitui codul deteriorat;

raţia = raportul dintre elementele late şi cele înguste; densitatea = numărul de caractere înscrise pe o lungime liniară dată. Densitatea este

dependentă de modulul codului de bare. Astfel, ele se împart în: o coduri ultra-dense (modulul mai mic decât 0,19 mm); o coduri de înaltă densitate (modulul între 0,19 şi 0,24 mm); o coduri de densitate medie (modulul între 0,24 şi 0,3 mm); o coduri de densitate scăzută (modulul între 0,3 şi 0,53 mm); o coduri de densitate foarte scăzută (modulul mai mare decât 0,53 mm);   

continuitatea/discontinuitatea standardului. Un standard se numeşte continuu dacă codul începe cu o bară şi se termină cu un spaţiu, iar în cazul în care începe şi se sfârşeşte cu o bară se numeşte discontinuu;

Page 210: ECHIPAMENTE PERIFERICE

zona liberă = o zonă de margine neimprimată, la majoritatea tipurilor de coduri având o lăţime de minimum 10 x dimensiunea codului, dispusă la începutul şi la sfârşitul codului de bare. Asigură o citire corectă, prin evitarea erorilor datorate unor semne grafice aflate în vecinătatea codului;

codul în clar (linia de interpretare) = reprezintă corespondentul codului de bare, format din caractere lizibile de către om. Astfel, în cazul în care, din diferite motive, nu este posibilă citirea automată, se poate introduce codul manual;

jocul de caractere = lista completă a caracterelor de cod dintr-un anumit standard cu valorile binare asociate.

În continuare, vom face o scurtă prezentare a celor mai utilizate coduri de bare liniare:

Codul 3/9 este primul sistem de simbolizare alfanumerică, discontinuu, în care fiecare caracter este compus din  nouă elemente (bare şi spaţii), din care trei sunt late şi şase sunt subţiri. Se poate recunoaşte uşor după caracterele de start şi stop care au acelaşi secvenţă de cod (BI, IL, BI, II, BL, II, BL, II, BI), unde B-I/L=bară îngustă/lată şi I-I/L=interval îngust/lat. Dat fiind faptul că codul 3/9 este cea mai densă simbologie alfanumerică cu caracter de control, acest cod este cel mai răspândit dintre codurile alfanumerice.

Codul 93 este un sistem de simbolizare continuu, în care fiecare caracter este prezentat prin nouă module, repartizate pe trei bare şi spaţii. Are două cifre de control (C şi K), asigurând obţinerea unei densităţi mari de caractere. Acest cod permite reprezentarea celor 128 de caractere ale normei ASCII.

Codul 128 este un sistem de simbolizare continuu, utilizat pentru reprezentarea caracterelor ASCII. Fiecare caracter este simbolizat printr-un ansamblu de 11 module, repartizate pe trei bare şi trei spaţii. Are o cifră de control, asigurând obţinerea unei densităţi mari de caractere. Este singura simbologie care grupează setul de caractere alfanumerice în trei subseturi care pot fi combinate: subsetul A – codează caractere de tip “uppercase”, subsetul B – codează caractere de tip “lowercase”, iar subsetul C – codează doar numere.

Familia de coduri de bare 2/5 grupează trei standarde: codul industrial, codul matricial şi codul întreţesut. Ele prezintă următoarele caracteristici:

două elemente late pentru fiecare dintre caracterele de cinci elemente; bare negre şi intervale albe; set de caractere numeric; codare binară: lat = 1, îngust = 0; caracter de control de paritate par; caracter de control opţional în mesaj.

Page 211: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Codul Codabar reprezintă un sistem de simbolizare discontinuu, care permite reprezentarea a 16 caractere (zece caractere numerice şi şase caractere speciale). Fiecare caracter este simbolizat cu ajutorul a şapte elemente (patru bare şi trei spaţii). Caracterele de start şi de stop pot fi doar A, a, B, b, C, c, D, d, E, e, N, n, T, t sau * (asterisc), acestea neputând fi utilizate în altă secţiune a codului de bare.

Codul PostNet este un cod numeric utilizat de serviciul poştal din Statele Unite pentru sortarea automată a scrisorilor. Caracteristica codului este aceea că barele sunt de două înălţimi diferite şi sunt situate la distanţe egale. Fiecare caracter este reprezentat prin cinci bare, două înalte şi trei mici. Codul începe şi se termină cu o bară înaltă numită “frame bar”.

În condiţiile proliferării unei mari diversităţi de coduri de bare, a devenit necesară găsirea unor soluţii de uniformizare a lor pe plan mondial, obiectiv atins prin elaborarea sistemelor UPC (Universal Product Code) şi EAN (European Article Numbering).

Codul UPC, în varianta sa cea mai uzuală, UPC-A, este un cod format din 12 caractere numerice care au semnificaţiile: prima cifră reprezintă o cheie a clasificării (Key Number), cinci cifre identifică producătorul, următoarele cinci cifre produsul şi ultima cifră este cifra de control. UPC-E este versiunea compresată a codului UPC-A, utilizat pe produsele care nu au suficient spaţiu pentru imprimarea unui cod UPC extins.

Page 212: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Se apreciază că, în prezent, circa 95% din produsele comercializate în SUA sunt clasificate şi codificate potrivit acestui sistem.

Codul EAN reprezintă un sistem care a fost pus la punct ca urmare a iniţiativei, în 1974, a unui grup de producători şi distribuitori din 12 ţări europene de a dezvolta un sistem standardizat de numerotare a articolelor similar cu UPC. Există în două variante, denumite în funcţie de numărul de caractere din componenţă: EAN-8 şi EAN-13. Sistemul EAN-13 se bazează pe un cod cu 13 caractere numerice, cu următoarea semnificaţie: primele două reprezintă codul ţării de origine, cinci cifre identifică producătorul, cinci cifre codul produsului şi ultima este cifra de control. Utilizând un cod nesemnificativ, uşor de manipulat, sistemul EAN este deosebit de flexibil, cu capacitate mare de cuprindere (circa 10 miliarde de produse). Ţinând seama de acest avantaj, a fost preluat, într-o perioadă relativ scurtă, de un număr mare de ţări, nu numai din Europa, dar şi de pe alte continente (Canada, Japonia, Australia etc.).

Page 213: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Codul ISBN ( International Standard Book Number ) este un cod de bare utilizat pentru identificarea cărţilor sau altor publicaţii. El derivă din familia de coduri EAN, dar nu foloseşte codul ţării de origine, ci este precedat de codurile “978” sau “979”. În dreapta codului ISBN, apare un mic cod de bare format din cinci caractere care reprezintă preţul.

 În funcţie de caracteristicile şirului de caractere pe care-l codifică, s-a făcut o clasificare a codurilor de bare liniare în:

coduri numerice, care pot reprezenta numai cifre (ex. codurile EAN, UPC, familia 2/5, Codabar, PostNet);

coduri alfanumerice, care pot reprezenta atât cifre cât şi litere (ex. codurile 3/9, 93, 128); coduri cu lungime fixă, care pot reprezenta şiruri cu un număr fix de elemente (ex. codul

EAN-13 care poate reprezenta numai un şir numeric de 13 elemente); coduri cu lungime variabilă, care pot reprezenta şiruri  conţinând un număr variabil de

elemente (ex. codul 3/9, codul 128).

Coduri de bare bidimensionale

Codurile bidimensionale au o capacitate mai mare de cuprindere, comparativ cu cele liniare. În practică, deocamdată, ele sunt mai puţin răspândite, dar se apreciază că va creşte interesul pentru codurile 2D.

Primul cod bidimensional a fost VeriCode, simbologie introdusă încă din anii ’80 de firma Veritec. Ulterior, din multitudinea de coduri apărute s-au evidenţiat codurile: Codul 49, Codul 16K, Codul Aztec, Data Matrix, MaxiCode, PDF 417 în SUA, Codablock în Germania, şi Codul QR (Quick Response) în Japonia – conceput anume pentru a reduce timpul de citire.

Dintre toate acestea, în prezent, codul PDF 417, datorită faptului că poate stoca o mare cantitate de informaţie (1108 octeţi), este cel mai utilizat cod bidimensional.

 De asemenea, se remarcă atât codul MaxiCode, care are posibilitatea de corecţie a erorilor, astfel încât se poate citi bine codul chiar dacă 25% din el este distrus sau lipseşte, cât şi codul Data Matrix care poate stoca 50 de caractere într-un spaţiu de dimensiune 2 mm x 3 mm.

Page 214: ECHIPAMENTE PERIFERICE

2. Sistemul de coduri de bare

Utilizarea coduri de bare presupune cunoaşterea componentelor şi aplicarea corectă a etapelor necesare funcţionării sistemelor de coduri de bare. Componentele unui sistem de coduri de bare sunt: echipamentul de scriere, eticheta, echipamentul de citire şi baza de date. Etapele principale ale sistemului sunt scrierea şi citirea.

Echipamente de scriere

Etapa de scriere presupune următoarele componente: suportul pe care se tipăreşte, metoda de tipărire,  simbologia (tipul codului de bare), tipărirea.

Suportul pe care se tipăreşte este eticheta. Eticheta conţine informaţii ce identifică şi definesc un anumit produs. Aceste informaţii sunt organizate cu ajutorul codurilor de bare, eticheta asigurând un mijloc de legătură între imprimare şi citire în vederea transferării informaţiei în baza de date. Suportul poate fi: hârtie, poliester, polipropilenă (produs plastic, rezistent la temperaturi înalte şi la coroziune), etc.

Metoda de imprimare este foarte importantă pentru menţinerea caracteristicilor codului şi, respectiv nealterarea informaţiei, în condiţiile diferite de mediu în care sunt transportate sau depozitate produsele. Imprimarea codurilor de bare se face fie pe etichete, fie direct pe produs.

Simbologia trebuie aleasă în funcţie de aplicaţia pentru care se foloseşte codul de bare, spaţiul disponibil pentru aplicarea codului şi nu în ultimul rând de costurile pe care le presupune funcţionarea sistemului de cod de bare.

Tipărirea, componenta esenţială a procesului de scriere, este realizată cu ajutorul echipamentului de scriere,  respectiv imprimanta. Rolul imprimantei este de a tipări, cu ajutorul unei metode, codul de bare pe suportul ales, în vederea gestionării rapide şi corecte a informaţiilor.

Echipamentele de scriere folosite pentru tipărirea codurilor sunt în general imprimantele de coduri de bare. Stabilirea echipamentului necesar se face în funcţie de aplicaţia căreia îi este destinat. Pe lângă partea de echipament, pentru tipărire este necesar şi un software specializat în editarea simbologiei alese. Echipamentele de scriere sunt furnizate de obicei împreună cu acest software, dar există şi sisteme pentru care software-ul este disponibil separat.

Page 215: ECHIPAMENTE PERIFERICE

1.Condiţii tehnice necesare imprimări

Pentru a se asigura citirea corectă şi completă a informaţiilor din codurile de bare, prin intermediul echipamentelor de citire, trebuie respectate anumite condiţii tehnice necesare imprimării, şi anume: geometria simbolurilor, contrastul de tipărire şi tipul materialului pe care se tipăreşte.

Fiecare tip de cod de bare are caracteristici geometrice specifice, încadrându-se în anumite standarde. Pentru evitarea erorilor generate la citirea codurilor este admisă o anumită toleranţă maximă de tipărire, specifică fiecărei simbologii.

În ceea ce priveşte domeniul spectral, înca de la tipărire, trebuie avut în vedere contrastul de tipărire în funcţie de caracteristicile echipamentului ce va fi utilizat pentru citire. Astfel, unele echipamente utilizează o sursă de lumină cu limite între 630 – 680 nanometri (spectru vizibil). Pentru aplicaţiile industriale sunt folosite cititoare de coduri care folosesc sursă de lumină mai mare de 900 nanometri. Pentru calcularea contrastului de tipărire se foloseşte o formulă de calcul matematic bazat pe coeficientul maxim de reflexie atât al spatiului, cât şi al barei:

K  = contrastul de tipărire R1 = coeficientul de refexie al spaţiului R2 = coeficientul de refexie al barei

Codurile de bare pot fi printate în aproape orice culoare, dar sunt recomandate:

Page 216: ECHIPAMENTE PERIFERICE

pentru spaţii: alb, galben, roşu, portocaliu; pentru bare: negru, albastru, verde, maro.

Pentru a fi evitate dificultaţile ce pot apărea la citire, nu sunt recomandate combinaţiile de culori apropiate, care generează un contrast slab: galben/alb, roşu/alb, maro/alb, negru/verde, negru/albastru, negru/maro, negru/violet, roşu/verde, roşu/maro, roşu/galben, roşu/albastru. 

Aşa cum am mai menţionat, codul de bare poate fi tipărit pe etichetă sau direct pe produs. Dacă suprafaţa pe care se aplică eticheta este curbă, sectorul de cerc pe care urmeză să fie aplicată trebuie să fie de maxim 30o. De asemenea, la tipărire trebuie avute în vedere şi condiţiile în care vor fi transportate şi depozitate produsele, pentru ca în contact cu mediul exterior să nu se deterioreze codul. Astfel, tipărirea directă este utilizată pentru etichetele rezistente la medii abrazive şi substanţe chimice şi tipărirea prin transfer termic pentru etichetele rezistente la condiţii grele de mediu.

2. Tehnologii de printare

Codurile de bare pot fi printate, în principiu, cu orice tip de imprimantă, luându-se în considerare specificaţiile industriale şi caracteristicile tehnice ale citirorului de coduri. În general, cititorul de coduri trebuie sa fie capabil să deosebească clar spaţiile de bare. Teoretic, aceasta deosebire poate fi realizată indiferent dacă printarea se face cu o imprimantă matriceală sau cu o imprimantă laser, dar anumite imprimante nu sunt capabile să redea codul la rezoluţia cerută de cititoare. De accea, este recomandat să se folosească imprimante specializate în coduri de bare care au abilitatea de a tipări text şi grafică de înaltă calitate la viteze mari.

Există două tehnologii principale de printare utilizate: tehnologia termică directă (DT) şi tehnologia cu transfer termic (TT).

Tehnologia de imprimare termica directa Mod de functionare

Etichete termice sunt confectionate din hartie tratata chimic sau din materiale sintetice ce se innegresc atunci cand sunt incalzite.  Un tambur trage etichetele si le preseaza pe capul de scriere ce contine mini elemente de incalzire dispuse in linie.  Procesorul integrat in imprimanta activeaza si dezactiveaza elementele pentru a forma imaginea pe eticheta.  In functie de rezolutia imprimantei, intr-un inci pot fi de la 150 la 600 de elemente.

Avantaje & dezavantajeProcesul de imprimare este simplu, asa ca imprimanta poate fi compacta, destul de ieftina si usor de alimentat cu etichete.  Un dezavantaj ar fi ca etichetele termice au tendinta de a se pali in timp (intre 6 luni si un an), acest proces putand fi accelerat de  caldura, umiditate si expunerea la lumina solara.  Suprafata majoritatii etichetelor termice este usor abraziva, acest lucru scurtand durata de viata a capetelor de scriere spre deosebire de etichetele cu transfer termic (veline).

AplicatiiAceasta metoda este excelenta pentru etichetarea in puncte de vanzare (point of sale) sau in transport, adica acolo unde etichetele sunt cerute in cantitati aleatoare la intervale neregulate si au o durata de viata limitata.

Tehnologia imprimarii cu transfer termic:   Mod de functionare

Imprimarea prin transfer termic se realizeaza de catre o imprimanta termica; capul de imprimare al acesteia format din 200 pana la 600 rezistente termice filiforme per inch

Page 217: ECHIPAMENTE PERIFERICE

linear degaja caldura. Acestea sunt acoperite de catre un "invelis" sau strat protector ce le protejeaza de la deteriorare atunci cand ribbonul termic intra in contact cu acestea.

Rezistentele termice ale capului de imprimare preseaza direct interiorul ribonului termic .Iar aceasta parte a ribonului unde se regaseste cerneala vine in contact cu consumabilele sau repectivele etichete ce se doresc imprimate. Atat ribbonul cat si consumabilele (banda ribbonului fiind asezata "sandwich" peste consumabile) sunt trase de catre un ax cu invelis de cauciuc pe sub capul de printare cu o viteza corelata cu timpul de incalzire al acestuia. Caldura degajata de rezistentele termice incalzeste cerneala la o temperatura superioara celei de topire. In acest moment cerneala de pe ribbon se imprima pe consumabile. Impreuna, atat ribonul cat si consumabilele, sunt trecute in continuare pe sub capul de imprimare pana in momentul in care se produce desprinderea ribonului de etichete. Aceasta are loc cand imaginea sau textul respectiv este pe deplin imprimat.

Avantaje & dezavantajeRezulta o imprimare durabila si de o calitate foarte buna, poate fi utilizata pentru o multitudine de materiale din care sunt facute etichetele (hartie si sintetica).  Imprimantele sunt fiabile si ofera o viteza de imprimare buna, unele modele ajug pana la 30mm/s.  Pretul imprimantelor creste odata cu viteza, rezolutia si latimea maxima de imprimare.  Codtul de imprimare cu o singura culoare (de obicei negru) este mic, dar daca se imprima multi-color pretul imprimantei si al consumabilelor creste foarte mult.

Aplicatii Excelent pentru etichetarea de produse.  Posibilitatea de a imprima materiale sintetice

face posibila realizarea re etichete rezistente la conditii deosebite de mediu.

3. Caracteristicile echipamentelor de printare Rezoluţia.

Calitate tipăririi este dată de rezoluţie care reprezintă o măsură a apropierii cu carecapul de imprimare este capabil să tipărească două puncte alăturate. Unitatea de măsură a rezoluţiei este DPI-ul (Dots Per Inch), care reprezintă numărul de puncte pe inch pe care le poate tipări o imprimantă. Cu cât numărul de puncte este mai mare cu atât imaginea

Page 218: ECHIPAMENTE PERIFERICE

tipărită este mai clară. O imprimantă poate tipări având una din următoarele rezoluţii: 101dpi, 152 dpi, 203 dpi, 300 dpi, 406 dpi, 600 dpi. Unitatea de măsură a unui cod de bare este mil-ul care reprezintă a o mia parte dintr-un inch. În funcţie de dimensiunile în mili a simbologiilor care trebuiesc tipărite se alege imprimanta care oferă rezoluţia optimă.

Memoria.Înainte de a tipări o etichetă este necesar ca imprimanta să stocheze în memoria safie o porţiune, fie întrega imagine a codului de bare. Există mai multe tipuri de memorie care au roluri diferite:

o memoriile SRAM/DRAM sunt cele care permit imprimantei să tipărească o etichetă de lungime mai mare, precum şi să stocheze o imagine mai mare a codului. Datele stocate în aceste tipuri de memorii se pierd atunci când se închide imprimanta;

o memoria Flash  este cea care permite stocarea permanentă a imaginii codului, iar în cazul în care se doreşte tipărirea sa de mai multe ori se preia direct din memorie, astfel mărindu-se considerabil viteza de tipărire a etiche

Interfaţa. Imprimanta se conectează la calculator printr-o interfaţă, această noţiune incluzând atât conectorul imprimantei şi al calculatorului, cât şi cablul care leagă cele două conectoare. În general, imprimantele de coduri de bare folosesc următoarele tipuri de interfeţe:

o Interfaţa serialăViteza maximă a majorităţii legăturilor seriale este de 19200 biţi/secundă, dar există sisteme care pot lucra la viteze mai mari. Rata de transfer este adecvată pentru tipărirea de text, dar în cazul graficii aceasta nu permite imprimantei să lucreze la viteză maximă.

o Interfaţa paralelăLegăturile care utilizează comunicaţia paralelă sunt mult mai rapide decât cele seriale. Majoritatea imprimantelor au o interfaţă paralelă Centronics care foloseşte o conexiune paralelă unidirecţională. Comunicaţiile de tip paralel sunt eficiente doar pentru cabluri de câţiva metri lungime.

o Interfaţa USB (Universal Serial Bus)Această interfaţă este o interfaţă rapidă ce permite conectarea până la 127 de dispozitive la un singur calculator. Comunicaţia de tip USB poate fi utilizată pe distanţe mari.

o Interfaţa de reţeaÎn reţelele cu arie locală LAN (Local Area Networks) există posibilitatea folosirii în comun a imprimantelor. Conectarea directă a imprimantei la LAN se realizează cu ajutorul interfeţelor Ethernet care permit viteze de transfer cu valori de 10 Mbps şi 100 Mbps.

