Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

Embed Size (px)

Citation preview

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    1/210

    2. ECHIPAMENTE DE STOCAREPE SUPORT MAGNETIC

    2.1. GENERALITI

    2.1.1. Introducere

    Apariia unitilor de discuri magnetice a fost precedat de apariiaechipamentelor cu tambur magnetic. Ca exemplu se poate da apariia n anul1948 a tamburului magnetic acoperit cu nichel, avnd 47 de piste, 2.560 bii pepist i timp mediu de acces de 15,6 ms. Tamburul magnetic este preferatdatorit timpului de acces convenabil. Apar limitri datorit utilizrii numai asuprafeei exterioare, realizarea discurilor acoperite pe ambele pi implicnddificulti tehnologice. Problema esenialeste meninerea unei distane de separare suficient

    de mici, dar stabile, ntre suprafaa discului i capul magnetic. n 1956, IBMcomercializeaz prima unitate de disc magnetic cu capete plutitoare. Sefolosete principiul pernei de aer, care const n introducerea de aer subpresiune printr-un orificiu al capului. Distanele de separare sunt de ordinulmicronilor sau chiar submicronice. Structura unei uniti de disc magnetic este prezentatn figura 2.1.

    Fig. 2.1.Structura unei uniti de discuri magnetice.

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    2/210

    Echipamente periferice

    1

    Componenteleunei uniti de disc magnetic sunt: unul sau mai multe discuri; ansamblul capetelor i circuitelor de scriere/citire;

    ansamblul de fixare i antrenare al suportului; sistemul de poziionare a capetelor (n cazul capetelor mobile); blocul logic de comand i circuitele de interfa; panoul de comand i vizualizare al unitii.Unitile de discuri magnetice sunt conectate la sistem prin intermediul

    unitii de legtur. O unitate de legturpoate controla mai multe uniti dediscuri, realiznd transmiterea informaiei ntre procesor i unitatea de discuri. ninterfa, se face controlul structurii nregistrrii, precum i conversia adreselor

    logice n adrese specifice sistemului concret de acces (pist, sector etc.).

    2.1.2. Suportul i organizarea informaiei

    Suportuleste alctuit dintr-un disc cu rol de substrat, acoperit cu unstrat cu proprieti magnetice.

    Substratuleste realizat din Al, plastic sau, mai nou, din sticl. Pentruaceste materiale i pentru prelucrare se impun condiii de rugozitate i

    planeitate deosebite, precum i o bunstabilitate termic. Substratul este dedoufeluri: rigid (aluminiu sau aliaje); flexibil (mylar, plastic etc.).Stratul magnetica fost realizat la nceput din Fe2O3, n amestec cu

    ini epoxidice, grosimea stratului fiind de la 1 la 5 microni. Apoi s-a trecut lautilizarea tehnologiei peliculelor subiri, care a permis obinerea unor densitide informaie mult mai mari. Suportul este alctuit din unul sau mai multe discuri

    plasate pe acelai ax, acestea putnd sau neputnd fi demontabile. Din acestpunct de vedere, se deosebesc: discuri fixe, care au suportul permanent montat; discuri amovibile, care au suport demontabil i, n consecin,

    capacitatea de memorare esteoff-line.n figura 2.2 este prezentat structura generala unei nregistrri pe

    disc, n care:SI sincronizare nregistrare;

    CA control adres;CD control date.

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    3/210

    Echipamente de stocare pe suport magnetic

    17

    GAP SIAdres

    nregistrareCA Zonde date CD GAP

    Fig. 2.2.Structura generala unei nregistrri pe disc.

    Cerinelestructurii de nregistrare sunt: aibun reper de nceput de nregistrare care spoatfi utilizat de

    sistemul de acces (GAP);

    conininformaii necesare identificrii i verificrii adresei; indice corect nceputul i sfritul zonei efective de date; conin informaii de control pentru detectarea erorilor de

    scriere/citire.