4. Tipuri de imprimante

Există o mulţime de producători de imprimante specializate în codurile de bare dintre care amintim: Cognitive, Datamax, Eltron, Intermec, Zebra. Faţă de cele uzuale, aceste imprimante se remarcă prin rapiditatea şi acurateţea în tipărire.

Page 219: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Exemple de imprimante: 

Intermec EasyCoder F4

Imprimanta EasyCoder F4 este unul dintre cei mai noi membri ai seriei F de la Intermec. Concepută special pentru lucrul în medii industriale, imprimanta are o carcasă de magneziu, uşoară şi totodată extrem de rezistentă.

EasyCoder F4 este o imprimantă termică directă sau cu transfer termic extrem de flexibilă în configurare. Poate fi echipată cu role de alimentare cu etichete de diverse mărimi, cu derulator intern, cu un dispozitiv care permite dezlipirea automată a etichetei de pe suport si multe altele. Imprimanta are un procesor RISC pe 32 de biti, 2MB Flash, 4MB DRAM şi tipăreşte cu o viteză de 200 mm/secundă la o calitate excepţională, datorată rezoluţiei de 203 dpi. Se pot tipări 35 de simbologii atât 1D, cât şi 2D.

Imprimanta prezintă o serie de caracteristici noi, toate proiectate cu gândul la uşurinţa în operare. Aceasta beneficiază de un dispozitiv magnetic de prindere a capului de imprimare, înlocuirea capului de imprimare se realizează uşor, fără a fi nevoie de un tehnician specializat, prin intermediul unui dispozitiv magnetic de prindere.

Posibilităţile multiple de conectare ale echipamentului reprezintă principalul avantaj competitiv. Imprimanta poate fi conectată la un PC sau la reţea cu ajutorul interfeţelor Ethernet, USB, Centronics Parallel şi altele. Imprimanta poate fi echipată cu placă de reţea EasyLAN, rezultând o conectare simplă la reţeaua locală.

Datamax W-6308

Page 220: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Imprimanta termică directă sau cu transfer termic W-6308 face parte din seria W a firmei Datamax. Este concepută special pentru tipărirea etichetelor de dimensiuni mari. Seria W este construită pentru a fi folosită în cele mai grele medii industriale cu o carcasă în totalitate din metal şi este proiectată pentru a proteja valoarea tehnologică a investiţiei. Toate imprimantele din seria W sunt echipate cu afişaj LCD cu contrast ajustabil, acesta permiţând operatorilor selectarea atât a mediului, vitezei şi temperaturii, cât şi a  opţiunilor referitoare la conectarea în reţea. Imprimanta este echipată cu un procesor multi-tasking pe 32 de biţi, 90-MHz şi o memorie standard de 16 MB SDRAM/2MB Flash care sporeşte viteza de tipărire. Astfel se poate tipări la viteza de 8ips cu o rezoluţie de 300dpi. Această imprimantă este proiectată să tipărească diverse tipuri de coduri de bare, de exemplu: Code 3/9, UPC-A, UPC-E, familia 2/5, codul 128, EAN-8, EAN-13, Codabar, Codul 93, Postnet, PDF417, Datamatrix etc.

Echipamente de citire

Etapa de citire presupune captarea informaţiei încorporată codului de bare, prin intermediul unui dispozitiv de citire, înregistrarea şi decodarea ei, prin intermediul unui calculator, în vederea tranferării ei în baza de date. Pentru citire, împreună cu echipamentele de citire este furnizat şi un software specializat în vizualizarea şi decodarea codului de bare ales. In urma decodării, prin intermediul unei aplicaţii ce rulează pe calculator, datele sunt stocate în calculator. Apoi, codului de bare i se atribuie o caracteristică, cum ar fi preţul. Dacă este necesar, datele se pot obţine şi pe hartie, prin tipărire la imprimantă. Unele cititoare îndeplinesc şi functia de decodor, dar altele apelează la un dispozitiv extern.

1. Condiţii tehnice necesare citirii

Etapa de citire se bazează în principal pe procesul de scanare, urmat de procesul de decodificare a informaţiei transmisă de codul de bare, in vederea transferării ei într-o bază de date.

Echipamentul de citire vede informaţia stocată în codul de bare ca pe o reflexie a luminii emise. Imaginea codului de bare luminat este recepţionata de scaner, deoarece spaţiile dintre barele codului reflectă mai multă lumină decât barele, care sunt închise la culoare. Din punct de vedere tehnic, dispozitivul are încorporat un senzor de citire care detectează lumina reflectată de codul de bare şi converteşte energia luminoasă în energie electrică. Rezultatul este un semnal electric care este transmis către decodor. Funcţia decodorului este să realizeze automat diferenţierea între tipurile de simbologii cunoscute, convertească acest semnal digital într-un şir de caractere în format ASCII (American Standard Code for Information Interchange), pe care să-l trimită apoi calculatorului.

2. Tehnologii de citire

Tehnologiile de citire sunt diversificate, bazate în principal pe două metode de citire, şi anume: metoda de citire manuală şi metoda de citire automată.

Metoda de citire manuală se realizează prin intermediul a două tipuri de echipamente de citire:

cu obiect ghidat (cititor de cartele), la care elementul aflat în mişcare este codul de bare imprimat de obicei pe o cartelă;

cu sistem de citire ghidat (creion optic sau scaner fix), la care elementul aflat în mişcare este cititorul, codul de bare rămânând fix.

Page 221: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Dispozitivele de acest tip folosesc, pentru citirea codului de bare, fotodiodele. Deoarece fotodioda este un traductor punctual, pentru interpretarea unui cod spaţial este necesară introducerea unei mişcări relativ uniforme între traductor şi codul de bare.

Metoda de citire automată se realizează prin intermediul a două tipuri de echipamente de citire:

orientate pe obiect (scaner laser, scaner CCD, camera liniara CCD)  ; neorientate pe obiect (camera video CCD, scaner omnidirecţional).

a) Cititorul de cartele

Cititoarele de cartele sunt dispozitive care arată la fel ca şi cititoarele de benzi magnetice cu excepţia faptului că codurile de bare sunt printate pe banda magnetică. De obicei, ele sunt conectate la calculator printr-un cablu USB. Codul de bare este citit folosind undele infraroşii şi apoi ele sunt decodate şi trimise către un calculator. Acest dispozitiv este în mod comun folosit pentru cărţile de identitate, ceasuri de timp şi alte aplicaţii de verificare intrare/ieşire. Cititoarele de coduri sunt printate pe hârtie, carduri sau plastic. Pot fi programate pentru a diviza, rearanja, edita, şi valida câmpuri de date scanate. De asemenea, ele permit maxim 16 caractere imprimabile.

b) Creionul optic

Acest dispozitiv este cel mai simplu şi cel mai puţin costisitor echipament de citire. Chiar dacă este fiabil şi nu conţine componente mobile, totuşi faptul că citirea se realizează prin contactul direct cu eticheta constituie un dezavantaj major. Dacă este necesară citirea codului de bare de mai multe ori, acesta se poate murdări sau deteriora, devenind în timp imposibil de citit. Un alt aspect important îl constituie faptul că dispozitivul, fiind acţionat manual, trebuie orientat într-un anumit unghi şi deplasat cu viteză constantă pentru a funcţiona corect.

Majoritatea creioanelor optice utilizează ca sursă de lumină LED-urile. Acestea emit lumină pe o lungime de undă situată între 630 – 720 nm (spectrul vizibil) sau între 720 – 900 nm (spectrul infraroşu). Creioanele optice care utilizează LED-uri ce produc lumină vizibilă citesc coduri de bare imprimate atât pe cerneală pe bază de carbon, pe cerneală cât şi pe bază de apă. Creioanele care folosesc LED-uri ce produc lumină cu lungimea de undă mai mare de 820 nm (infraroşu), sunt folosite numai pentru a citi coduri de bare tipărite pe bază de carbon. Specificaţiile creioanelor optice dau, în general, informaţii despre lungimea de undă utilizată şi

Page 222: ECHIPAMENTE PERIFERICE

adesea lungimea de undă poate fi precedată de litera B (ex. B663 înseamnă că lungimea de undă a luminii este de 633 nm).

 c) Sistemele CCD (Charge Couple Device)

Sistemele bazate pe acest tip de circuite folosesc o mică cameră video pentru a converti imaginea optică a codului de bare într-un semnal video ce urmează a fi decodat. Acestea au capacitatea de a citi rapid şi eficient codurile de bare, însă au următoarea limitare: citirea se realizează de la o distanţă foarte mică faţă de etichetă şi numai pentru suprafeţe mai mici sau egale cu dimensiunile capului de citire a dispozitivului. Totuşi, datorită faptului că sunt foarte uşor de utilizat, sistemele CCD au aplicaţii comerciale multiple, fiind ideale pentru citirea în medii exterioare.

d) Scanerul laser

Acest dispozitiv este probabil cel mai popular cititor de coduri de bare. Scanerul laser poate fi folosit de la distanţă mai mare decât celelalte echipamente de acest gen, de la 6 inch până la 96 inch. Există şi scanere laser prevăzute cu raza lungă de acţiune, care au posibilitatea de a citi informaţia furnizată de cod de la o distanţă de 360 inch. Costul dispozitivului diferă în funcţie de varietatea de modele şi de calitaţile tehnice ale acestora.

e) Scanerul omnidirecţional    

Scanerul omnidirecţional este dispozitiv cu o flexibilitate ridicată datorită faptului că foloseşte mai multe linii de scanare. Sursa de lumină este dată de o diodă laser în spectrul vizibil. Raza laser este reflectată de un disc aflat în mişcare de rotaţie (disc holografic - HoloDisc), pe a cărui suprafaţă se află un număr de faţete cu rol de oglinzi. Acestea au diferite unghiuri, ceea ce duce la reflectarea razei laser. Pe măsură ce discul se roteşte, fasciculele laser reflectate de oglinzi sunt împrăştiate pe un arc. Numărul de linii de scanare este determinat de numărul de faţete, de obicei patru. Fasciculele sunt apoi redirecţionate de nişte oglinzi fixe, astfel creându-se câmpurile de scanare. Numărul total de linii de scanare se obţine multiplicând numărul de faţete cu cel de câmpuri.

Page 223: ECHIPAMENTE PERIFERICE

 La rândul lui, şi unghiul câmpurilor este modificabil, ceea ce conduce în final la obţinerea reţelei de linii care asigură citirea codului de bare indiferent de orientarea sa. Avantajele acestei metode de scanare sunt că se pot achiziţiona volume mari de date, nu este necesară orientarea manuală sau automată a codului de bare spre scaner şi se citesc şi coduri cu o tipăritură de slabă calitate.

3. Tipuri de cititoare de coduri de bare ScanPlus 1802 & MicroBar 9735

Cititorul de coduri de bare ScanPlus 1802 este un produs performant al firmei Intermec care introduce tehnologia RF (radio frecvenţă) în aplicaţiile din comerţul en-detail, industria uşoară, sănătate, etc.

Performanţele ScanPlus 1802 sunt excepţionale. O rază de acoperire RF de cca 15m şi o autonomie în funcţionare de 7.000 scanări. Permite 36 de scanări pe secundă de la o distanţă de maxim 50 cm şi are o rezoluţie optică de 0,125 mm, lucrând astfel impecabil cu etichete cu un contrast de minim 25%.

ScanPlus 1802 funcţionează cu cea mai nouă tehnologie de scanare şi decodare rapidă, el putând fi livrat cu motor de scanare CCD sau laser. Scanerul este echipat cu un sistem universal de interfaţare denumit  MicroBar 9735. Comunicaţia bidirecţională RF în bandă îngustă (433MHz şi 908MHz) este foarte eficientă şi asigură transmisia datelor în timp real. Staţia bază MicroBar 9735 poate interfaţa cu mai multe scanere lucrând cu maxim 4 dispozitive de intrare a datelor, astfel oferindu-se o soluţie eficientă la costuri reduse.

Familia ScanPlus 1800 se remarcă printr-o serie de calităţi importante, dintre care amintim:

o acurateţe deosebită şi o bună corecţie de erori; o viteză ridicată de citire şi decodare, chiar şi pentru coduri deteriorate parţial; o compatibilitate cu diverse simbologi 1D/2D dintre care: EAN, UPC-A, UPC-E,

Code 3/9, Code 128, Code 93, PDF417 etc. MaxiScan 2210

Page 224: ECHIPAMENTE PERIFERICE

MaxiScan 2210 este soluţia firmei Intermec pentru aplicaţiile de scanare omnidirecţională. Datorită dimensiunilor sale reduse şi performanţelor de scanare rapidă, MaxiScan 2210 poate fi conectat la orice staţie POS (Point of Sale).

Deşi scanerul este mic (7,7 x 11,5 x 6,5cm), el are un ecran de scanare cu 20 linii şi asigură citirea codurilor de bare de la o distanţă de 20 cm, pe o suprafaţă de 20 cm2.Scanerul are şi un suport de instalare pentru montare pe suprafeţe orizontale şi verticale. Mai mult, pentru că este mic, MaxiScan 2210 poate fi fixat pe marginea staţiei POS, iar direcţia de scanare se poate regla pentru a evita scanări nedorite. De asemenea, pentru a asigura un aspect plăcut în spaţiul de lucru, scanerul este livrat cu feţe color. Ecranul de scanare se poate înlocui cu unul de rezervă, dacă se zgârie. Scanerul funcţionează în modul "2 steps", adică detectează şi porneşte scanarea doar în prezenţa unui cod de bare.

Sistemul de interfaţare permite scanerului să fie conectat la o varietate largă de tipuri de calculatoare, case de marcat şi terminale prin simpla înlocuire a cablului şi/sau a setărilor din program.

Asemenea tuturor scanerelor Intermec şi MaxiScan 2210 este livrat cu programul de setare Easyset™ pentru configurare rapidă, on-line sau off-line.

Tipuri de interfete

Keyboard Wedge (inseriat cu tastatura)

Cititorul se conecteaza intre tastatura si calculator folosind un cablu in Y. Datele de la cititor apar in calculator in locul in care se afla prompterul de tastatura ca si cand ar fi fost introduse manual. Aceasta este un tip de interfata folosita de aplicatii independente, atata timp cat nu trebuie instalat nici un alt modul software.

Cititoarele sunt de asemenea disponibile cu posibilitatea de conectare pe portul USB. El se conecteaza direct la portul USB dar este perceput de sistem si se comporta ca si cum ar fi conectat la tastatura. Datele apar identic ca mai sus in zona activa a prompterului, ca si cum ar fi introduse manual. Avantajul conectarii pe USB este data de utilizarea unui cablu simplu si de faptul ca poate si utilizat pe mai multe tipuri de sisteme.

Seriala/USB

Datele de la cititor sunt transmise printr-un port serial la calculator. Software-ul trebuie sa aiba prevazut un modul de captare a portului serial. Deoarece datele sunt transmise pe alta cale decat cele introduse de la tastatura, aplicatia poate controla direct care date sa fie acceptate si din ce

Page 225: ECHIPAMENTE PERIFERICE

sursa; acest lucru poate fi benefic pentru sitemele de urmarire a productiei unde verificarea erorilor este vitala

Cititoare mobile cu raza mica  

Cunoscute si sub numele de cititoare RF cu raza scurta, acestea includ o baza de comunicatie RF care se conecteaza in general la calculator inseriata cu tastatura. In mod uzual cititorul sta asezat in baza de comunicatie, care are si rol de incarcator. Pentru a scana operatorul ridica cititorul si citeste codul de bare; datele achizitionate sunt transmise bazei si de acolo mai departe la calculator. In calculator datele primite de la baza sunt varsate in zona in care se afla prompterul si apar ca si cum ar fi introduse manual de la tastatura. Distanta la care se poate departa cititorul de baza fara a pierde semnalul variaza de la model la model si in general se incadreaza intre 300 si 1500m. Acest tip de cititoare sunt excelente pentru utilizarea pe o zona determinata in jurul calculatorului, acolo unde un cablu ar face operatiunea greoaie sau chiar imposibila. Functionarea pe o raza mai mare nu ar fi indicata deoarece operatorul pierde controlul asupra calculatorului, practic fiind imposibila avertizarea intr-un fel sau altul a operatorului de la calculator.

Terminale portabile 

Acest tip de cititor are, in majoritatea cazurilor, tastatura si ecran si poate fi programat sa indrume operatorul prin numeroase meniuri si sa il ajute la introducerea informatiilor. Unele modele nu sunt dotate cu tastatura, ecran si nu sunt programabile, deoarece s-a dorit obtinerea unor cititoare de foarte mici dimensiuni (un asemenea cititor este de fapt un stilou cu varf bombat cu un scaner in forma de bagheta incorporat in varf). Datele sunt stocate in memoria cititorului; cititorul poate fi conectat la un server printr-o baza de comunicatie sau prin cablu de date, astfel realizandu-se transferul datelor catre server. In general, datele sunt transferate intr-un fisier text, despartite prin virgula, pentru a putea fi usor importate in bazele de date.

Terminale portabile RF

Acest tip de cititor solicita o existenta unei retele de tip telefonie mobila. Un server central are atasat unul sau mai multe noduri de RF (transcievers); numarul de noduri cerute depinde de

Page 226: ECHIPAMENTE PERIFERICE

dimensiunea spatiului ce se doreste a fi acoperit si de proprietatile cldirii care pot influenta transmisia RF. Unul sau mai multe terminale portabile RF comunica cu serverul in mod continuu. In general acest tip de terminale au tastatura si display pentru a permite operatorului sa obtina si sa transmita de la si catre computer date sub o forma cat mai facila. Pe aceste echipamente se pot instala aplicatii dedicate sau poate fi optata pentru varianta ca fiecare terminal in parte sa se comporte ca un workstation emuland astfel parti din aplicatia existenta pe calculator

3. Consideraţii finale

Codarea cu bare este o industrie care se dezvoltă rapid  revoluţionând modul în care oamenii colectează, stochează şi recuperează informaţiile. Codurile de bare au devenit vitale în numeroase aplicaţii practice de zi cu zi, care impun identificarea exactă a unor produse finite.

 Codificarea cu bare sunt adesea utilizată pentru evidenţa produselor în magazinele de aprovizionare, pentru inventarierea articolelor în magazinele de îmbrăcăminte, pentru verificarea cărţilor dintr-o bibliotecă, pentru serviciile poştale, pentru identificarea pacienţilor unui spital, etc. Indiferent de mediul în care sunt folosite, codurile de bare sunt o parte integrală din procesul de colectare a informaţiei.

Echipamentele folosite pentru scrierea şi citirea codurilor de bare sunt din ce în ce mai sofisticate, tehnologia în domeniu fiind în  continuă dezvoltare şi perfecţionare.

În condiţiile în care cercetarea, dezvoltarea, tehnologizarea şi perfecţionarea în domeniul codurilor de bare a căpătat o mare amploare în ultimii ani, lucrarea de faţă nu şi-a propus să epuizeze subiectul abordat, ci doar să traseze noţiunile generale privind codurile de bare şi sistemele din care fac parte, să evidenţieze caracteristicile generale ale echipamentelor de scriere şi citire a codurilor de bare, modul în care acestea funcţionează, tipurile cele mai utilizate şi nu în ultimul rând aplicaţiile acestora.

Descriere aplicatie Bartest

Page 227: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Laboratorul 4 Echipamente pentru coduri de bare

Coduri de bare

1. Obiectivul lucrării

Scopul acestei lucrări este familiarizarea cu noţiunile legate de codurile de bare, o metodă modernă şi foarte eficientă de menţinere a stocurilor informatizate pentru întreprinderi sau magazine. În cadrul acestei lucrări se vor putea studia principiile de traducere a informaţiilor în coduri de bare, diferite metode de citire şi de imprimare a codurilor de bare, precum şi modalităţile de a crea programe pentru imprimarea codurilor de bare.

2. Introducere teoretică

Tehnologia codurilor de bare reprezintă cea mai larg utilizată metodă în industria identificării automate datorită multiplelor sale avantaje:

viteză de citire ridicată: 200 scanări/secundă; fiabilitate ridicată: o eroare la 3 milioane de caractere; se poate aplica practic pe orice suport, folosindu-se etichete autoadezive din diferite

materiale (plastic, aluminiu etc.).

Pentru a concepe şi a pune în aplicare un sistem de cod de bare, este indispensabil să se înţeleagă bine elementele majore dintr-un sistem de coduri de bare: simbolica, suportul, imprimanta, operatorul, dispozitivul de lectura şi decodorul.

La codurile de bare, datele sunt stocate sub forma unor serii de bare şi de intervale (spaţii) imprimate pe un suport. Configuraţia de bare/intervale necesară pentru reprezentarea unui caracter particular depinde de simbolica codului. Deci, pentru alegerea unei simbolistici, trebuie avute în vedere formatul datelor (numeric sau alfanumeric), numărul caracterelor pe mesaj, spaţiul disponibil pentru simboluri şi normele existente în industrie.

Suportul şi imprimanta constituie, împreună, modul de generare a simbolurilor. Suportul folosit este de obicei o etichetă, o scrisoare sau un document. Imprimarea simbolurilor se poate face în timp real, la cerere sau pe un lot, printr-un procedeu de pre-imprimare.

Datele sunt recuperate din simboluri prin intermediul unui lector optic care produce un semnal logic corespunzător diferenţei de reflectivitate dintre barele imprimate şi suport (intervalele). Datele stocate în serie în simbol sunt recuperate prin baleierea barelor şi a intervalelor printr-o mişcare regulată şi continuă. Această mişcare poate fi făcută de un operator care deplasează un lector, printr-o oglindă turnantă care deplasează un fascicol luminos, sau de către un operator sau o bandă care deplasează simbolul prin dreptul unui fascicol luminos fix.

Semnalul logic furnizat de dispozitivul de lectură este tradus de un decodor care transformă fluxul de impulsuri seriale în date lizibile de către calculator. Lectorul de coduri de bare în care se află decodorul trebuie să interpreteze în manieră precisă simbolurile codului de bare, să dea informaţii operatorului şi să transmită datele la calculator. Programul de decodare trebuie să fie conceput pentru a fi tolerant faţă de erorile provocate de imprimantă, de lector sau de operator, dar fără a fi în acest fel mai puţin precis. O puternică toleranţă la erori permite decodorului să citească o gamă largă de simboluri imprimate şi oferă în practică o interfaţă mai agreabilă pentru

 

Page 228: ECHIPAMENTE PERIFERICE

operator.

Procesul folosit pentru convertirea unui mesaj informatic în simboluri de cod de bare este un proces simplu în patru etape:

stabilirea tipului de date care urmează a fi reprezentate şi a numărului de caractere al mesajului;

traducerea informaţiei în secvenţă binară. (numărul şi valoarea biţilor sunt determinate de simbolistica aleasă);

crearea configuraţiei de bare/intervale care reprezintă cuvântul binar definit în etapa a doua;

alăturarea diferitelor caractere codate pentru a constitui un simbol care reprezintă mesajul complet.     

Combinaţia bare înguste/bare late şi intervale înguste/intervale late defineşte unic un caracter, care poate fi literă, cifră, sau simbol.

Fiecare standard de cod de bare defineşte cu precizie combinaţia de astfel de structuri pentru fiecare simbol. Ea oferă cheia pentru codificare şi decodificare. În acest fel, fiecare ansamblu de caractere devine un cod.

Parametrii unui specificator în cod de bare sunt:

modulul – lăţimea cea mai mică a unui interval sau a unei bare, cel mai mic increment. elementul – un interval sau o bară, măsurat în număr de module. caracterul – mai multe elemente structurate conform standardului de cod de bare.

Poate servi la reprezentarea unui simbol, a unei cifre sau a unei litere. Totodată, poate fi folosit la organizarea codului (început, sfârşit, control).

o caracterul de start, care precede primul caracter al mesajului, este o configuraţie specială de bare şi intervale utilizată pentru identificarea începutului mesajului. Decodorul trebuie să citească acest caracter înainte de preluarea celorlalte informaţii.

o caracterul de stop marchează sfârşitul mesajului. Citirea acestuia asigură decodorul că informaţia a fost citită corect şi determină calculul sumei de control (dacă este cazul).

o caracterul de control apare în majoritatea standardelor cu titlu opţional, înaintea caracterului de stop. Acesta este rezultatul unei operaţii aritmetice efectuate asupra simbolului. La decodare, această valoare este comparată cu rezultatul aceleiaşi operaţii.

o caracterele semnificative sunt alcătuite dintr-un număr constant de elemente comune (la codul 2/5 într-un caracter există două bare late din cele cinci care formează caracteru

raţia – raportul dintre elementele late şi cele înguste (uzual 3/1). densitatea – numărul de caractere înscrise pe o lungime liniară dată. Obţinerea unei

densităţi mai mari sau mai mici se face prin dilatarea sau contractarea unei densităţi medii. Folosirea unei densităţi mari reduce dimensiunile codului, dar face mai dificilă citirea. Densităţile mici implică un cod mai lung, dar citirea este mai fiabilă (apare un număr mai mic de respingeri, mai ales în cazul cititoarelor de la distanţă).

continuu/discontinuu o continuu – fiecare caracter se alătură veciniilor săi. Se începe printr-o bară, se

sfârşeşte cu un interval. Două mărci încadrează mesajul specificat: una de început, alta de sfârşit.

o discontinuu – fiecare caracter începe printr-o bară şi sfârşeşte printr-o bară, iar

Page 229: ECHIPAMENTE PERIFERICE

între două caractere există un interval de dimensiune fixă sau variabilă. marginile – se află de o parte şi de alta a codului, deci înainte de începerea citirii şi

după terminarea ei. Nu este permisă tipărirea în aceste zone. jocul de caractere – lista completă a caracterelor unui cod cu valorile lor binare.

Asigură legătura între prelucrarea informaţiei şi citirea automată. Elementele late au valoarea 1, cele înguste 0.

3. Desfăşurarea lucrării

1. Se rulează programul bartest. Se introduce în căsuţa Data şirul de caractere care se doreşte a fi codat (de exemplu, 123456).

2. În căsuţa Text se introduce un text oarecare care se doreşte a fi afişat alături de codul de bare.

3. Din meniul Style se selectează codul folosit pentru afişare. Se observă şi se notează diferenţele dintre diferitele coduri.

4. Se introduce în căsuţa Data şirul Abzz7835. Se procedează similar situaţiei anterioare, observând şi notând diferenţele de la cod la cod.

5. Pentru fiecare cod studiat se vizualizează şi se notează rezultatul cu şi fără caracter de control, cu şi fără bare laterale, cu şi fără bare orizontale, cu şi fără spaţiator, respectiv, cu şi fără afişarea datei.

6. Opţional, se poate schimba culoarea barelor şi cea a fondului. Se poate schimba şi fontul cu care se face afişarea textului. Se va observa care sunt cele mai bune combinaţii de culori din punctul de vedere al contrastului obţinut.

7. Se parcurge prezentarea interactivă de tip html a codurilor de bare, realizată sub forma unei pagini web off-line.

4. Întrebări

1. Ce se întâmplă când se selectează un cod numeric şi se cere afişarea unei informaţii alfanumerice?

2. Care este diferenţa între afişările cu şi fără spaţiator? Dar cu şi fără caracter de control? 3. Care este diferenţa între modul de afişare de la codul 2/5 normal şi cel de la codul 2/5

matriceal? Dar faţă de codul 2/5 întreţesut? 4. Care sunt avantajele şi dezavantajele metodei de construcţie a codului care foloseşte o

librărie dinamică? 5. Care sunt particularităţile codului 3/9? 6. Cum se pot defini şi care sunt aplicaţiile codurilor poştal şi UPCA? 7. Care credeţi că este codul de bare cel mai potrivit pentru evidenţa cărţilor dintr-o

bibliotecă?

8. Daţi exemple de domenii în care aplicarea codurilor de bare reprezintă o necesitate.

Laboratorul 5Echipamente de afisare

Page 230: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Echipamente si tehnologii moderne de afisare

1. Introducere

Odata cu evolutia tehnologica, sistemele de calcul au devenit foarte raspandite si puternice. Ele au evoluat de la simple console alfanumerice la sisteme care pot afisa orice, si cu o calitate foarte buna.

Evolutia sistemelor de afisare (a monitoarelor) a trebuit sa tina pasul cu evolutia puterii de calcul a computerelor.

Principalele directii pe care s-a mers in evolutia monitoarelor au fost:

Imbunatatirea calitatii imaginii (rezolutii din ce in ce mai mari, culori cat mai naturale etc.);

Scaderea drastica a radiatiilor emise, pentru o cat mai buna protectie a ochilor;

Reducerea consumului de energie.

2. Tehnologii de afisare

Principalele tehnologii de afisare care se regasesc pe piata sunt:

1. Monitoare cu tuburi catodice (CRT); 2. Monitoare cu cristale lichide (LCD); 3. Monitoare cu plasma.

Cele trei tehnologii amintit difera foarte mult intre ele, din toate punctele de vedere: calitate a imaginii, aplicatii, pret.

2.1. Monitoare cu tuburi catodice (CRT)

Aceste tipuri de monitoare sunt, cu siguranta, cele mai raspandite.

Principalele caracteristici care au dus la aceasta raspandire sunt:

Calitate foarte buna a culorilor, din cauza evolutiei acestui tip de monitoare pe parcursul unei perioade mari de timp (cateva decenii);

Unghi foarte bun de vizualizare (practic 180 de grade); Pret scazut din cauza tehnologiei foarte raspandite.

Aceste monitoare au totusi si unele dezavantaje, care nu sunt deloc de neglijat:

Au greutatea foarte mare si sunt foarte voluminoase, ocupand mult loc pe birou (in special pentru cele cu diagonala mare);

Consum de putere foarte mare (un monitor de 17’’ consuma in jur de 150-180W); Campul electric, cel magnetic si radiatiile emise sunt nocive omului, in special ochilor; Din cauza principiului de functionare (prin explorare) imaginea palpaie pe ecran, lucru

care este, de asemenea, nociv ochilor si provoaca stari de oboseala; Sensibilitatea mare la campuri electrice si magnetice externe;

Page 231: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Suprafata de afisare este, in general, sferica, acest lucru creand distorsiuni ale imaginii.

Monitoarele CRT sunt de doua tipuri:

A. Monitoare monocromatice; B. Monitoare color.

Chiar daca acum monitoarele monocromatice practic au disparut, prin prezentarea lor se poate evidentia mai usor modul de functionare al monitoarelor cu tuburi catodice. Detalierea este facuta pentru monitoarele color.

A. Monitoare monocromatice

Schema de principiu a acestui sistem este urmatoarea:

  

 

Elementele din schema:

1. Tun de electroni; 2. Fascicol de electroni; 3. Bobine de deflexie; 4. Strat de luminofori 5. Ecran de sticla.

Principiul de functionare

Fascicolul de electroni exploreaza ecranul de sus in jos si de la stanga la dreapta. Electronii emisi de tun sunt directionati cu ajutorul bobinelor de deflexie spre un anumit punct de pe ecran (punctul curent care trebuie explorat). Fascicolul de electroni bombardeaza stratul de luminofori, si acestia emit lumina.

Acest tip de explorare (progresiva non-interlaced) nu a fost folosit la inceput, intrucat necesita o banda prea mare. Astfel, se folosea exploarea intretesuta care permitea reducerea benzii, insa

Page 232: ECHIPAMENTE PERIFERICE

efectul de palpaire era sensibil mai mare (intrucat frecventa de repetite a imaginii pe ecran era redusa la jumatate).

B. Monitoare color

Principiul de functionare este acelasi. Redarea culorilor se face folosind sistemul tricromatic RGB (Red Green Blue). Astfel, orice culoare este obtinuta prin amestecul (ponderat) al celor trei culori primare ale sistemului. Albul si negrul se obtin la fel, albul fiind obtinut din toate cele 3 culori la maximum, iar la negrul prin lipsa tuturor. Unui punct de pe ecran ii corespund 3 luminofori, pentru fiecare culoare primara. Ei sunt suficient de apropiat plasati pentru ca ochiul sa nu ii vada separat, si sa vada “suma” celor 3 culori.

In primul rand, cele 3 fascicole trec prin mai multe lentile, cu rol de corectie si focalizare.

Corectia de astigmatism se refera la faptul ca fascicolul de electroni are tendinta de a deveni eliptic pe masura ce observatorul se departeaza de centrul ecranului. Corectia de focus se face pentru a obtine o raza de electroni cat mai subtire si precisa.

Inainte de a lovi stratul de luminoforii de pe ecran, fascicolul trece printr-o masca. Rolurile pe care le indeplineste aceasta masca sunt:

obtinerea unei raze mai subtiri care sa loveasca punctul mai precis; filtreaza posibilii electroni care ar putea lovi in alte puncte decat cel dorit; prin ghidarea independenta a celor 3 fascicole permite reglarea independenta a stralucirii

celor 3 culori.

Rezolutia si rata de reimprospatare (refresh)

Prin rezolutie se intelege numarul de puncte (pe orizontala si pe verticala) pe care le afiseaza un monitor. Standardul VGA prevede o rezolutie de 640x480. Acest standard este insa depasit, azi rezolutiile cele mai folosite fiind 800x600, 1024x768, 1280x1024 si chiar mai mult. O rezolutie mai mare implica mai multe puncte din care e formata imaginea si deci conduce la o imagine cu mai multe detalii.

Page 233: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Rata de refresh este numarul de cadre pe care le poate afisa un monitor pe secunda. O rata prea mica duce la o perceptie mai clara a palpairii, in consecinta o obosire mult mai rapida a ochilor.

Un alt factor important la un astfel de monitor il reprezinta distanta intre 2 luminofori adiacenti (aceasta distanta este cunoscuta sub numele de dot pitch). Finetea detaliilor si rezolutia sunt determinate de aceasta distanta. Majoritatea monitoarelor au cei 3 luminofori corespunzatori celor 3 culori primare grupate in triunghi, ca in figura de mai jos.

Masca atasata acestor ecrane este si ea, de asemenea, de aceasta forma. Problema este ca prezenta unei astfel de masti micsoreaza luminozitatea ecranului, ea obturand o parte mare din acesta.

O abordare diferita a acestei probleme are firma Sony, prin tuburile Trinitron. In locul formei sferice a majoritatii ecranelor, cele Trinitron sunt perfect plate, lucru ce imbunatateste foarte mult calitatea imaginii. De asemenea, in locul gruparii luminoforilor ca in figura de mai sus, cei de la Sony au ales o structrura de linii verticale, paralele.

In consecinta, in locul folosirii mastii descrise mai sus, se foloseste o masca ce separa toata linia si care poarta numele de grila de apertura. Acest lucru duce la o crestere a luminozitatii ecranului si, deci, a claritatii imaginii. De asemenea, aceasta structura duce si la o focalizare mult mai buna, intrucat se poate folosi un curent mai mic (si deci un fascicol de electroni mai subtire, mai precis).

Intrucat liniile verticale sunt foarte subtiri si apropiate, pentru a preveni efectele vibratiilor mecanice se folosesc una sau doua (la cele de 17 inch sau mai mult) linii orizontale de sustinere. Cu toate acestea, daca se loveste usor monitorul se pot observa efectele pe ecran.

Page 234: ECHIPAMENTE PERIFERICE

2.1.1. Monitoare CRT digitale

Majoritatea monitoarelor au intrare analogica (VGA). Aceasta interfata este totusi destul de “imbatrinita” si reprezinta un impediment pentru monioarele gen LCD. Acestea din urma, pentru compatibilitate, trebuie sa suporte interfata analogica, lucru ce duce la cresterea preturilor si care ingreuneaza astfel intrarea lor pe piata.

In primavara anului 1999, grupul DDWG (Digital Display Working Group) format din companii mari precum Intel, Compaq, Fujitsu, Hewlett-Packard, IBM, NEC si Silicon Image, au adoptat prima versiune a interfetei DVI (Digital Visual Interface). Aceasta se bazeaza pe tehnologia Panel Link a celor de la Silicon Image si foloseste  protocolul Transition Minimised Differential Signaling (TMDS).

Implementarea interfetei DVI pe monitoare CRT nu este, totusi, facila. Una din probleme este banda destul de mica (165 MHz), care inseamna ca la rezoltia de 1600x1200 nu se poate avea un refresh mai mare de 60 Hz. Solutia la aceasta problema este folosirea a doua legaturi TDMS. Aceasta permite un refresh de 85 Hz la rezolutii de peste 2,75 milioane de pixeli. Problemele legate de zgomot si interferente nu permit totusi performante atat de bune ca in teorie.

Parerile specialistilor sunt impartite daca aceasta interfata va avea sau nu succes cu monitoarele CRT.

Standarde de siguranta

La sfarsitul anilor ’80 au inceput sa apara griji cu privire la efectele asupra sanatatii ale monitoarelor.   Un prim standard in acest sens a fost MPR1, urmat in 1990 de MPR2 (elaborate de Swedac, autoritatea suedeza de testare). Acestea impuneau o reducere a emisiilor electrostatice.

Alte standarde au fost introduse in 1992 (TCO92), urmate de TCO95, TCO99 si TCO03. Acestea prevad, printre altele, lucruri referitoare la folosirea materialelor reciclabile si recomanda tratarea ecranelor cu invelisuri conductoare care sa reduca incarcarea electrostatica. Ele prevad, de asemenea, rate minime de refresh.

Page 235: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Concluzii

In ciuda faptului ca se bazeaza pe un principiu destul de invechit si ca au destule dezavantaje (vezi primul paragraf), acest tip de monitoare este inca cel mai raspandit. Evolutia standardelor si imbunatatirea continua a parametrilor, impreuna cu pretul redus, fac ca aceste dispozitive sa fie inca foarte bine vandute.