    2.1.3. Dificulti la scriere i citire

    Dificultile principale la reconstrucia unui semnal din nregistrareamagneticde densitate ridicatprovin din:

    distorsiunile semnalului datorate interfeei tranziiilor adiacente; micorarea raportului semnal-zgomot (RSZ) odat cu creterea

    densitii de nregistrare.La citire, semnalul are ntre 1 i 5 mV. Nu apar probleme la densiti

    mici, ns la densiti mari apar distorsiuni de faz i de amplitudine. Pentrucaracterizarea sistemelor de citire/scriere, s-a definit o mrime numit indicelede rezoluie al capului(IR):

    amplitudinea semnalului de citire la frecvena ce mai naltIR=

    amplitudinea semnalului de citire la frecvena ce mai joas(2.1)

    Este clar faptul cntotdeauna IR< 1. Un sistem cap-disc cu o valoaresczuta lui IRpresupune existena unui sistem mai sofisticat de citire pentrucompensarea distorsiunilor.

    Un exemplude structurde adresare (subsistem cu 8 uniti de discuri)este prezentat n tabelul 2.1.

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    4/210

    Echipamente periferice

    1

    Tabelul 2.1. Structura de adresare

    0 1 2 3 4

    O unitatede legtur

    8 uniti dediscuri

    magnetice400 cilindri 20 capete 6 sectoare

    2.1.4. Parametrii i modul de organizare al discului

    Capacitateaunitii de disc este cantitatea de informaii care se poate

    memora pe discurile instalate la un moment dat n unitate:

    C=dl dr S Nf, (2.2)

    unde:dl= densitatea liniarde nregistrare pe pist(bpi sau bpc);dr= densitatea radialde nregistrare a pistelor (tpi sau tpc);S = suprafaa coroanei circulare cuprinse ntre pista 0 de raz R0 i pista

    maxim Nde raz RN;Nf= numrul de fee active.Pe lng capacitatea total, se poate indica i capacitatea formatat,

    care este mai mic dect capacitatea total, deoarece se obine n urmaformatrii tuturor pistelor unui disc, ceea ce presupune alocarea anumitor zonepentru organizarea informaiei pe disc.

    Densitatea liniar de nregistrare (dl) este raportul ntre numrul dedate nregistrate i lungimea fizica nregistrrii. Se msoarn bii pe inci (bpi)sau bii pe cm (bpc).

    Densitatea radialde nregistrare(dr) este numrul pistelor msuratepe unitatea de lungime de-a lungul unei raze a discului. Se msoarn piste(tracks) pe inci sau pe cm (tpi sau tpc).

    Densitatea de nregistrare a tranziiilor(dt) este raportul ntre numrulde tranziii n magnetizarea nregistrrii i lungimea fizic a nregistrrii. Sesoarn inversiuni de flux de inci (flux reversals per inci) sau pe cm (frpi saufrpc).

    Timpul de poziionare pe pist (tp) este intervalul de timp necesar

    poziionrii capului magnetic de pe pista curentpe o altpistdorit.

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    5/210

    Echipamente de stocare pe suport magnetic

    19

    Timpul maxim de poziionare (tpmax) este timpul de poziionare peultima pist, pornind de la prima pist, sau invers.

    Timpul mediu de poziionare(tpm) este timpul calculat pentru accesul la

    o pistoarecare, pornind de la o altpistoarecare:

    2

    1

    0

    1

    0

    t

    t

    N

    jij

    N

    i

    pm

    =

    =

    =

    ,(2.3)

    unde:tij= timpul de poziionare de la pista ila pistaj.

    Timpul de acces la date duppozi

    ionaresau timpul de c

    utare pe

    pist(tc) este durata necesarpentru ca datele utile de pe discul n rotaie sajungn dreptul capului poziionat. Valoarea medie a timpului de cutare pepisteste jumtate din perioada de rotaie a discului.

    Timpul de acces(ta) este suma timpului de poziionare pe pist(tp) i atimpului de cutare pe pist(tc):

    ta= tp+ tc . (2.4)

    Timpul mediu de acces statisticeste timpul mediu de acces calculatpentru o operaie complexcu discul, caracterizatprin raportul ntre timpultotal de lucru i numrul total de accese, din care se scade timpul n care nu selucreazcu discul.

    Indexul este un semnal care precizeaz un punct de referin pecircumferina pistei.

    Pistaeste spaiul de nregistrare accesibil capului magnetic la o rotaiecompleta discului.

    Sectoruleste unitatea de nregistrare cu un numr standard de octei.Decalajul de vrf(peak shift) este variaia poziiei vrfului impulsului citit,n raport cu poziia sa normal.