2.2. Monitoare cu cristale lichide (LCD)

Aceste tipuri de monitoare s-au dezvoltat odata cu calculatorele portabile. Intrucat la calculatoarele portabile nu poate fi vorba sa se foloseasca monitoare CRT (vezi dezavantajele acestora), monitoarele LCD sunt cele folosite. Ele insa incep sa patrunda din ce in ce mai mult si pe piata sistemelor desktop, acesta si datorita unei scaderi a preturilor, care le apropie cat de cat de monitoarele clasice.

Avantajele monitoarelor LCD sunt:

forma perfect plana a ecranului, care nu distorsioneaza imaginea; ecranul nu radiaza; luminozitate si contrast foarte bune; nu necesita refresh, deci imaginea nu palpaie; consum mult mai mic de putere; dimensiuni si greutate mici.

Acest tip de monitoare are insa si dezavantaje:

unghi mult mai mic de vedere al ecranului; culorile nu sunt redate la fel de bine (de natural); aparitia elementelor de imagine defecte, observandu-se puncte inchise sau luminoase; pret mai mare decat al CRT-urilor.

Principiu de functionare

Functionarea acestor monitoare se bazeaza, dupa cum le spune si numele, pe proprietatile cristalelor lichide. Aceste substante au fost descoperite in sec. XIX de botanistul austriac Friedrich Reinitzer, iar numele de cristale lichide le-a fost dat la o scurta perioada dupa aceea de fizicianul german Otto Lehmann.

Cristalele lichide sunt substante aproape transparente, care au atat din proprietatile materialelor solide cat si proprietati ale lichidelor. Astfel, lumina ce trece prin ele urmeaza alinierea moleculelor substantei (o proprietate a solidelor), iar la aplicarea unui camp electric se poate schimba alinirea acestor cristale, deci si felul in care lumina trece prin ele (acesta s-a descoperit prin anii 1960).

De la prima folosire a lor intr-un dispozitiv de afisare (1971), LCD-urile au patruns intr-o muiltitudine de domenii cum ar fi mini-televizoare, camere digitale si monitoare. Astazi, LCD-urile sunt considerate ca fiind solutia ce intr-un viitor nu prea indepartat va inlocui CRT-urile.

LCD-urile sunt de doua tipuri:

DSTN (Dual-Scan Twisted Nematic) TFT (Thin Film Transistor)

Page 236: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Spre deosebire de CRT-uri care emit lumina, LCD-urile au nevoie de o sursa de lumina (backlight). Afisarea imaginii se face prin varierea de la zona la zona a ecranului a alinierii cristalelor. Acest lucru face ca lumina sa treaca diferit, avand ca rezultat formarea imaginii. Cele 3 culori primare se obtin prin filtrare din lumina alba data de backlight.

Exemplul de functionare pentru un LCD TN:

Exista doua filtre de polarizare asezate rotit cu 90 de grade. In partea stanga a imaginii e reprezentata situatia in care nu se aplica nici o tensiune. Lumina este polarizata de primul filtru, apoi rotita cu 90 de grade de cristalele lichide. Acest lucru face ca la intalnirea celuilalt filtru lumina sa treaca. In partea dreapta e reprezentata situatia in care se aplica o tensiune. Lumina polarizata de primul filtru trece prin cristalele lichide (rearanjate de prezenta tensiunii) dar este oprita de al doilea filtru.

Astfel, se disting doua stari:

fara tensiune - lumina trece; cu tensiune aplicata - lumina nu trece.

Se poate face si invers, dar nu are sens din punct de vedere al economiei de putere.

Daca monitoarele CRT erau capabile sa functioneze in mai multe rezolutii, monitoarele LCD au o singura rezolutie (fixa), data de o celula/pixel. Rezolutiile mai mici se afiseaza folosind doar o portiune din ecran (de ex., pentru ca un monitor LCD 1024x768 sa afiseseza 640x480, el foloseste doar 66% din ecran). Totusi, ulte monitoare sunt capabile sa faca o rescalare a noii imagini si sa o afiseze pe intreg ecranul. Acest lucru se preteaza bine la imagini continue (poze) si nu la texte. Pentru o afisare corecta a acestora trebuie folosita anti-alierea (anti-aliasing), si anume sa se umple imaginea cu anumiti pixeli ajutatori. Totusi, nu toate LCD-urile sunt capabile de acest lucru.

Page 237: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Inca o deosebire fata de monitoarele CRT este ca diagonala monitorului este egala cu diagonala vizibila. Un tabel de corespondenta este urmatorul:

Diagonala unui LCD [inch]

Diagonala unui CRT echivalent [inch]

Rezolutie tipica

13,5 15 800x600

14,5-15 17 1024x768

17-18 21 1280x1024 sau 1600x1200

O alta desosebire fata de monitoarele CRT este claritatea imaginii. Daca la acestea din urma cele 3 tunuri de electroni trebuie sa convearga perfect pentru o imagine clara, aceasta problema nu exista la LCD-uri. Celulele lor sunt comandate individual, lucru care duce la o claritate mai mare a imaginii.

O problema a LCD-urilor este data de sursa de lumina a acestora. Ea este realizata cu tuburi fluorescente care serpuiesc in spatele ecranului. Acest lucru poate provoca un efect deranjant, si anume ca unele linii sa fie mai luminoase decat altele.

2.2.1. Monitoare DSTN

Page 238: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Celulele din imagine sunt dispuse intr-o matrice pasiva. Ecranul este alcatuit din mai multe straturi: un substrat de sticla acoperit cu un oxid metalic (transparent pentru a nu afecta trecerea luminii). Acest strat e folosit pe post de grila folosita pentru comandarea cristalelor. Stratul de aliniere este alcatuit dintr-un polimer si are niste striatii, cu rolul de aliniere a cristalelor. Pentru a mentine cele doua plachete de sticla paralele, la asamblare se folosesc niste coloane de distantiere.

Formarea imaginii

Lumina polarizata verical de primul filtru din stanga trece refractata daca nu se aplica nici o tensiune si trece normal daca se aplica o tensiune. Asta inseamna ca prin filtrul de polarizare orizontala din dreapta lumina trece in primul caz si nu trece in cel de-al doilea.

LCD-urile au o problema cu viteza de reactie. Daca in aplicatiile de birotica obisnuite acest lucru nu este prea deranjant, in aplicatiile cu animatie multa se poate observa ca ecranul raspunde mai incet.

Obtinerea culorilor

Pentru a obtine culori, monitoarele trebuie sa fie capabile sa afiseze mai multe nivele intermediare de luminanta. Aceasta se face prin varierea tensiunii aplicate celulelor. Monitoarele LCD sunt capabile sa ofere pe fiecare element 64 de astfel de nuante (6 biti), fiind in clar dezavantaj fata de cele CRT cu 256 de nuante (8 biti). Cum un pixel are 3 componente, rezulta un total de 262.144 nuante (18 biti), spre deosebire de16.777.216 nuante (24 biti) true-colour de la CRT.

Problema culorilor este una dintre cele mai importante dezavantaje ale LCD-urilor, deoarece numarul de culori al aplicatiilor multimedia este, in general, destul de mare. O solutie adoptata de unii producatori este Frame Rate Control (FRC), ce presupune afisarea pe cadre succesive a unor nuante diferite, incercand astfel sa se mareasca numarul de culori. Daca, totusi, diferentele intre nuante sunt prea mari, apare senzatia de palpaire.

2.2.2. Monitoare TFT

Se mai numesc monitoare cu matrice activa. Deosebirea fata de celelalte este prezenta unei matrici de tranzistoare (cate una pentru fiecare element R, G, B). Problema este ca tranzitoarele defecte nu se pot inlocui, ci doar dezactiva cu un LASER. Acest lucru duce la aparitia unuor puncte negre pe ecran. Numarul acestor puncte nu trebuie sa fie prea mare, pentru ca devine

Page 239: ECHIPAMENTE PERIFERICE

deranjant. De exemplu, pentru o rezolutie 1024x768 sunt 3.359.296 (adica 1024x768x3) pixeli (deci si tranzistoare). Prezenta a 20 de tranzistoare defecte inseamna o rata de 0,0008%. Acesta este motivul pentru care TFT-urile sunt mai scumpe (costa mai mult producitia lor, intrucat nu se pot accepta monitoarele cu o rata prea mare de defectare).

Avantajele pe care le aduce TFT sunt:

rata de contrast 200:1 sau chiar 400:1; luminanta intre 200-250 cd/m2.     

Sistemul cu aliniere verticala (Vertical Alignment)

Sitemul a fost introdus in 1997 de catre Fujitsu. La acest sistem, in lipsa tensiunii lumina trece prin celula, dar este oprita complet de filitru. Aceasta produce un negru foarte inchis si vizibil dintr-un unghi mai larg. Imbunatatirile aduse fata de cele dinainte sunt: unghi mai larg (140 de grade), viteza de raspuns mai mare, rata de contrast de pana la 300:1, fara influente negative aspura consumului.

Sistemul cu aliniere verticala multipla (Multiple Veritcal-Alignment)

Este o imbunatatire suplimentara adusa sistemului anterior. Sistemul precedent are un dezavantaj, si anume ca daca se priveste ecranul sub un anumit unghi, imaginea e ori mai inchisa, ori mai deschisa (depinde de directia de aliniere a cristalelor). Sistemul MVA foloseste o aliniere in mai multe directii, eliminand astfel problema. In figura de mai jos, se observa diferntele intre VA si MVA.

Comparatie cu monitoarele CRT

Tipul monitoruluiUnghi

(grade)Rata de contrast

Viteza de raspuns

[ms]Luminozitate[cd/m2] Consum[W]

Durata de viata

LCD (matrice pasiva)

49-100 40:1 300 70-90 45 60 Kore

Page 240: ECHIPAMENTE PERIFERICE

LCD (matrice activa)

> 140 140:1 25 70-90 50 60 Kore

CRT > 190 300:1 - 220-270 180 ani

Afisaje digitale

Una dintre cele mai mari diferente intre CRT si LCD este ca primele primesc un semnal analogic si ultimele un semnal digital. Problemele apar din cauza compatibilitatii. Astfel, monitorele LCD trebuie sa accepte semnal analogic la intrare, pe care il convertesc in semnal digital. Aceasta conversie trebuie facuta in conditiile unei bune sicronizari (frecventa si faza) cu placa video. Interfata DVI reuseste sa elimine neajunsul conversiilor de semnal inutile.

 2.3. Monitoare cu plasma

Acest tip de monitoare combina caracteristicile CRT-urilor cu caracteristicile LCD-urilor. De CRT-uri le apropie faptul ca emit lumina (nu au nevoie de lumina ajutatoare), iar de LCD-uri le apropie prezenta unei grile de electrozi.

Principiul pe care fuctioneaza este acela ca descarcarea electrica in gaze produce lumina. Sistemul poate fi privit ca format dintr-o multitudine de tuburi flourescente. Fiecare celula are electrozii sai si tine inchis in ea un amestec de gaze rare: argon, neon, xenon.

O descaracare electrica intre electrozi face ca gazul inert sa se ionizeze si sa se transforme in plasma. In aceasta stare, se emite o radiatie ultravioleta, care, venind in contactul cu fosforul, produce o radiatie vizibila. Se folosesc 3 celule, fiecare cu fosforul rosu, verde sau albastru. Obtinerea culorii se face prin combinarea celor 3 culori primare pentru fiecare pixel.

Page 241: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Daca la CRT ponderarea culorilor se facea variind curentul din fascicol, aici se face folsind modulatia impulsurilor in duarta (MID sau PCM). Datorita faptului ca modulatia se poate face mai rapid decat poate percepe ochiul (acesta integreaza variatia), se poate obtine un numar mare de nuante (16.777.216). Acest mod de afisare (cu fosor) duce la o calitate foarte buna a imaginii si la un unghi excelent de vedere.

Gazele rare (neon si xenon) sunt introduse in sute de mii de mici celule ce se afla intre doua straturi de sticla. Pe stratul din spate sunt electrozii de adresa, in timp ce pe sratul din fata se afla electrozii trasparenti, care sunt incojurati de un material izolant dielectric, acoperit de oxid de magneziu. Acesti doi electrozi se extind pe tot ecranul. Electrozii din fata sunt asezati pe linii orizontale, in timp ce electrozii de adresa sunt asezati pe coloane.

Cele doua straturi de electrozi formeaza o grila.

Page 242: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fiecare celula este accesata cu ajutorul celor doi electrozi, acest lucru repetandu-se de cateva ori intr-o fractiune de secunda. Pentru a crea efectul descris mai sus, cei doi electrozi sunt incarcati cu o diferenta de potential care pune in miscare particulele. Fotonii de lumina ultravioleta interactioneza cu fosforul de pe peretele interior al celulei. Atomul de fosfor ce a fost lovit de fotonul emis sufera o schimbare la nivelul electronilor sai (un electron trece la un nivel mai mare energetic). Acest lucru determina o incalzire a atomului de fosfor. Cand electronul revine pe pozitia sa initiala, se creeaza o energie sub forma unor protoni vizibili de lumina. Fosforul este cel care coloreaza ecranul cand este excitat, fiecare celula fiind formata din trei subpixeli avand culorile primare. Prin varierea tensiunii pe fiecare subpixel, se obtine culoarea finala a pixelului respectiv.

Un dezavantaj major al PDP-urilor este faptul ca se pare ca producatorii nu gasesc o solutie sa scada dimensiunea pixelului sub 0,3 mm. Acest lucru face foarte putin probabila patrunderea pe piata PC-urilor desktop si limiteaza (deocamdata, cel putin) domeniul de aplicatii la prezentari si la aplicatii in care e necesar un ecran foarte mare (de la 20’’ la 70’’).

In 2002 a avut loc o crestere semnifcativa a numarului de astfel de sisteme vandute pe plan mondial, cifra situandu-se intre 350.000 si 400.000 de bucati vandute (reprezentand astfel o mare crestere fata de anii precedenti).

Page 243: ECHIPAMENTE PERIFERICE

2.3.1. Monitoare AliS (Alternate Lighting of Surfaces)

Acest sistem produs de Fujitsu incearca sa elimine problemele prezente la rezolutii scazute. Sistemul se bazeaza pe explorarea intretesuta, si nu progresiva, ca la celelalte. Astfel, se imparte imaginea in campuri pare si impare, dublandu-se astfel rezolutia (vezi figura de mai sus). De asemenea, cum spatiile sunt mai mari pe acelasi camp, se pot folosi descarcari mai puternice si deci o luminanta mai buna (pana la 500 cd/m2). Acest lucru duce la disparitia liniilor negre caracteristice PDP-urilor clasice. Fujitsu a realizat in aceasta tehnologie pana acum un HDTV de 42’’ si un SXGA de 25’’.

2.4. Alte tipuri de monitoare

2.4.1. Monitoare PALCD

Acest tip de monitoare (dezvoltat de Sony si Tektronix) incearca sa combine avantajele LCD-urilor cu ale PDP-urilor.

Sistemul PALCD inlocuieste matrciea activa a TFT-ului cu o grila care foloseste descarcarea pentru a activa celulele de LCD. Restul componentelor sunt aceleasi ca la LCD. Si acest tip de monitor este orientat pentru aplicatii unde este necesara o diagonala mica si nu se intentioneaza patrunderea pe piata desktop-urilor.

2.4.2. Monitoare FED (Field Emission Displays)

Aceasta tehnologie incearca sa concureze serios LCD-urile pe piata monitoarelor flat panel. S-a incercat in acest sistem combinarea CRT-urilor cu a LCD-urilor. Astfel, principiul de luminare este acelasi (electroni lovind un ecran de fosfor), diferenta fata de CRT-uri fiind prezenta mai multor surse de emisie a electronilor (o matrice cu mini-tunuri pentru fiecare celula RGB).

Page 244: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Interesant la acest sistem este modul de afisare a culorii. Se foloseste un amestec temporal (si nu spatial ca la toate de pana acum) de culoare, intai fiind afisata informatia de verde, apoi cea de rosu si in final cea de albastru.

FED-urile au depasit LCD-urile la unele capitole, cum ar fi consumul de putere. Astfel, consumul e dat de numarul de pixeli aprinsi (deci e variabil de la o imagine la alta) si nu e dat de o lumina aprinsa tot timpul (ca la LCD). In favoarea FED-urilor este si unghiul de 160 de grade (atat pe verticala. cat si pe orizontala). Tot la capitolul avantaje poate fi trecuta si redundanta sistemului, daca la LCD un tranzistor (din milioane de componente, deci cu probabilitate mare de defectare) era stricat, acest lucru se vedea pe ecran, pe cand la FED pentru fiecare pixel sunt cateva mii de surse de electroni. Producatorii FED-urilor sustin chiar ca in caz de defectare a 20% din surse (procent enorm) nu e afectata luminozitatea.

Singurul lucru care ingreuneaza patrunderea pe piata a acestor monitoare este de ordin tehnologic. Daca la un CRT e nevoie de un tub vidat, la un FED e nevoie de sute de mii de astfel de tuburi. Ele trebuie sa fie si suficient de rezistente (mecanic) sa sustina diferenta de presiune intre atmosfera si vid. S-au produs pana acum astfel de sisteme de 6 si 10’’.

3. Comparatii si concluzii

Acest paragraf isi propune sa prezinte cateva comparatii intre modelele exitente de monitoare, dar si sa prezinte ce isi doresc consumatorii de la urmatoarele generatii de monitoare. De aici se pot desprinde drumurile pe care le vor urma producatorii.

Page 245: ECHIPAMENTE PERIFERICE

3.1. Comparatie LCD-CRT

            Din graficul de mai sus se poate observa ca LCD-urile incep sa ocupe din ce in ce mai mult din piata. Daca se vor rezolva problemele cu unghiul de vizibilitate si cu refresh-ul, acestea pot deveni dominante in cativa ani.

3.2. Transformarea in timp a dimensiunii monitoarelor CRT

Se poate observa ca daca in 1998 monitoarele de 15” si cele de 17” erau egale ca pondere pe piata, acum ele acupa locuri diferite. In timp ce monitoarele de 17” au devenit practic dominante, cele de 15” continuua sa scada ca pondere.

Page 246: ECHIPAMENTE PERIFERICE

3.3. Dimensiunile LCD-urilor in timp

Se observa ca, in timp, constructorii de monitoare pe baza de cristale lichide s-au orientat spre dimensiunea de 15”, care reprezinta valoarea ideala din punct de vedere al producatorului care poate scoate un astfel de monitor la un pret accesibil si poate face concurenta monitoarelor CRD de 17”. Daca se creste dimensiunea diagonalei, pretul creste de doua ori, deoarece creste rata de defectare a tranzitoarelor si creste numarul acestora.

3.4. Comparatie CRT – LCD din punct de vedere al imaginii

Page 247: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Desi in acest sondaj nu s-a tinut cont de diferenta de pret dintre cele doua modele, modelul CRT este perceput ca cel care ofera o imagine mai clara si mai de calitate. Din acest sondaj rezulta faptul ca singurul lucru care ii determina pe consumatori sa cumpere un monitor LCD, care este mai scump si ofera calitate comparabila a imaginii cu cea a modelului CRT, este dimensiunea sa mult mai redusa.

Display-uri 3D

Display-urile 3D au fost intotdeauna un domeniu de interes in industria entertainment-ului, unde meritul experientei stereoscopiece este cunoscut prea bine. Stereoscopia este procedeul prin care se poate obtine informatie tridimensionala pornind de la doua sau mai multe imagini, principiul bazandu-se pe perceptia umana. Exista mai multe tehnici de afisare 3D folosite pentru diverse dispozitive, de la marile formate pentru ecranele cinematografice, pana la formatele mai mici, HMD (Head Mounted Displays) care ofera o experienta mai personala.

Grafica pe calculator, chiar atunci cand este redata la o rezolutie ridicata, nu este perceputa in adancime cand este afisata pe monitoarele plate obisnuite. Au fost propuse diverse metode pentru crearea stereoscopiei, astfel incat obiectele simulate sa apara ca si cum s-ar afla in fata noastra.

Cel mai folosit display stereoscopic se prezinta sub forma unor ochelari cu lentile polarizate pasiv sau cu lentile pe care imaginea este proiectata alternativ. Desi acestia sunt utilizati in unele domenii precum modelare moleculara sau CAD, ei nu au fost in general acceptati de catre cei mai multi dintre studenti, profesori, designeri sau proiectanti CAD (ingineri, arhitecti) si nici de consumatorii obisnuiti, precum jucatorii pe calculator. Studiile au aratat ca utilizatorii sunt incomodati de echipamentul necesar sa-l poarte in fata ochilor, care le diminueaza astfel capacitatea de vizualizare a mediului ambiant. Datorita acestor concluzii s-a urmarit o abordare oarecum diferita, care nu necesita un echipament special pe care utilizatorul trebuie sa-l poarte.

Un display este numit autostereoscopic atunci cand procesul de separare stereo a imaginilor este realizat de display, fara ca utilizatorul sa poarte vreun echipament anume.

Exista trei categorii principale de display-uri 3D:

1. Display-urile LCD 3D folosesc variatii ale metodei barierei de paralaxa, conform careia un grilaj fin sau o matrice de lentile este plasata in fata ecranului unui display. Daca ochii privitorului raman fixati intr-un anumit loc, la o distanta fixa in spatiu, atunci un ochi vede doar pixelii afisati de ecranul display-ului, iar celalalt pixelii afisati de matrice. Tehnica aceasta prezinta insa doua dezavantaje notabile: observatorul trebuie sa isi pastreze pozitia si faptul ca fiecare ochi vede doar jumatate din rezolutia verticala a ecranului.

2. Display-urile holografice si pseudo-holografice folosesc un camp de lumina partal, procesand simultan mai multe imagini. Exista astfel posibilitatea ca mai multi privitori sa poata observa acelasi obiect simultan, din mai multe perspective. Dezavantajul este puterea de calcul necesara pentru afisarea imaginilor.

3. Display-urile volmetrice  reprezinta asa cum reiese din denumire, elemente in volum si au avantajul de a putea fi privite din orice punct de vedere.

1. Display-uri LCD 3D

Page 248: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Una din noile solutii este oferita de sistemele de vizualizare directa, folosite asemanator cu ecranele obisnuite. Acesea sunt numite LCD-uri 3D autostereoscopice deoarce, asa cum am mai precizat, acestea nu necesita ochelari sau dispozitive auxiliare pentru utilizare si folosesc principiile cunoscute ale tehnicilor de imprimare 3D si a tehnologiei LCD. Majoritatea sistemelor LCD 3D sunt destinate folosirii individuale. Cu toate acestea, pentru anumite aplicatii, cum ar fi cele din industria entertainmentului sau a prezentarilor comerciale, este necesar ca vizualizarea imaginilor sa se poata faca simultan, de catre mai multi utilizatori. Prin urmare, solutiile implementate de producatori au in vedere dispozitive care sa permita acest lucru.

Principiul de functionare se bazeaza pe afisarea simultana pe display a unor imagini diferite, fiecare obtinuta sub un unghi de vedere diferit. Ecranul lenticular din fata LCD-ului separa imaginile si proiecteaza imagini diferite pentru fiecare ochi, ceea ce duce la obtinerea efectului tridimensional.

1.1. Tehnologia LCD 3D

Percepem mediul inconjurator in trei dimensiuni datorita diverselor detalii vizuale precum perspectiva, ocluzia, efectele atmosferice si multe altele. Multe dintre aceste detalii sunt prezente in imaginile 2D (redate in fotografii, televizor, etc…) si ofera o oarecare impresie de spatialitate. Cu toate acestea, unul dintre detaliile importante pentru perceptia 3D nu se regaseste in aceste imagini - faptul ca privim realitatea inconjuratoare cu ambii ochi, fiecare observand o imagine putin diferita fata de celalalt. Creierul intrepreteaza corect aceste diferente, traducandu-le ca distanta si oferindu-ne un simt puternic in localizarea obiectelor, indiferent de marimea sau transparenta lor. Aceste display-uri 3D se bazeaza pe principiul redarii de imagini diferite fiecarui ochi.

Page 249: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Principiul stereoscopiei

Unele dintre sistemele de afisare 3D folosesc ochelari sau display-uri asezate in directia fiecarui ochi. Sistemele autostereoscopice evita utilizarea de dispozitive suplimentare suportate de privitor si sunt proiectate sa faca separarea  imaginilor automat. In majoritatea cazurilor, acest lucru se intampla doar daca utilizatorul se supune anumitor restrictii, precum pastrarea fixa a pozitiei in spatiu. Exista si unele display-uri care elimina aceste neajunsuri, precum Multiview 3D-LCD produs de Philips sau display-ul DTI, de la Dimension Technologies.

In cazul display-ului LCD 3D, o folie de lentile cilindrice este plasata deasupra LCD-ului astfel incat planul imaginii LCD se suprapune cu planul focal al lentilelor. Aceasta implementare este prezentata in figura alaturata. Razele care pornesc din ochil observatorului care priveste ecranul sub un anumit unghi, sunt concentrate in centrul deplasat al LCD-ului, sub fiecare lentila. Daca LCD de sub fiecare lentila este impartit in mai multi sub-pixeli diferiti, atunci ochii vor vedea sub unghiuri diferite de observare, pixeli diferiti. In plus, daca informatia este separata corespunzator pe pixeli diferiti (o pereche stereo de imagini), atunci utilizatorul va privi o imagine 3D.

Un alt mod de a intelege cum lucreaza display-ul LCD 3D este prezentat in imaginea de mai jos. Fiecare lenticular functioneaza ca o mica lentila de proiectie si proiecteaza pixelii individuali din spatele ei in spatiul din fata utilizatorului. Astfel, daca utilizatorul se va afla in pozitia indicata, ochiul stang va percepe imaginea unui pixel de sub o lentila in timp ce ochiul drept va observa imaginea altui pixel. O actiune similara este efectuata de fiecare lentila din matricea lenticulara si astfel, in fata utilizatorului se formeaza imagini suprapuse ale pixelilor de sub diferite lentile. In acelasi timp insa, spatiile dintre pixelii redati de LCD sint si ele marite de lentile, creand astfel goluri in zonele de observare. Pentru a evita acest lucru, plasarea lentilelor adiacente s-a realizat astfel incat imaginile pixelilor se intercaleaza, in loc sa se suprapuna. Astfel se creaza o zona continua de redare. In acest caz, ochiul stang va obseva numarul 5 iar cel drept, numarul 3. Daca se face o deplasare laterala, de exemplu spre dreapta, ochiul stang va face trecerea de la 5 la 4 iar ochiul drept va trece simultan de la 3 la 2, astfel incat fiecare ochi va vedea in continuare imagini diferite, indiferent de miscarea capului observatorului. Zona de redare se repeta deoarece lentilele nu doar proiecteaza pixelii din spatele lor, ci si pe cei aflati in spatele lentilelor adiacente, cand sunt privite sub un unghi de vedere marit. Astfel se creaza o succesiune de zone vizibile, in

Page 250: ECHIPAMENTE PERIFERICE

care numerotarea portiunilor se repeta atunci cand are loc o deplasare laterala a punctului din care se face observarea (…3, 4, 5, 6, 7, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 1, 2,... ). Prin urmare, acest lucru inseamna ca display-ul poate fi privit in acelasi timp, de mai multi utilizatori.

Intreteserea campurilor pare si impare de vedere se realizata prin plasarea ecranului lenticular deaspura LCD-ului, intr-o directie usor inclinata, precum se observa in figura alaturata. Raportul de aspect al pixelilor LCD standard este 3:1, iar ecranul lenticular este asezat la un unghi de arctg(1/6) = 9.46 grade fata de normala la ecranul LCD-ului. Liniile punctate ilustreaza cum pixelii display-ului LCD se grupeaza in campuri de vedere. Deoarece LCD se afla in planul focal al ecranului lenicular, pozitia din planul de afisare corespunde unghiului de vedere, si astfel toate punctele liniei intrerupte A sunt vazute simultan de un ochi, la un anumit unghi orizontal de vedere. Linia A corespunde unei pozitii in care doar pixelii campului 3 sunt vizibili. Dupa cum se poate observa, sub fiecare lentila, pixelii campului 3 sunt pozitionati pe randuri alternante. In schimb, linia C reprezinta o pozitie diferita, in care doar pixelii campului 4 pot fi observati. Astfel, pe masura ce utilizatorul se deplaseaza privind doar cu un ochi, intre pozitiile corespunzatoare liniilor A si C, va observa o schimbare prin care campul de vedere 3 se va estompa si campul de vedere 4 se va accentua. Tranzitia fina intre cele doua campuri de vedere are rolul de a reda iluzia unui obiect solid si nu a unei succesiuni de campuri eterogene.

Prototipul unui astfel de display, produs de Philips, are urmatoarele caracteristici:

LCD o Rezolutie: 1024(x3)X768

Page 251: ECHIPAMENTE PERIFERICE

o Diagonala: 14.5 “ o Pixel Pitch (µm): 96x288 o Numar culori: 262144

Stratul lenticular        o Dimensiuni (mm): 260 x 210 o Pitch (µm): 331 o Lungime focala (mm): 0.99

LCD 3D o Nr. campuri de vedere: 7 o Rezolutia: 438 x 256 x RGB o Distanta de lucru (mm): 300 - 1500                  

Distanta de lucru a display-ului este limitata de distanta minima dintre planul LC si suprafata lenticulara.

Page 252: ECHIPAMENTE PERIFERICE

2. Display-urile holografice

Prezentat pentru prima data in 2002, acest tip de display adopta o abordare diferita, axata - dupa cum reiese si din denumire, pe principul holografiei. Deoarece nu este un display stereoscopic sau multi-perspectiva, elimina neajunsurile specifice acestora. Tehnologia folosita se bazeaza pe principiile geometrice holografice, o atentie deosebita fiind acordata reconstruirii elementelor cheie ale vederii spatiale. Pixelii display-ului holografic (in acest caz, numiti voxeli) emit raze de lumina de diferite intensitati si culori in diverse directii. O suprafata care emite lumina alcatuita din astfel de voxeli poate fi comparata cu o “fereastra digitala” sau holograma, reusind sa reprezinte corect orice scena tridimensionala.

Principiul de functionare, ilustrand diferenta esentiala intre redarea unei imagini 2D si a uneia 3D este prezentat in figura urmatoare.

Fiecare pixel (voxel) emite raze de lumina de diferite intensitati si culori in diverse directii

In continuare sunt prezentate caracteristicile unui astfel de model, display-ul Holovision HV96N.

Page 253: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Caracteristici:

Dimensiune ecran: 32” sau 26” Rata de aspect: 16:9 sau 4:3 Numar de pixeli: 10 milioane (9.830.400) sau 7 milioane (7.372.800) Campul de vedere: 50º Culoare: 24 biti RGB Rata de refresh: 50 cadre/s

Alte caracteristici Avantaje pentru utilizator

Proces de paralaxa in miscare continuuImaginile nu “sar” la tranzitia intre campurile de vedere in perspectiva orizontala

Se pastreaza corelatia intre convergenta si focalizarea ochiului uman

Nu apare discomfort la privire

Voxelii pot fi adresati individualUn anumit punct al imaginii isi pastreaza orientarea in spatiu, indiferent de pozitia privitorului

Unghi de observare mare Utilizare simultana multipla

Nu se foloseste urmarirea automata a pozitiei ochilor sau capului

Utilizatorul se poate misca liber

Sunt eliminate latentele la afisare

Nu exista zone “moarte” in campul de vedereImaginea 3D apare continua in campul vizual de privire

Punctele pot fi generate oriunde in campul de vedere

Obiectele pot apare in fata sau in spatele ecranului

Posibilitate de afisare a muchiilor Imagini texurate, wireframe sau combinatii de mai

Page 254: ECHIPAMENTE PERIFERICE

multe tipuri

Alte caracteristici Avantaje pentru utilizator

Compatibilitate software cu diverse aplicatii Posibilitate de afisare o oricarei informatii 3D

Compatibil cu standardele actuale de afisare Poate inlocui usor monitoarele 2D

Rata de improspatare ridicata Imagini in miscare, interactivitate

Luminozitate Vizibilitate buna in diferite conditii de iluminare

Dimensiuni practice Sistemele pot avea marimi variate

Nu exista elemente detasabileTimp de viata indelungat, aplicatii mobile, fara zgomot

3. Display-uri volumetrice

Mecanismul folosit de aceste display-uri a fost ilustrat inca din 1960, dar a trebuit sa astepte datorita necesitatii de putere de calcul pentru rezolutii mari si tehnologiilor pentru display-uri.

Exista mai multe metode de creare a imaginilor volumetrice, printre care procedee ce utilizeaza vapori de aer sau lentile. O anumita categorie de display-uri, numite display-uri multiplanare, folosesc o suprafata de proiectare rotativa sau translatata, pe care se redau sectiuni (slice-uri) ale unei imagini 3D. Gruparea de slice-uri alcatuieste imaginea tridimensionala.

3.1. Display-uri multiplanare cu suprafata de proictare rotativa

Un astfel de display volumetric este modelul Perspecta. Acesta foloseste o serie de algoritmi pentru a introduce date 3D intr-un format care poate fi reprodus in trei dimensiuni. Un proiector afiseaza apoi datele la o viteza de 5000 de cadre/secunda pe un ecran rotativ aflat intr-o sfera transparenta, astfel incat ochiul vede o imagine generata 3D.

Page 255: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Considerente constructive

Rezolutia unui display volumetric este data de rezolutia si rata de cadre a motorului de proiectie. Acesta poate avea o rezultie de 1024 x 768 si o rata de cadre intre 5 kHz - 10 kHz. Producatorul unui astfel de display utilizeaza urmatoarea relatie de calcul:

Rata de refresh a volumului x nr. slice-uri/imagine = rata de cadre a proiectorului

Slice-ul reprezinta in acest caz o sectiune transversala completa a volumului de redare, astfel incat pentru redarea completa a unei imagini tridimensionale este suficienta rotirea acestuia in jurul axului central cu 180º. Prin urmare rata de refresh a volumului (masurata in Hz) este dublul ratei de rotatie a ecranului proiector (in rotatii pe secunda). Display-ul Perspecta foloseste 1.1 slice-uri/grad, fiind necesare 198 de sectiuni ale volumului pentru redarea acestuia. Pentru a obtine un numar de culori cat mai mare este necesar ca scena sa fie redata de un numar mult mai mare de ori decat rata de refresh a volumului. Producatorii folosesc metode de dithering 3D spatial pentru a folosi o gama larga de culori.

Caracteristici:

Page 256: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Marimea imaginii si tipul display-ului: diametrul aprox. 10”, imagine sferica autostereoscopica creata prin redarea volumelor

Numar culori: de ordinul sutelor, 8 culori (3-bit color) in cazul rezolutiei maxime

Rezolutie/performanta/memorie:

Display cu 198 de slice-uri (aprox. 1 slice pe grad) (volum de redare de aprox. 2917 cm3) 768 x 768 pixeli rezolutie slice Refresh rate volum: 24 Hz Procesor DSP TI 1600 MIPS 3 Gb DDR SDRAM

Unghi de afisare: 360º orizontal, 270º vertical

Display-ul  necesita o latime mare de banda, de ordinul GB/sec, pentru ansamblul de proiectie. De aceea s-a folosit o cantitate mare de memorie si putere de procesare. O conexiune cu latime de banda mai redusa (de exemplu, de tip SCSI) este utilizata pentru comunicarea cu calculatorul si transmiterea unei descriei matematice mai simple a scenei 3D - cum sunt streamurile de date poligonale tip OpenGL.

Rata de refresh a volumului nu este neaparat aceeasi cu aceea cu care placa video trimite noi imagini in memoria RAM. Desi un monitor CRT poate avea un refresh de 72 Hz, o scena grafica complexa poate fi redata la 10 cadre/sec. Aceeasi consideratie se pastreaza si in cazul display-urilor volumetrice - gruparea de slice-uri 2D poate fi actualizata mai rapid sau mai lent decat capacitatea cu care dispozitivul le poate reda. Pentru a asigura o animatie coerenta, se foloseste un buffer dublu pentru sistemul de memorie grafica. Pentru a stoca 2 x 198 slice-uri la o rezolutie de 768 x 768 (culoare pe 3biti) sunt necesari 3 Gbiti de informatie.

In figura urmatoare este ilustrata o diagrama reprezentand arhitectura sistemului folosit.

Sistemul Perspecta este construit pe o arhitectura de nivel inalt, partea de hardware fiind reprezentata de un PC principal si display-ul volumetic (cu sistem de procesare separat) iar softwareul continand atat aplicatii cat si algoritmi proprietari de redare a imaginilor tridimensionale.

Page 257: ECHIPAMENTE PERIFERICE

3.2. Display-uri multiplanare cu suprafata de proictare translatata

In principiu, un astfel de display este de fapt un monitor ce foloseste o proiectie 3D volumetica, in care suprafata de proiectie este inlocuita de un volum de proiectie tridimensional. Acesta este alcatuit dintr-o grupare de elemente optice controlate electric, ce permite crearea de imagini volumetrice in 3 dimensiuni.

Schema diagramei tehnologiei DepthCube

Figura ilustreaza schema constructiva a unui astfel de sistem, display-ul DepthCube 3D. Acesta are doua componente principale: un proiector de mare viteza si volumul de proiectie, cunoscut sub denumirea de element optic multiplanar (MOE). Proiectorul de mare viteza este bazat pe tehnologia DLP (Digital Light Processing) de la Texas Instruments si poate atinge pana la 1500 cadre pe secunda. Dispozitivul proiecteaza o secventa de cadre color pe elementul optic multiplanar, fiecare cadru fiind oprit la o adancime corespunzatoare. Rezultatul astfel obtinut este o matrice tridimensionala de voxeli (pixeli cu volum), fiecare voxel avand 15 biti de informatie pentru luminozitate si culoare.

Cu toate acestea imaginea rezultata ar putea apare ca un pachet de imagini 2D alaturate, daca nu s-ar fi folosit un procedeu revolutionar – antialiere multiplanara. Algoritmul utilizat netezeste imaginea rezultata prin generarea unor plane sintetice plasate intre planele proiectate initial creand astfel o imagine tridimensionala continua. Rezultatul este cresterea de 32 de ori a numarului voxelilor receptionati, cu efect direct asupra rezolutiei imaginii finale.

Spre deosebire de display-urile stereoscopice si autostereoscopice, DepthCube pastreaza relatia normala dintre focalizarea ochiului uman si convergenta, reducand astfel eventualul incomfort ce poate afecta privitorul. Totodata dispozitivul foloseste metoda de paralaxa pentru miscare atat pe verticala cat si pe orizontala, permitand utilizatorilor sa isi schimbe pozitia pentru a observa diverse detalii ale imagini generate. Pentru a elimina posibile distorsiuni ale imaginii reprezentand volumul, se foloseste o geometrie rectilinie carteziana.