    Viteza de transfer rezult din frecvena semnalului la capetele decitire/scriere i este condiionatde densitatea liniar i de viteza de rotaie adiscurilor.

    Elementele formatului informaieipe disc sunt: gaura de index;

    marca de index IM (index mark); marca de identificare/adressector AM (address mark); marca de date DM (data mark);

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    6/210

    Echipamente periferice

    2

    cmpul de identificare/adressector AF (address field); cmpul de date al sectorului DF (data field); intervale GAP.

    Marcareprezintun octet cu configuraii unice ale biilor de ceas, careajutla regsirea acestora pe disc. Programatorul are acces doar la cmpul dedate. Formatarea pistei reprezint scrierea intervalelor, a mrcilor i acmpurilor de identificare/adresde pe o pist. Formatarea discului constnformatarea tuturor pistelor sale. Intervalele, mrcile i cmpurile deidentificare/adresnu pot fi citite de programator.

    Intervalele GAPsunt necesare pentru actualizarea informaiei. Fiecaresector conine mai multe intervale, pentru a putea actualiza un cmp fa le

    afecta pe celelalte. Pentru a identifica n mod unic cmpurile i pentru asincroniza circuitele de deserializare, se apeleaz la o structur de 8 bii,definitanterior, marca. Mrcile se spune cvioleazcodul de nregistrare,ceea ce presupune lipsa unuia sau a mai multor impulsuri de ceas.

    Fiecare cmp are n plus doi octei de control al redundanei cicliceCRC(cyclic redundancy check). De exemplu, pentru discul flexibil, polinomulgenerator al octeilor CRC este:

    g(x) =x16+x12+x5+ 1. (2.5)

    Acesta se aplicansamblului marc+ date, rezultnd n felul acesta ceidoi octei CRC. Ansamblul marc + date + CRC trebuie s fie multiplu alpolinomului generator g(x), aadar, octeii CRC reprezint restul mpiriiansamblului marc+ date la polinomul generatorg(x). Se poate verifica astfelcorectitudinea citirii datelor.

    2.2. METODE DE CODARE A INFORMAIEI PESUPORT MAGNETIC

    2.2.1. Coduri de adaptare la canal

    Constrngerile impuse de mediul magnetic sunt de tipul codurilor RLL(Run Length Limited), care pot fi privite, de asemenea, i ca tehnici demodulaie. Cerinele eseniale ale codurilor de adaptare sunt cele ale canaluluide nregistrare-redare pe suport magnetic, adic, fiabilitatea nregistrrii ieficiena utilizrii mediului magnetic.

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    7/210

    Echipamente de stocare pe suport magnetic

    21

    Corespondena ntre codul de adaptare i realizarea fizica nregistrriieste:

    1 = existtranziie n magnetizare;

    0 = nu existtranziie n magnetizare.Noiuni specifice: limitele intervalului fsincronizare, corespunztoare codurilor de

    adaptare (RLL): precizeazvaloarea maxim i minimpe care opoate lua distana ntre dousimboluri de nregistrare 1, pentru aevita interferena intersimbol (limita minim) i a permite(re)sincronizarea (limita maxim);

    raportul de densitate DR (density rate): reprezint eficiena uneiproceduri de codare, care exprim

    con

    inutul informatic al fiec

    rei

    tranziii din magnetizarea mediului magnetic. pentru canalele discrete, staionare i f memorie, exist dou

    tipuri de coduri:o coduri de translaie a datelor, pentru canalele cu constrngeri;o coduri de transmitere a datelor, pentru canalele cu zgomot.

    Codurile de translaie a datelor transform secvena de date de laintrare ntr-o nousecven, care satisface constrngerile impuse la intrarea ncanal, rezultnd astfel coduri de adaptare la canal.

    Codurile de transmitere a datelorprevin apariia erorilor n secvenade date, rezultnd deteciai corecia erorilor.

    2.2.2. Coduri binare

    Codurile binare studiate sunt: NRZI, FM, MFM, M2FM i PE.

    2.2.2.1. Codul NRZI Non Return to Zero Inverted

    Se reprezintfiecare simbol 1 printr-o celulde tranziie n magnetizare;celulele ftranziie corespund simbolului 0 (vezi figura 2.3).