Imaginile generate in DepthCube pot avea diverse atribute - pot contine suprafete solide 3D texturate, cu lumini si umbre ce adauga realism, pot reprezenta geometrie 3d wireframe (sub forma unui cadru de sarma) sau pot contine orice combinatie de tipuri de imagini, pentru a crea multisuprafete 3D complexe.

Modelul comercial DepthCube, a fost prezentat pentru prima data in 2002 si prezinta urmatoarele caracteristici:

Rezolutie: 1024 x 748 x 20

Page 258: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Voxeli fizici: 15,3 milioane Voxeli perceputi: 465,7 milioane Rata de reimprospatare: 60 Hz Rata de actualizare: 20 Hz Volum imagine: 39,6 cm x 29,9 cm x 10,4 cm

4. Aplicatii ale display-urilor 3D

Exista o gama larga de aplicatii pentru aceasta tehnologie, dupa cum se poate observa in enumerarea urmatoare:

Domeniul militar / Aplicatii guvernamentale

simulari; planificare; control aerian al traficului; servicii de informatii.

Domeniul medical

vizualizare date; radioterapie; chirurgie asistata; instruire.

Domeniul stiintific

analiza date; informatii atmosferice; oceanografie; astronomie; cercetare in energetica.

Domeniul industrial

robotica; control industrial; vizualizare retele.

Page 259: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Proiectare CAD/CAE

arhitectura; design; dinamica fluidelor; analiza elementelor finite; testare tactila.

Grafica pe calculator

design personaje; animatii; modelare digitala.

Bunuri de larg consum

educatie; jocuri video; info-chioscuri; televiziune 3D.

Ecrane tactile (Touch Screens)

Ecranele tactile nu propun o alta solutie de afisare a informatiei, ci adauga un element nou la tehnologiile existente: posibilitatea de selectare si manipulare a informatiei de pe ecran cu mana.

Domeniile de utilizare sunt multiple, de la biblioteci si mari magazine, pana la restaurante si statii de metrou; in general, oriunde este vorba de informarea comoda si directa a publicului.

In prezent, s-au impus patru tehnologii de fabricare a ecranelor tactile: capacitive, acustice (SAW – Sound Acoustic Wave), rezistive si cu infrarosii.

1. Ecrane tactile capacitive

Pe sticla monitorului este aplicat un film subtire si transparent de substanta conductoare electric. Deasupra filmului conductiv, se aplica un nou strat de sticla, izolator. Electrozii pozitionati in colturile ecranului si conectati la filmul conductiv preiau sarcinile electrice induse in mod capacitiv pe film.

In momentul in care degetul atinge suprafata ecranului tactil, induce sarcini electrice pe filmul conductiv, care sunt preluate sub forma de curenti de catre controlerul ecranului, care calculeaza pozitia curenta a degetului.

De remarcat ca aceasta tehnologie se poate aplica si pentru transformarea unui monitor normal intr-unul tactil, prin realizarea unui upgrade.

Page 260: ECHIPAMENTE PERIFERICE

2. Ecrane tactile acustice

Tehnologia SAW (Sound Acoustic Wave) adauga in plus, fata de cea capacitiva, posibilitatea detectarii nivelelor (gradientilor) de presiune si permite lucrul cu manusi (care sunt izolatoare electrice). In plus, functionarea nu e afectata de zgarierea suprafetei de sticla protectoare a ecranului. Este, in schimb, sensibila la picaturi de lichide sau urme de grasime pe ecran.

Se poate instala usor pe un monitor normal, de catre utilizator, fara a fi necesara asistenta tehnica. Functionarea se bazeaza pe emiterea de unde sonore de-a lungul suprafetei ecranului. In momentul in care degetul se interpune in calea semnalului, i se calculeaza pozitia prin coordonatele x si y, si presiunea prin coordonata z.

3. Ecrane tactile rezistive

Cea mai veche si mai populara, tehnologia rezistiva se bazeaza pe interpretarea presiunii de apasare pe ecran. Elementul de baza este un sistem suprapus de site metalice sau un strat plastic conductiv de puncte de presiune, dispuse pe sticla exterioara a ecranului monitorului. Pozitia punctului de contact este determinata prin calcularea curentilor electrici care apar in dispozitivul-senzor amintit.

Page 261: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Desi sunt sensibile la zgarieturi, ecranele tactile rezistive sunt ieftine, prezinta timpi de raspuns buni, detecteaza gradienti de presiune si se pot utiliza manusi. Se preteaza foarte bine in aplicatii medicale sau medii industriale, cat si la sisteme de informare a publicului (banci, burse, biblioteci etc.).

4. Ecrane tactile cu infrarosii

Sunt utilizate mai rar, mai ales in medii de laborator, deoarece sunt prea lente, prea sensibile la impuritatile din aer si la elementele straine de pe suprafata ecranului, si nu ofera rezolutii suficiente pentru uz general.

Tehnologia se bazeaza pe utilizarea unei rame cu diode si senzori de infrarosu, care sesizeaza prezenta oricarui obiect interpus in calea unei raze infrarosii din retea.

Prezentare Nokia Display Test

Generalitati

Aceasta aplicatie este o colectie de modele de test care pot fi folosite pentru investigarea performantelor monitoarelor CRT.

Modelele de test nu evalueaza performanetele monitorului in mod absolut. Se intentioneaza ca prin utilizarea acestora sa se poata compara calitatea diferitelor monitoare.

Inainte de a incepe:

lasati monitorul sa functioneze timp de 20 minute demagnetizati monitor

Geometrie

Deformarea geometrica a imaginii poate fi estimata cu ajutorul sablonului de test geometric. Pentru a imbunatati geometria imaginii, se pot folosi urmatoarele reglaje:

Page 262: ECHIPAMENTE PERIFERICE

latime inaltime centrare orizontala centrare verticala balans/inclinare trapezoid ortogonalitate compensarea efectului de pern

Luminozitate si contrast

Luminozitatea (stralucirea sau intensitatea luminoasa) si contrastul ajuta la stabilirea cantitatii de lumina care apare pe ecran. Luminozitatea determina nivelul minim de lumina pe ecran. Este indicat sa se stabileasca un nivel de negru la o valoare inferioara si sa se piarda citeva dintre tonurile intunecate de gri decat sa se seteze un nivel inalt si sa se piarda din contrast si din fundalul negru.

Contrastul ajusteaza diferenta de stralucire dintre tonurile deschise si cele intunecate. Cu alte cuvinte, contrastul regleaza castigul amplificatorului video. Dupa setarea nivelului de negru prin reglarea luminozitatii, contolul contrastului se foloseste pentru stabilirea emisiei luminoase la un nivel confortabil.

Observatii

Utilizarea unui nivel inferior al contrastului previne obosirea ochilor.

Luminozitatea are efect asupra focalizarii imaginii. In cazul existentei unei luminozitati intense in cadrul imaginii, se pot pierde anumite detalii ale acesteia.

Reglarea tensiunii inalte

Pentru accelerarea electronilor din fascicolul de electroni care scaneaza ecranul, este nevoie de o tensine inalta. Suprafetele stralucitoare de pe ecran creeaza o incarcare a sursei de tensiune inalta care duce la o cadere de tensiune. In schimb, aceasta duce la o marire a imaginii.

Culoarea

In mod normal, utilizatorul nu poate ajusta uniformitatea de alb sau uniformitatea luminozitatii. Balansul de alb (temperatura culorii) poate fi de cele mai multe ori reglat de catrezator.

Convergenta

O linie alba de pe ecran este realizata din linii rosii, verzi si albastre (RGB). In cazul in care nu exista erori de convergenta in imagine, liniile se vor suprapune exact si rezultatul va fi o linie alba.

In cazul unor erori de convergenta, in locul liniei de culoare alba vor fi percepute linii de culoare rosu, verde si/sau albastru. Suprafetele colorate vor prezenta margini de culori eronate.

In principiu, convergenta reprezinta capacitatea monitorului de a alinia, in mod corect, componentele rosii, verzi si albastre ale unei imagini pe ecran.

Page 263: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Observatie

Erorile de convergenta verticala pot fi sesizate in liniile sau marginile orizontale si viceversa.

Claritatea imaginii

Un mod de afisare la o rezolutie inalta este o conditie prealabila pentru obtinerea unei imagini de calitate cat mai buna.

Urmatorii factori pot reduce claritatea optima a imaginii

focalizarea slaba Efectul Moire jitter-ul

Focalizarea

Imaginea este creata de un fascicul de electroni care baleiaza ecranul. Daca fascicolul de electroni este precis aliniat la impactul cu luminoforul, atunci imaginea are o focalizare buna. Focalizarea este reglata, de obicei, in fabrica.

Efectul Moire

Efectul Moire poate sa apara pe toate monitoarele. Poate fi observat ca o deformare in forma de valuri a imaginii. Efectul Moire este cauzat de inteferenta intre masca CRT si rezolutia de afisare. In plus, la modul de afisare, anumite tipuri de imagini sunt uniform expuse la efectul Moire. In general, monitoarele cu o buna focalizare sunt predispuse la efectul Moire.

Jitter-ul

Jitter-ul reprezinta o usoara miscare perceputa la nivelul pixelilor imaginii, in cazul imaginilor statice. Imaginea apare ca fiind dinamica.

Testul de sunet

Sunetul de test se va auzi, in primul rand, in difuzorul din stanga. Sunetul trece, apoi, in mod treptat, catre difuzorul din dreapta.

Laboratorul 6Echipamente si protocoale de comunicatie

Page 264: ECHIPAMENTE PERIFERICE

1. Echipamente de comunicaţie

1. Comunicaţie serială

Necesitatea comunicaţiei seriale derivă din următoarele aspecte:

asigură legătura între maşini diferite sau între terminale şi o unitate centrală puternică;

este un mijloc de comunicare ieftin, dar destul de lent (uzual, limita superioară este de 128 Kbps pentru linii dedicate şi de 64 Kbps atunci pentru linii telefonice comutate).

În prezent, se oferă următoarele alternative seriale:

a. pentru viteze mai reduse, cum este cazul perifericelor, se poate realiza conexiunea prin portul USB (Universal Serial Bus). Există trei versiuni USB:

o USB 1.1, care oferă rate de transfer maxime de 12 Mbps; o USB 2.0, care oferă rate de transfer maxime de 480 Mbps; o USB wireless, în perspectivă. o Pentru periferice se mai poate folosi interfaţa FireWire (introdusă de Apple), care

dispune, de asemenea, de două versiuni: cea lentă, cu viteze de 100/200/400 Mbps; cea rapidă, cu viteză maximă de 800 Mbps.

b. pentru viteze medii: o plăcile de extensie se pot conecta prin PCIExpress (bazat pe o arhitectură

serială de transmisie a datelor), cu rate de transfer de 2.000 Mbps per lane (traseu de conectare de la controler la perifericele/plăcile de extensie PCIExpress), traseele putând fi realizate în diferite configuraţii, în funcţie de necesităţile de viteză (pentru acceleratoare video de ultimă oră se folosesc 16 lanes sau 16x, echivalent cu o lăţime de bandă de 32 Gbps);

o unităţile de stocare se pot conecta prin interfeţe seriale dedicate, cum sunt Serial ATA (SATA), care oferă viteze de 1,5 şi 3 Gbps (SATA-II) sau SAS (Serial Attached SCSI).

c. pentru viteze ridicate de transmisie a datelor, care trebuie asigurate în cadrul interconectării componentelor principale ale unui sistem de calcul (procesor, memorie, controler), comunicaţia este asigurată de HyperTransport, oferind o magistrală duală, unidirecţională, punct-la-punct, cu lăţimi de 2, 4, 8, 16 sau 32 biţi, şi o rată de bit totală combinată de maxim 179,2 Gbps (22,4 GBps). Alte soluţii: comunicare serială prin infraroşu şi prin unde radio (WiFi, bluetooth).

Elementele esenţiale ale unei comunicaţii seriale sunt protocolul hardware şi protocolul software, indiferent de mediul prin care se face transmisia (în banda de bază, modulat etc.).

Limita dintre hard şi soft este adesea greu de trasat, deoarece echipamentele moderne includ unităţi de prelucrare specializate, capabile să implementeze protocoale foarte complicate într-un hardware transparent utilizatorului (de exemplu, modemurile conforme standardului CCITT V.32).

2. Modemuri

Page 265: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Modemurile sunt echipamente care permit comunicaţia serială pe linii telefonice comutate sau dedicate.

După modul de comandă, modemurile se pot clasifica în:

dumb – modemul este total transparent utilizatorului (nu se ştie dacă există modem sau un fir direct, caz ideal pentru linii dedicate);

smart – modemul are două moduri de funcţionare:

modul de comandă, în care acceptă secvenţe de control de la calculator; modul on-line, în care se comportă transparent.

În prezent, modemurile dumb au intrat în categoria modemurilor inteligente (smart). În general, modemurile prezintă o interfaţă asincronă între acestea şi calculator, chiar dacă între ele comunicaţia este sincronă. Excepţie fac modemurile folosite la transmisiile prin protocoale X.25, packet-radio (AX.25) etc.

Modemurile moderne, deşi se prezintă ca o linie serială obişnuită, ascund o complexitate foarte mare – de fapt, comunicaţia modem-modem este realizată conform unor protocoale sofisticate.

Pentru a obţine un modem (intern, clasic) trebuie să se implementeze următoarele componente (vezi figura 1):

un circuit DAA (Direct Access Arrangement), care permite accesul la reţeaua telefonică publică (PSTN) şi oferă circuite de izolare şi o conexiune RJ-11 pentru realizarea legăturii fizice şi electrice cu reţeaua telefonică;

un codec, care permite conversia de la semnalele analogice existente pe liniile telefonice la valorile discrete binare necesare lucrului cu procesorul;

un DSP (Digital Signal Processor – procesor digital de semnal), care demodulează semnalele binare primite de la codec în octeţi de informaţie pentru procesor şi modulează datele primite de la procesor în valori discrete binare; această componentă poate să realizeze şi operaţii intens computaţionale, cum ar fi verificarea apariţiei erorilor sau comprimarea/decomprimarea datelor;

o memorie reinscriptibilă (de exemplu, EEPROM), folosită pentru a permite obţinerea de noi facilităţi, şi care oferă informaţii despre produs şi producător;

un UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter), care permite realizarea conversiei între magistrala de date a modemului şi magistrala procesorului sau magistrala sistemului.

Dar şi la modemurile create pentru binecunoscutele linii telefonice analogice au apărut unele modificări – winmodem-urile sau soft modem-urile. Acestea au implementată toată partea de procesare digitală de semnal şi funcţiile pentru controler în software, deci toate funcţiile sunt preluate de procesorul gazdă.

Page 266: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 1. Componentele unui modem intern.

Conceperea acestor modemuri a fost posibilă doar după ce puterea de procesare a unităţii centrale a fost suficientă pentru a nu supraîncărca tot sistemul cu procesarea datelor provenite de pe linia telefonică. Denumirea de soft modem este mai potrivită pentru aceste dispozitive, la care, în afară de câteva componente discrete, întreg modemul constă din driver-e (care asigură interfaţa cu sistemul de operare) şi procesorul utilizatorului.

Cu toate acestea, se mai foloseşte şi denumirea de winmodem, datorată faptului că multe versiuni funcţionează corect doar pe sistemele de operare Windows, unde este prezent şi suportul producătorilor de echipamente, spre deosebire de alte sisteme de operare.

Categorii de modemuri:

externe – cu adaptoare şi cabluri de conectare; interne – plăci pe socluri de extensie.

Variante hibride:

PCMCIA (PC Card) – pentru sloturi PCMCIA; fax-modemuri – derivate din fax.

Tipuri de modemuri:

ISDN (Integrated Services Digital Network), având canale D (Delta) şi B (Bearer), cu două tipuri de acces:

o BRI (Basic Rate Interface – interfaţă cu rată de bază): 2B + 1D;

Page 267: ECHIPAMENTE PERIFERICE

o PRI (Primary Rate Interface – interfaţă cu rată primară): 30B + 1D (Europa) / 23B + 1D (SUA, Japonia).

56 K, dezvoltate în două tipuri de tehnologii: o x2, cu un canal bidirecţional, ascendent (de emisie) şi un canal  descendent (de

recepţie); o V.flex2, pentru transmisii Internet rapide (videoconferinţe, conexiuni celulare

etc.). xDSL (Digital Subscriber Line – linie digitală de abonat), cu patru variante, în funcţie de

simetria benzii maxime alocate pentru transmisia şi recepţia datelor: o SDSL (Symmetrical DSL), mai puţin utilizate; o ADSL (Asymmetrical DSL), echivalente cu 250 de modemuri în paralel, la diferite

frecvenţe, conectate la calculator printr-o conexiune rapidă Ethernet sau USB; o HDSL (High-speed Digital Subscriber Line); o SHDSL (Symmetrical High-speed Digital Subscriber Line).

T1 şi T3 – modemuri pe linii de mare viteză, pentru organizaţii mari; cable modems (modemuri de cablu), standardizate prin DOCSIS (Data Over Cable

Service Interface Specification – specificaţiile interfeţei serviciului de date prin cablu), şi care pot fi conectate:

o pe cablu coaxial: o pe fibră optică.

3. Standarde pentru modemuri

LAPB (Link Access Procedure Balanced): presupune o negociere a vitezelor şi a extensiilor (V.42, LAPM etc.);

LAPM (Link Access Procedure Modem): este bazat pe LAPB, fiind un protocol tip sliding window, cu confirmare şi eventual cu compresie de date. Acest lucru nu este observat direct de utilizator, ci doar prin intermediul performanţelor echipamentului (corecţie automată a erorilor, viteză sporită etc.).

Exemple: modemurile moderne CCITT la viteze de 9.600, 14.400, 19.200/21.400, 28.800, cu corecţie de erori şi  compresie de date:

V.32, V.32b, V32t, V.34, V.42, V.42b etc.; MNP (Microcom Networking Protocol), prezentat în tabelul 1.

Tabelul 1. Protocolul MNPclasă eficienţă caracteristici

1 70% asincron, orientat pe octet, protejat la erori

2 84% asincron, orientat pe octet, protejat la erori

3 108% sincron, orientat pe bit, user-ul trimite şi recepţionează asincron

4 120% asamblare adaptivă a pachetelor, optimizare în fază a datelor,

raport de compresie 1,3 … 2

5 200% asamblare adaptivă a pachetelor, optimizare în fază a datelor,

raport de compresie 1,3 … 2

6 200% asamblare adaptivă a pachetelor, optimizare în fază a datelor,

raport de compresie 1,3 … 2

7 230-250% asamblare adaptivă a pachetelor, optimizare în fază a datelor,

raport de compresie 2,3 … 2,5

9   reduce datele suplimentare (retransmite doar datele incorecte)

10   îmbunătăţiri pentru canal (Adverse Channel Enhancements),

Page 268: ECHIPAMENTE PERIFERICE

pentru conexiuni zgomotoase, cu ecou sau cu lăţime limitată

       V.42. Caracteristici:

compatibil cu MNP 2 şi 4; foloseşte LAPM, deci rezultă o îmbunătăţire în flow control; funcţionare asemănătoare cu HDLC (orientat pe cadre, cu fereastră alunecătoare); renegocierea parametrilor transmişi pe parcursul legăturii; la modemurile compatibile V.32, există un scrambler care asigură variaţia informaţiei pe

canal (împrăştierea biţilor la destinaţie pe 16 poziţii); foloseşte FCS: sistem de comparare a fişierelor pe 16/32 de biţi; acceptă legături cu întârziere mare în transmisie (comunicaţii prin satelit).

       V.42bis. Are, în plus, rapoarte de compresie de până la 4:1. Este dezvoltat de CCITT, fiind similar cu MNP 5, dar oferă o îmbunătăţire a transferului cu până la 35 % faţă de acesta. În funcţie de tehnica de compresie, capacitatea de transfer poate creşte chiar de 4 ori.

Avantajele V.42bis, în comparaţie cu MNP 5 sunt:

analiza datelor înaintea transmiterii acestora; stabilirea utilităţii compresiei – V.42bis comprimă doar datele care se stabileşte că sunt

comprimabile, pe când MNP 5 comprimă indiferent de tipul datelor.

       V.44. Este noul algoritm adoptat pentru V.92, fiind bazat pe algoritmul LZJH (Lempel-Ziv-Jeff-Heath) – algoritm de compresie adaptiv, fără pierderi, de uz general, care oferă o rată de compresie mai ridicată faţă de V.42bis. Recomandarea acestuia este bazată pe performanţele sale pe o multitudine de tipuri de date, dar cu un accent special pe rezultatele obţinute în cazul paginilor HTML (Hyper Text Markup Language), date de complexitatea algoritmului şi de memoria utilizată (în comparaţie cu alţi algoritmi). Codorul este foarte eficient şi poate ajunge la performanţa de a coda un şir de două caractere cu doar 3 biţi, atunci când şirul este întâlnit pentru a doua oară în secvenţa datelor transmise.

Comparaţie V.44-V.42bis. Pentru a exemplifica eficienţa compresiei V.44 faţă de V.42bis, se consideră testul care presupune transferul mai multor tipuri de fişiere, atât date greu sau imposibil comprimabile (fişiere binare: executabile, grafice, arhive), cât şi date cu grad mare de redundanţă (fişiere text). Pentru o evaluare globală, se include şi un test compus din ambele tipuri de fişiere. În figura 2 se observă rezultatele obţinute în reprezentare grafică.

Page 269: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 2. Eficienţa relativă a diferitelor tipuri de compresie.

După cum se poate constata, în cazul compresiei V.44 se obţin rezultate mai bune decât în cazul V.42bis, dar nu cu valorile recomandate de producători, de până la 200 %. Se obţine o îmbunătăţire a transferului de date cu 38 % în cazul fişierelor grafice necomprimate pentru trecerea la V.44, dar pentru fişierele text şi pentru cel compus se obţin valori mai modeste, de 30% şi, respectiv, 12%. Modemurile folosite au fost Genius GM56PCI-L (winmodem), cu driver 6.00 pentru V.42, şi 8.02A Zoom pentru V.44.

V.90. Este o pereche formată dintr-un modem analogic şi unul digital, pentru utilizarea în reţeaua telefonică în comutaţie cu rată de bit de până la 56 Kbps flux descendent şi 33,6 Kbps flux ascendent, folosind codare PCM la fluxul descendent şi codare QAM la cel ascendent.

V.92. Este o pereche formată dintr-un modem analogic şi unul digital, pentru utilizarea în sistemul telefonic cu rate de până la 56 Kbps flux descendent şi până la 48 Kbps flux ascendent, folosind codare PCM în ambele sensuri şi suportând tehnologia „modem în aşteptare” (Modem on Hold).

3.1. Tipuri de modulaţii

Tipurile de modulaţii mai frecvent utilizate sunt (vezi figura 3):

modulaţia în amplitudine (MA): Amplitude Shift Keying (ASK); modulaţia în frecvenţă (MF): Frequency Shift Keying (FSK); modulaţia în fază (MP): Phase Shift Keying (PSK); modulaţia binară (MB): Binary Phase/BiPhase Shift Keying (BPSK); modulaţia în cuadratură (MQ): Quadrature Phase Shift Keying (QPSK); modulaţia în amplitudine în cuadratură (MAQ): Quadrature Amplitude Modulation (QAM); modulaţia impusurilor în cod (MIC) – Pulse Code Modulation (PCM).

La QPSK, zgomotul prezent pe canal poate fi mare, fără să influenţeze prea mult prin apariţia erorilor (vezi figura 4). Nu se poate spune acelaşi lucru şi despre QAM-16 sau QAM-128, care sunt mult mai susceptibile la zgomot pe canal, unde chiar şi un nivel de zgomot redus poate duce la erori multiple (vezi figura 5). Pentru a reduce rata erorilor, se introduce posibilitatea corecţiei erorilor prin adăugarea de biţi suplimentari fiecărui eşantion (redundanţă). Astfel de modulări sunt cunoscute sub numele de TCM (Trellis Coding Modulation – modulaţie prin codificare matriceală), iar reprezentările lor se numesc constelaţii.

Page 270: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 3. Tipuri comune de modulaţie: ASK, FSK, PSK, PSK/BPSK.

  

Fig. 4. Modulaţia QPSK cu şi fără zgomot.

Page 271: ECHIPAMENTE PERIFERICE

  

Fig. 5. Constelaţiile pentru modulaţiile QAM-16 şi QAM-128.

3.2. Compresie de date

Codorul foloseşte un dicţionar alcătuit din 3 părţi: vectorul rădăcină – conţine o înregistrare pentru fiecare caracter din alfabet şi este

determinat de mărimea în biţi a unui caracter. Pentru un alfabet cu caractere pe 8 biţi, vor exista 256 de înregistrări. Fiecare înregistrare este indexată de caracterul propriu şi serveşte ca rădăcină pentru o structură arborescentă, care conţine un index de coborâre la un anume nod într-un arbore de noduri. Indexul este punctul de plecare pentru coborârea în cadrul structurii arborescente.

arborele de noduri – conţine cuvintele-cheie create în timpul folosirii codorului şi segmentele şirului căruia îi corespund. Fiecare nod conţine un cuvânt de cod, poziţia în cadrul istoricului a primului caracter al segmentului din şir, numărul de caractere din segmentul de şir şi doi indici pentru legătura cu celelalte noduri.

Page 272: ECHIPAMENTE PERIFERICE

istoricul – conţine toate caracterele intrate în codor, în ordine, de la ultima reiniţializare a dicţionarului. Segmentele de şir din arborele de noduri sunt referite de poziţia primului caracter în istoric şi de lungime.

Fig. 6. Exemplu de structură arborescentă.

Figura 6 prezintă doar structurile care pornesc din rădăcinile A, B, C şi D. Fiecare segment de şir este reprezentat de un nod:

A şi I, după caracterul rădăcină B; G, R şi T, urmând segmentului de şir A; TERY, urmând segmentului de şir T; NARY, urmând segmentului de şir I; O şi E, după caracterul rădăcină D; CUMENT, urmând segmentului de şir O; ATION, urmând segmentului de şir CUMENT.

Şirurile reprezentate sunt: BA, BAG, BAR, BAT, BATTERY, BI, BINARY, DO, DOCUMENT, DOCUMENTATION, DE. Un şir complet se obţine pornind de la vectorul rădăcină şi apoi, preluând caracterul care urmează să fie codat, se completează cu secvenţe de şiruri succesive, în josul arborelui, folosind următoarele caractere de la intrare.

Decodorul foloseşte un dicţionar alcătuit din trei componente: colecţie de şiruri – defineşte şirurile obţinute în timpul procesului de decodare, care

corespund segmentelor de şir create în procesul de codare. Fiecare înregistrare are un cuvânt de cod, poziţia din istoric a ultimului caracter al şirului şi lungimea totală a şirului.

istoric – conţine toate caracterele decodate, în ordine, de la ultima resetare a dicţionarului. Este identic cu istoricul codorului, care este generat folosind:

caracterele rezultate din procesul de decodare.

3.3. Corecţie de erori

Un protocol care să implementeze şi corecţia erorilor poate fi folosit împreună cu un convertor de semnal, având astfel posibilitatea conceperii unui DCE (Data Communication Equipment) cu corecţia erorilor.

Un DCE conţine în mod uzual trei părţi (vezi figura 7):

circuite de interfaţare pentru DTE (Data Terminal Equipment); convertoare de semnal, pentru a putea transmite date prin circuitele telefonice;

Page 273: ECHIPAMENTE PERIFERICE

o interfaţă, pentru a coordona funcţionarea circuitelor de schimb şi a convertorului de semnal. Pentru a se implementa o funcţie de corecţie a erorilor, interfaţa între calculator şi liniile telefonice trebuie să conţină şi funcţii care să permită corecţia erorilor.

DTE Circuite interconectare V.24 Funcţie control Convertor

semnal Reţea

telefonică

     

DTE Circuite interconectare V.24 Funcţie control

Funcţie control erori

Convertor semnal

Reţea telefonică

Fig. 7. Modem cu şi fără corecţia erorilor.

Un protocol care implementează corecţia erorilor trebuie să opereze în două faze:

iniţial, se stabileşte o conexiune fizică între convertoarele de semnal, după cum este specificat de standardele din seriile V;

în continuare, DCE-ul trebuie să ofere un mecanism prin care să se poată activa sau dezactiva protocolul de corecţie a erorilor. Mecanismul este folositor pentru cazurile în care nu ambele dispozitive de la capetele conexiunii dispun de corecţia erorilor sau atunci când o astfel de funcţionare nu este necesară, de exemplu, atunci când se oferă corecţia erorilor într-un nivel superior al conexiunii.

Funcţia implementată pentru corecţia erorilor trebuie să depăşească atributele unei funcţii obişnuite de corecţie, deoarece DCE-ul care poate corecta erori trebuie să detecteze dacă DCE-ul de la distanţă poate oferi sau nu corecţia erorilor – această facilitate este prezentă doar la DCE-urile cu corecţia erorilor.

3.4. Tipuri de conectare

Modul de conectare al unui modem la calculator poate fi diferit de interfaţa serială RS-232C, cea mai des întâlnită. Printre modurile uzuale întâlnite se pot aminti: PCI, USB, ISA, AMR, CNR şi ACR (vezi figura 8). Modul cel mai lipsit de griji la conectarea unui modem este conectarea acestuia prin intermediul unui port serial al calculatorului (sau alte echipamente). Modemurile externe sunt şi mai facil de diagnosticat, deoarece prezintă indicatori luminoşi despre starea lor şi a semnalelor recepţionate, dezavantajul principal fiind necesitatea folosirii unei surse de alimentare externe.

Conexiunile prin intermediul USB prezintă toate avantajele portului serial şi, în plus, oferă alimentarea modemului prin intermediul calculatorului, respectiv, conexiunea USB; aceste modemuri pot fi, însă, şi soft modem-uri.

Conexiunile PCI (Peripheral Component Interconnect) oferite pentru modemuri sunt ideale în cazul în care nu se doreşte ocuparea suplimentară a biroului cu echipamente de comunicaţie. De multe ori, acestea sunt doar winmodem-uri şi niciun modem PCI nu dispune de indicatori despre starea echipamentului. Conexiunile ISA (Industry Standard Architecture) sunt asemănătoare celor PCI şi sunt disponibile doar în sistemele de calcul mai vechi, magistrala ISA fiind o magistrală pe 16 biţi, iar majoritatea modemurilor ISA sunt modemuri hardware.

Page 274: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Conectoarele AMR (Audio Modem Riser), CNR (Communications and Network Riser) şi ACR (Advanced Communications Riser) sunt sloturi care au fost create doar pentru instalarea echipamentelor care nu deţin parte de procesare proprie, folosindu-se de cea a sistemului gazdă (HSP – Host Signal Processing). Deoarece toate funcţiile de control şi procesare depind de procesorul gazdă, aceste dispozitive sunt mult mai ieftine de produs decât cele create pentru alte interfeţe. Interfeţele fiind destinate pieţei pentru plăcile de bază, există doar un singur slot dedicat unui singur dispozitiv.

Un modem AMR nu prezintă o implementare PnP (Plug and Play), lucru valabil şi în cazul CNR. Pentru aceste dispozitive, driver-ele pentru sistemul de operare trebuie instalate manual; altfel, echipamentul nu poate fi folosit, deoarece fie nu este detectat, fie este detectat incorect. Echipamentele AMR au fost introduse de Intel în anul 1998 şi dispun de 46 de pini pentru conectarea la echipamentele care suportă acest standard. Metoda de conectare la magistrala sistemului este denumită AC-Link şi este reprezentată de o interfaţă serială.

Fig. 8. Tipuri de plăci de extensie folosite pentru modemuri.

Slotul CNR este un tip mai nou, oferind posibilitatea de a realiza şi legături cu reţele de calculatoare (placă de reţea) şi fiind introdus tot de Intel în anul 2000. Dispune de 30 de pini

Page 275: ECHIPAMENTE PERIFERICE

pentru conectare şi are ca noutate suportul pentru interfeţe USB şi SMBus (permite accesul la memoria EEPROM, care conţine identificatorul producătorului şi o identificare facilă).

Slotul ACR dispune, în plus, de posibilitatea de a fi utilizat şi pentru plăci de sunet, de reţea sau pentru modemuri broadband şi a fost dezvoltat de firmele AMD şi 3Com în anul 2000. Acesta foloseşte pentru conectare un slot PCI inversat. Dacă este folosit doar ca placă de sunet/modem, poate fi construit cu un conector compatibil AMR, oferind, de asemenea, o magistrală de mare viteză pentru pachete DSL.

3.5. Modemuri compatibile Hayes

Modemurile inteligente sau, cum mai sunt denumite, modemurile compatibile Hayes – după firma care a introdus acest tip de modem – permit atât comunicaţii de date în mod transparent, cât şi recepţia şi răspunsul la comenzi date de utilizator. Aceste modemuri acceptă setul de comenzi AT (toate comenzile încep cu AT). Pot fi mai multe comenzi pe linie, până la 40 de caractere, spaţiile nu se iau în considerare.

Acest tip de modemuri se foloseşte pentru linii telefonice comutate, tip dial-up, adică linii la care mai întâi trebuie să aştepte tonul, să formeze numărul şi să renunţe în caz de ocupat, iar, dacă răspunde un modem, să negocieze cu acesta viteza de transfer maximă, protocolul de corecţie şi/sau compresie etc. Ideea este că, până la stabilirea unei conexiuni modemul, este în modul de comandă (în care acceptă comenzi). După stabilirea conexiunii şi până la terminarea ei, modemul este în modul de comunicaţie transparent.

Un modem inteligent acceptă comenzi prin aceeaşi interfaţă prin care se realizează şi schimbul de date. Unul dintre primele modemuri introduse pe piaţă a fost Smartmodem 1200, produs de Hayes Microcalculator Products Inc. Comenzile sunt în format ASCII, iar modemul poate răspunde prin aceeaşi interfaţă cu coduri de stare sau cu mesaje.

Exemplu. Comanda ATDP0219494 cere modemului să deschidă linia, să aştepte tonul (modemul, în modul de dialog de tip dial-up, poate fi programat să formeze numărul corespondentului imediat după deschiderea liniei, fără a verifica dacă are ton) şi, în cazul în care are ton, va forma numărul 0219494 în puls. În funcţie de ceea ce se întâmplă la celălalt capăt al liniei, modemul va întoarce diferite informaţii, cum sunt:

no dial tone (dacă nu există ton); busy (dacă numărul apelat este ocupat); no carrier (dacă nu s-a reuşit conectarea cu modemul partener); connect 9600 (dacă s-a reuşit conectarea la viteza de 9600 bps).

3.5.1. Comenzile AT

Setul de comenzi AT constă dintr-un număr de comenzi de bază şi din extensii ale acestora. Comenzile sunt iniţiate prin transmiterea unui cod de atenţionare, urmat de o comandă sau un set de comenzi şi parametrii acestora. Codul de atenţionare este reprezentat de secvenţa AT (prescurtare de la ATtention).

După ce modemul se conectează cu succes la un alt modem, acesta va trece din modul de comandă în modul de transmisie de date. În acest mod, toate informaţiile primite vor fi considerate ca fiind date şi sunt trimise către celălalt modem. Pentru a putea, totuşi, trimite comenzi, se poate specifica o secvenţă de caractere escape după care, atunci când va fi întâlnită de către modem, acesta va interpreta caracterele care îi urmează la fel ca în modul de comandă.

Page 276: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Secvenţa escape implicită este +++. Aceasta poate fi modificată prin intermediul unui registru al modemului.

Formatul de bază al unei comenzi este:

AT comandă [parametri] [comandă] [parametri] […] <CR>

Exemple: In este comandă pentru afişarea diferitelor informaţii despre modem şi starea sa, I0 afişează un cod numeric al produsului, I1 afişează informaţii despre produs şi suma de control a memoriei ROM interne etc.

3.5.2. Registrele S

Anumiţi parametri ai modemurilor pot fi setaţi folosind registrele. Modemurile moderne pot oferi un număr foarte mare de registre (peste 100), dar cele mai importante sunt primele 13 registre, oferite de toate modemurile compatibile Hayes. Comanda pentru citirea valorii registrului n are formatul ATSn?. Comanda pentru setarea registrului n la valoarea x are formatul ATSn=x.

Exemplu. Dacă se doreşte citirea valorii registrului 6, se va trimite modemului comanda: ATS6? Modemul va răspunde printr-o valoare cuprinsă între 2 şi 255, care indică timpul de aşteptare a tonului de către modem, exprimat în secunde. Dacă se doreşte să se modifice durata de aşteptare la 4 secunde, atunci va trebui trimisă către modem următoarea comandă: ATS6=4.

3.5.3. Comenzile AT extinse

La comenzile deja prezentate, se adaugă şi comenzile extinse. Comenzile extinse sunt precedate de simbolul &. Există, în funcţie de producătorul modemului, şi alte seturi de comenzi extinse, care sunt delimitate de alte caractere, cum sunt caracterele * sau \. Una dintre comenzile extinse comune este comanda &T. Această comandă cere modemului să efectueze anumite teste pentru diagnosticare.

În afara comenzilor &T, există numeroase alte comenzi extinse, dar, deoarece aceste comenzi au fost adăugate setului iniţial de comenzi de bază AT, nu au întotdeauna aceleaşi specificaţii la diferiţi producători. În plus, unele dintre comenzi pot lipsi la anumite modele, facilităţile comenzilor extinse fiind date strict de producător.

3.5.4. Autotestarea modemurilor

Majoritatea modemurilor îşi pot executa un autotest pentru verificarea funcţionării corecte. Modul în care se realizează autotestarea este următorul.

Page 277: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 9. Schema bloc a unui modem compatibil Hayes cu autotest.

După iniţializarea autotestului, emiţătorul modemului este legat la receptor, tăindu-se orice legătură anterioară la o linie de comunicaţie. Datele emise sunt demodulate de către receptor şi trimise către un comparator de şabloane, care include o memorie ROM, conţinând aceeaşi secvenţă de date care a fost emisă de generatorul de şabloane. Comparatorul de şabloane va compara datele şi va întoarce OK sau O dacă datele sunt corecte, respectiv, ERROR (ER) dacă nu s-a recepţionat acelaşi lucru. Schema bloc a unui modem în timpul autotestului este prezentată în figura 9.