    Fig. 2.3. Codul NRZI (Non Return to Zero Inverted).

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    8/210

    Echipamente periferice

    2

    Avantaju l acestui cod este o valoare foarte bun a raportului dedensitate (DR= 1).

    Dezavantajulcodului este cacesta nu permite iruri lungi de simboluri

    nule, din cauza pierderii autosincronizrii.

    2.2.2.2. Codul FM Frequency Modulation

    Codeazun simbol de date n dousimboluri de cod (vezi figura 2.4).Primul simbol este ntotdeauna o tranziie, asigurnd autosincronizarea, iarultimul corespunde informaiei codate (tranziie pentru 1 i lips de tranziiepentru 0). Corespunde formatului de nregistrare simpldensitate (SD).

    Fig. 2.4. Codul FM (Frequency Modulation).

    Avantajul codului FM const n faptul c se obine eliminareacomponentei de curent continuu.

    Dezavantajeleacestui cod sunt: se dubleazbanda semnalului; se reduce raportul de densitate (DR= 0,5).

    2.2.2.3. Codul MFM Modified Frequency Modulation

    Numele su provine din procedeul de micorare a redundanei coduluiFM, prin eliminarea tranziiilor de sincronizare alturate unei tranziii de date

    (vezi figura 2.5). Corespunde formatului de nregistrare dubldensitate (DD).Avantajulacestui cod este raportul de densitate mai bun dect cel de la

    predecesorul su: DR= 1.

    Fig. 2.5.Codul MFM (Modified Frequency Modulation).

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    9/210

    Echipamente de stocare pe suport magnetic

    23

    2.2.2.4. Codul M2FM Double Modified Frequency Modulation

    Este o varianta codului MFM, obinutn ideea creterii n continuare a

    raportului de densitate (vezi figura 2.6). Redundana se micoreaz fa deMFM, prin suprimarea tranziiei de sincronizare, dacaceasta existn celulaprecedent. Se obine astfel un cod RLL la care procedura de codare/decodarese aseamcelei de la MFM. Corespunde formatului de nregistrare naltdensitate (HD).

    Fig. 2.6.Codul M2FM (Double Modified Frequency Modulation).

    Avantajeleacestui cod: raportul de densitate se mbunte fade MFM; permite o interferenintersimbol ceva mai redus;Dezavantaj: distana maximntre tranziiile succesive crete.

    2.2.2.5. Codul PE Phase Encodingsau cod Manchester

    Un simbol de informaie se codeazprintr-o tranziie de un anumit sensntre strile de magnetizare de pe suport, iar la juxtapunerea celulelorcorespunztoare simbolurilor de date de acelai fel apar tranziii de ajustarenesemnificative (vezi figura 2.7). Traductorul de lecturevideniazsimbolurilede sincronizare la mijlocul fiecrei celule, iar datele se identific analizndschimb

    rile de polaritate ale tranzi

    iilor nesemnificative.

    Fig. 2.7.Codul PE (Phase Encoding).

    Avantajelei dezavantajele codului PE sunt aceleai cu cele de la

    codul FM.

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    10/210

    Echipamente periferice

    2

    2.2.2.6. Codul RLL Run Length Limited

    Aceastmetodpermite ca pe disc sfie nregistrate cu 50 % mai multe

    informaii dect prin metoda MFM i de trei ori mai multe informaii dect prinmetoda FM. A fost utilizat pentru prima dat de firma IBM pentru discurileinstalate n sistemele de tip mainframe. La sfritul anilor 1980, metoda a nceputfie utilizat i de productorii discurilor pentru calculatoarele personale. Azi,practic toate unitile de disc utilizeazuna din formele metodei RLL.

    Prin metoda RLL nu se codificun singur bit, ci un grup de bii n acelaitimp. Aceast metod reprezint, de fapt, o familie de tehnici de codificare,deoarece existdoi parametri care definesc modul de codificare i, prin urmare,existmai multe variante posibile. Numele metodei, Run Length Limited(run=ir de simboluri identice succesive) sau RLL (d,k), provine de la parametrii dik, reprezentnd numrul minim i, respectiv, numrul maxim de celule detranziii permise ntre doutranziii de flux reale. Limita minim(d), care indicgradul de apropiere ntre doutranziii de flux consecutive, este necesardincauza densitii de nregistrare limitate a suportului magnetic. Limita maxim(k)este necesar pentru pstrarea sincronizrii ntre unitate i controler. Dintrevariantele posibile, numai dousunt mai rspndite: RLL (2,7) i RLL (1,7).