Echipamente si protocoale de comunicatie

1. Obiectivul lucrarii

Lucrarea isi propune, pe de o parte, familiarizarea cu setul de comenzi AT folosite de catre modemurile compatibile Hayes, iar, pe de alta parte, studiul celor mai utilizate protocoale de comunicatie Internet.

2. Introducere teoretica

2.1. Modemuri

In trecut, in cadrul modemurilor existau echipamente care ofereau comunicatii seriale transparente utilizatorilor, asa numitele modemuri dumb, acestea fiind ideale pentru linii dedicate. In prezent, aceste modemuri au intrat in categoria modemurilor inteligente (smart), prin faptul ca ofera doua moduri de operare:

modul de comanda: accepta secvente de control de la calculator; modul de transmisie (on-line): se comporta transparent.

Initial, toate modemurile foloseau tehnologii analogice, dar, in ultima perioada, chiar si modemurile clasice pot utiliza tehnologii digitale pentru obtinerea unor rate de transfer imbunatatite (este vorba de tehnologiile V.90 si V.92).

Page 278: ECHIPAMENTE PERIFERICE

In afara de modemurile pentru linii telefonice clasice, notiunea de modem a trecut granita telefoniei, existand atat modemuri pentru cablu coaxial (cable modem), modemuri in tehnologie digitala care folosesc tot linii telefonice – tehnologia xDSL (modem ADSL, SDSL), cat si modemuri radio.

2.2. Modemuri inteligente

Modemurile inteligente sau, cum mai sunt denumite, modemurile compatibile Hayes – dupa firma care a introdus acest tip de modem – permit atat comunicatii de date in mod transparent, cat si receptia si raspunsul la comenzi date de utilizator.

Un modem inteligent accepta comenzi prin aceeasi interfata prin care se realizeaza si schimbul de date. Unul dintre primele modemuri introduse pe piata a fost Smartmodem 1200, produs de Hayes Microcalculator Products Inc. Comenzile sunt in format ASCII, iar modemul poate raspunde prin aceeasi interfata cu coduri de stare sau cu mesaje.

Exemplu. Comanda ATDP0219494 cere modemului sa deschida linia, sa astepte tonul (modemul, in modul de dialog de tip dial-up, poate fi programat sa formeze numarul corespondentului imediat dupa deschiderea liniei, fara a verifica daca are ton) si, in cazul in care are ton, va forma numarul 0219494 in puls. In functie de ceea ce se intampla la celalalt capat al liniei, modemul va intoarce diferite informatii, cum sunt:

no dial tone (daca nu exista ton); busy (daca numarul apelat este ocupat); no carrier (daca nu s-a reusit conectarea cu modemul partener); connect 9600 (daca s-a reusit conectarea la viteza de 9600 bps).

2.3. Descrierea modemului ZyXEL U90-E

Fig. 1. Panoul frontal al modemului ZyXEL U90-E.

Modemul care poate fi folosit in cadrul aplicatiei de laborator este un modem inteligent, dintre facilitatile sale putand enumera:

detectarea automata a tipului de apel voce/date; mod de transmisie sincron si asincron (maxim 33,6 Kbps in mod sincron); reantrenare rapida cu posibilitate de fall-forward si fall-back, permitand

modemului sa reduca viteza cand comunicatia se face cu un modem mai putin rapid sau cand apar probleme datorate liniei telefonice;

tonuri de apel diferite in functie de tipul apelului (necesita software special);

posibilitate de configurare de la distanta;

Page 279: ECHIPAMENTE PERIFERICE

memoria flash EPROM permite actualizarea simpla prin noi versiuni de firmware, oferind acces la noi facilitati.

Tabelul 1 prezinta semnificatia LED-urilor de pe panoul frontal al modemului.

Tabelul 1 Descrierea indicatorilor luminosi

LED Descriere

HSHigh Speed indica faptul ca modemul este in modul V.34 sau V.90; cand este in mod handshake, se aprinde intermitent.

AAAuto-Answer este aprins cand modemul preia automat apelurile primite si se aprinde intermitent cand este apelat. In modul de corectie a erorilor, se aprinde intermitent cand retransmite date.

CDCarrier Detect se aprinde atunci cand este detectata o purtatoare valida pe linie.

OHOff-Hook se aprinde cand modemul este in modul date sau linia este deschisa, si este stins atunci cand modemul este in mod comunicare sau linia este inchisa.

DTRData Terminal Ready se aprinde atunci cand DTE-ul sau calculatorul indica faptul ca este pregatit pentru a incepe comunicarea si este stins atunci cand DTE-ul nu poate trimite date.

DSRData Set Ready se aprinde cand modemul este pregatit pentru comunicatie si este stins cand modemul nu este pregatit.

CTSClear To Send este aprins atunci cand modemul poate accepta date pentru transmisie. Indica starea semnalului RS-232 CTS.

RTSRequest To Send indica starea semnalului RS-232 de la DTE. RTS este folosit pentru controlul fluxului de date hardware in modul asincron de transmisie a datelor.

TXD Transmit – transmisie.

RXD Receive – receptie.

SQ Signal Quality – calitatea semnalului.

TST Test – testare.

Page 280: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Apasarea butonului A/O va seta modemul in modul initiator, iar eliberarea acestuia va trece modemul in mod raspuns. Butonul D/V comuta intre modul date si modul voce, fiind util cand se conecteaza un telefon la modem.

2.4. Comenzile AT

Setul de comenzi consta dintr-un numar de comenzi de baza si din extensii ale acestora. Comenzile sunt initiate prin transmiterea unui cod de atentionare, urmat de o comanda sau un set de comenzi si parametrii acestora. Codul de atentionare este reprezentat de secventa AT (prescurtare de la ATtention).

Dupa ce modemul se conecteaza cu succes la un alt modem, acesta va trece din modul de comanda in modul de transmisie de date. In acest mod, toate informatiile primite vor fi considerate ca fiind date si sunt trimise catre celalalt modem. Pentru a putea, totusi, trimite comenzi, se poate specifica o secventa de caractere escape dupa care, atunci cand va fi intalnita de catre modem, acesta va interpreta caracterele care ii urmeaza la fel ca in modul de comanda. Secventa escape implicita este +++. Aceasta poate fi modificata prin intermediul unui registru al modemului.

Formatul de baza al unei comenzi este:

AT comanda [parametrii] [comanda] [parametri] […] <CR>

Setul comenzilor AT de baza este prezentat in tabelul 2.

Tabelul 2 Setul de baza al comenzilor AT pentru modemuri

Comanda Descriere

A raspunde la apel

A/ repeta ultima comanda

B selecteaza metoda de modulatie a modemului

C porneste sau opreste putatoarea modemului

D formeaza un numar de telefon

E permite sau inhiba ecoul caracterelor trimise catre modem

F comuta intre modurile full duplex si half duplex

H inchide sau deschide linia

I solicita codul de identificare sau suma de control

Page 281: ECHIPAMENTE PERIFERICE

L selecteaza volumul difuzorului

M porneste sau opreste difuzorul

N negociaza optiunile de handshake

O pune modemul on line

P apel de tip puls

Q solicita modemului sa permita transmisia unui cod de stare

R comuta modemul in modul "numai initiere"

S scrie sau citeste continutul unor registre ale modemului

T apel de tip ton

V trimite codurile de stare ca numere sau ca mesaje

W selecteaza mesajul de negociere a legaturii

X selecteaza setul de baza sau setul extins de coduri de stare

Z reinitializeaza modemul

Exemple: In este comanda pentru afisarea diferitelor informatii despre modem si starea sa, I0 afiseaza un cod numeric al produsului, I1 afiseaza informatii despre produs si suma de control a memoriei ROM interne etc.

2.5. Registrele S

Anumiti parametri ai modemurilor pot fi setati folosind registrele. Modemurile moderne pot oferi un numar foarte mare de registre (peste 100), dar cele mai importante sunt primele 13 registre, oferite de toate modemurile compatibile Hayes.

In tabelul 3 sunt prezentate cele 13 registre, valorile implicite si domeniul in care acestea pot lua valori

Tabelul 3 Setul de registre de baza pentru modemuri compatibile Hayes

Registru Functie Valoare implicita Domeniu

S0 numar apeluri auto-raspuns

 

0–255

Page 282: ECHIPAMENTE PERIFERICE

S1 numar apeluri 0 0–255

S2 caracter escape ASCII 43 ASCII 0–127

S3 caracter Carriage Return ASCII 13 ASCII 0–127

S4 caracter Line Feed ASCII 10 ASCII 0–127

S5 caracter Backspace ASCII 8 ASCII 0–127

S6 timp asteptare ton apel (s) 2 2–255

S7 timp asteptare purtatoare (s) 30 1–255

S8 lungime pauza de virgula (s) 2 0–255

S9

timp de raspuns fata de detectia purtatoarei

(×0,1 s)

6 1–255

S10 intarzierea dintre pierderea purtatoarei si inchiderea liniei (×0,1 s)

7 1–255

S11 durata tonurilor si a pauzelor (ms) 70 50–255

S12 timp de garda al secventelor Escape (×20 ms)

50 0–255

Comanda pentru citirea valorii registrului n are formatul ATSn?.

Comanda pentru setarea registrului n la valoarea x are formatul ATSn=x.

Exemplu. Daca se doreste citirea valorii registrului 6, se va trimite modemului comanda: ATS6? Modemul va raspunde printr-o valoare cuprinsa intre 2 si 255, care indica timpul de asteptare a tonului de catre modem, exprimat in secunde. Daca se doreste sa se modifice durata de asteptare la 4 secunde, atunci va trebui trimisa catre modem urmatoarea comanda: ATS6=4

2.6. Comenzi AT extinse

La comenzile deja prezentate, se adauga si comenzile extinse. Comenzile extinse sunt precedate de simbolul &. Exista, in functie de producatorul modemului, si alte seturi de comenzi extinse care sunt delimitate de alte caractere, cum sunt caracterele * sau \.

Una dintre comenzile extinse comune este comanda &T. Aceasta comanda cere modemului sa efectueze anumite teste pentru diagnosticare.

In tabelul 4 se prezinta pe scurt functiile asociate seriei de comenzi AT extinse &T.

Page 283: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Tabelul 4 Comenzile extinse posibile pentru &T

Comanda Functie

&T0 termina testul curent

&T1 initiaza bucla locala analogica

&T2 initiaza bucla locala digitala

&T6 initiaza bucla digitala la distanta

&T7 initiaza bucla locala digitala cu auto-test

&T8 initiaza bucla locala analogica cu auto-test

In afara comenzilor &T, exista numeroase alte comenzi extinse, dar deoarece aceste comenzi au fost adaugate setului initial de comenzi de baza AT nu au intotdeauna aceleasi specificatii la diferiti producatori. In plus, unele dintre comenzi pot lipsi la anumite modele, facilitatile comenzilor extinse fiind date strict de producator.

2.7. Auto-testarea modemurilor

Majoritatea modemurilor isi pot executa un auto-test pentru verificarea functionarii corecte. Modul in care se realizeaza auto-testarea este urmatorul. Dupa initializarea auto-testului, emitatorul modemului este legat la receptor, taindu-se orice legatura anterioara la o linie de comunicatie. Datele emise sunt demodulate de catre receptor si trimise catre un comparator de sabloane, care include o memorie ROM continand aceeasi secventa de date care a fost emisa de generatorul de sabloane. Comparatorul de sabloane va compara datele si va intoarce OK sau O daca datele sunt corecte, respectiv ERROR (ER) daca nu s-a receptionat acelasi lucru. Schema bloc a unui modem in timpul auto-testului este prezentata in figura 2.

Fig. 2. Schema bloc a unui modem compatibil Hayes cu auto-test.

Page 284: ECHIPAMENTE PERIFERICE

3. Descrierea aplicatiei

3.1. Aplicatia Server

Aceasta parte a lucrarii se refera la studiul comenzilor AT pentru modemuri compatibile Hayes. Pentru ca programul CSClient sa functioneze corect, in cadrul retelei trebuie sa existe cel putin o statie care sa ruleze programul CSServer.

Programul trebuie pornit inainte ca statiile sa se conecteze la calculatoarele care dispun de modem. Programul accepta conexiuni cu statiile din retea si asigura atat interfata dintre acestea si modem, cat si simularea unui modem in cazul in care acesta nu este disponibil. Programul poate accepta ca parametru numele portului serial la care este legat modemul, pentru cazul in care se foloseste un modem. Statiile care dispun de modem vor avea posibilitatea de a alege intre pornirea cu sau fara utilizarea modemului, prin selectarea shortcut-ului corespunzator de pe desktop:

CSServer – nu se doreste folosirea modemului; CSServer COM1 – modemul se afla conectat la primul port serial, CSServer COM2 – modemul se afla conectat la al doilea port serial.

Deoarece partea de server este implementata pentru a fi transparenta utilizatorului, programul ruleaza in mod consola si ofera in special informatii legate de statiile care se conecteaza si se deconecteaza, dupa cum se observa in figura 3.

Fig. 3. Exemplu de rulare al aplicatiei CSServer.

3.2. Aplicatia Client

Se lanseaza programul CSClient, care asigura comunicatia intre statia de lucru si calculatorul care contine programul CSServer, unde poate exista un modem la care se trimit comenzi. In cazul in care modemul nu este disponibil sau nu se doreste folosirea sa, raspunsurile modemului vor fi simulate. Un exemplu de utilizare a programului CSClient este reprezentat in figura 4.

Page 285: ECHIPAMENTE PERIFERICE

Fig. 4. Exemplu de rulare al aplicatiei CSClient.

Meniul ofera acces la urmatoarele functii:

Meniu o Despre: ofera informatii suplimentare despre CSClient; o Iesire: permite terminarea lucrului cu programul CSClient;

Actiuni: este functional doar dupa stabilirea legaturii cu modulul CSServer. Pentru executarea comenzilor trebuie aleasa destinatia dorita, prin intermediul butoanelor Simulator sau Modem. Atentie: unele comenzi au sens numai in cazul prezentei a doua modemuri in cadrul retelei.

o Initializare modem: modifica textul campului Comanda cu un sir corespunzator comenzilor de initializare standard (ATZ S11=50);

o Descriere modem: modifica textul campului Comanda pentru a obtine informatii de la modem cu privire la producator (ATI1);

o Resetare modem: modifica textul campului Comanda corespunzator comenzii de resetare modem (ATZ);

o Initiere apel: modifica textul campului Comanda pentru a face posibila initierea unei conexiuni cu un alt modem (ATD);

o Preluare apel: modifica textul campului Comanda pentru a face posibil raspunsul la un apel initiat de un alt modem (ATA);

Ajutor – Comenzi AT: prezinta o lista in care se regasesc atat comenzile AT de baza, registrele S, cat si comenzile AT extinse, fiecare cu o scurta descriere.

Conectarea se poate realiza fie prin introducerea numelui asignat statiei (de exemplu: Nt_1, Nt_2 s.a.m.d.), fie prin introducerea adresei IP (de exemplu: 141.85.107.xx) a statiei, in campul Adresa server, pe care ruleaza programul CSServer, dupa care se apasa butonul Conectare. Daca s-a realizat o conexiune, butonul Conectare isi modifica textul in Deconectare.

Dupa conectarea la o statie care ruleaza programul CSServer si confirmarea conectarii, se poate incepe trimiterea de comenzi. In cazul existentei unui modem conectat la statie, se pot trimite comenzi atat modemului (fizic) prin intermediul butonului Modem, cat si simulatorului prin

Page 286: ECHIPAMENTE PERIFERICE

intermediul butonului Simulator. Comenzile vor fi introduse in campul marcat Comenzi. In cazul trimiterii de comenzi catre simulator, acesta analizeaza comenzile corecte si prezinta o scurta descriere a acestora pentru o mai usoara intelegere. Daca se doreste resetarea zonei de prezentare a comenzilor si raspunsurilor, se va apasa butonul marcat X.

In partea de jos, se afla o zona unde sunt prezentate atat comenzile introduse, cat si raspunsurile obtinute de la modem sau de la simulator.

4. Desfasurarea lucrarii

1. Pentru familiarizarea cu comenzile AT, initial toate comenzile sunt recomandate a fi trimise doar Simulatorului.

Se va incepe cu comenzi simple AT din cadrul comenzilor de baza, se va continua cu controlul si afisarea parametrilor prin intermediul Registrelor S, iar in final se vor testa comenzile AT extinse.

Comenzi AT baza: o identificarea parametrilor modemului; o controlul difuzorului si al volumului difuzorului; o prezentarea codurilor raportate la conectare.

Registre S: o modificarea caracterelor de control escape, backspace, CR, LF; o modificarea timpului de asteptare a apelului; o numarul de apeluri pana la auto-raspuns.

Comenzi AT extinse: o modul de lucru: pe linie inchiriata sau pe linie telefonica; o testarea modemului; o tipurile de legaturi efectuate.

2. Dupa familiarizarea cu comenzile AT, o parte din comenzi se vor trimite modemului pentru a observa raspunsul acestuia. Comenzile alese se vor orienta catre modificarea registrelor S si autotestare.

3. In final, se poate realiza conectarea intre modemuri, prin intermediul “liniei telefonice”. Pentru aceasta, trebuie sa existe doua statii cu modemuri, avand programul CSServer deja lansat. Inainte de realizarea conexiunii, mai trebuie initializat modul de lucru de tip linie inchiriata (AT&L1), deoarece modemurile sunt conectate direct prin intermediul unui cablu telefonic si nu prin reteaua telefonica, in acest caz nefiind necesara identificarea lor (din cauza conexiunii punct-la-punct). De la oricare statie se poate trimite unuia dintre modemuri comanda de preluare automata apel (ATA), iar oricare alta statie poate trimite celuilalt modem comanda de formare a numarului (ATD). Observatie. Este posibil ca ambele actiuni sa fie efectuate de la aceeasi statie, cu conditia de a lansa doua instante ale programului CSClient.

4. In cea de-a doua parte a lucrarii, se parcurge prezentarea interactiva de tip html a echipamentelor si protocoalelor  de comunicatie Internet, realizata sub forma unei pagini web off-line. Sunt prezentate echipamente folosite in comunicatii: repetoare, hub-uri, switch-uri, punti, router-e, placi de retea, cat si detalii asupra comunicatiilor internet: modelul OSI si modelului TCP/IP.

5. Intrebari

Page 287: ECHIPAMENTE PERIFERICE

1. Precizati alte tipuri de modemuri decat cele strict analogice. 2. Cum poate dobandi modemul noi facilitati, in afara de cele implicite, de exemplu V.92? 3. Care registru memoreaza caracterul ASCII backspace? 4. Prezentati (la alegere) o comanda extinsa si semnificatia ei. 5. Din care categorie face parte comanda pentru auto-testare, AT&T0? 6. Deoarece comanda D este folosita pentru efectuare de apel, de ce nu se specifica un

numar in cadrul conexiunii modem-modem? 7. Comanda ATZ&L1 este corecta? Daca da, din care categorie face parte? 8. Comanda ATC este corecta? Daca da, ce realizeaza? 9. Care comenzi sunt trimise pentru initializarea modemului (din aplicatia CSClient) si care

sunt semnificatiile acestora? 10. Care mod de lucru trebuie sa fie ales inainte de efectuarea conectari celor doua

modemuri din retea? 11. Care sunt conditiile care trebuie indeplinite inainte de conectarea celor doua modemuri

din retea? 12. Timpul de asteptare al tonului de apel se poate modifica? Printr-o comanda AT de baza

sau prin una extinsa?