    Metodele FM i MFM pot fi considerate ca variante ale metodei RLL.

    Metoda FM mai poate fi numitRLL (0,1) deoarece folosete cel puin zero i celmult o celulde tranziii ntre doutranziii de flux. Metoda MFM poate fi numitRLL (1,3), pentru cfolosete cel puin una i cel mult trei celule de tranziii ntredoutranziii de flux. Varianta RLL (2,7) a fost, la nceput, cea mai rspnditforma metodei RLL, deoarece densitatea informaiei nscrise ntr-o zonegalcu cea folositde metoda MFM este mai mare de aproximativ 1,5 ori fademetoda MFM. Totui, metoda RLL (2,7) nu este suficient de fiabilpentru unitilede mare capacitate. Multe din unitile de mare capacitate utilizate n prezent

    folosesc varianta RLL (1,7), care ofero densitate de 1,27 ori mai mare dectmetoda MFM, ntr-o zonde detecie a tranziiilor mai mare dect cea de la MFM.Fade varianta RLL (2,7), densitatea este mai mic, dar fiabilitatea este mult maimare, deoarece zona n care poate fi detectato tranziie este mai mare.

    Exemplu. Pentru fiecare variant a metodei RLL se pot construinumeroase tabele de codare. Pentru varianta RLL (2,7), numit i codFranaszek, s-a ales tabela utilizatde IBM, fiind cea mai rspndit. Conformacestei tabele, grupuri specifice de 2, 3 sau 4 bii sunt codate n tranziii de flux

    avnd 4, 6, respectiv, 8 celule de tranziii. Tranziiile utilizate pentru codificareaunei secvene de bii sunt alese astfel nct tranziiile de flux snu fie nici preaapropiate, nici prea deprtate unele fade altele (vezi tabelul 2.2).

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    11/210

    Echipamente de stocare pe suport magnetic

    25

    Tabelul 2.2. Codarea RLL (2,7) IBM Endec (Franaszek)

    bii de informaie codare n tranziii de flux

    10 010011 1000

    000 000100

    010 100100

    011 001000

    0010 00100100

    0011 00001000

    Se observcrezult, astfel, un cod de lungime variabil, dar cu rat(numrul biilor de informaie raportat la numrul biilor de cod) constant, egalcu .

    2.2.3. Coduri ternare

    Cele trei coduri ternare studiate sunt codurile: TB, DUO i BIP.Avantaje: reducerea redundanei prin considerarea informaiei de faz

    coninute n impulsul transmis. Impulsurile sunt bipolare, al treilea simbol fiindconsiderat componenta continurezultat, a crei valoare trebuie sfie ct maimic(apropiatde valoarea zero).

    2.2.3.1. Codul TB Twinned Binary

    Nu are component de curent continuu, prin alternarea polaritiiimpulsurilor (vezi figura 2.8).

    Fig. 2.8.Codul TB (Twinned Binary).

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    12/210

    Echipamente periferice

    2

    Reguli de generare a simbolurilor de cod: simbolurile +1 i 1 alterneaz, indiferent cte simboluri de 0 sunt

    intercalate ntre dousimboluri nenule succesive;

    un simbol de cod nenul se genereazla orice schimbare a naturiisimbolului de date.Dac b0, b1sunt simbolurile de informaie, atunci simbolul de cod anse

    calculeazastfel:

    an= (1/2)b0 (1/2)b1 . (2.6)

    2.2.3.2. Codul DUO Duobinary

    Are o component de curent continuu important, ns nu posedtranziii la simbolurile +1 i 1 adiacente (vezi figura 2.9).

    Este complementar codului TB, avnd legea:

    an= (1/2)b0+ (1/2)b1 . (2.7)

    Fig. 2.9.Codul DUO (Duobinary).

    Reguli de generare: simbolurile +1 i 1 nu alterneazadiacent; ntre simboluri de informaie de acelai fel se genereazsimboluri de

    cod de acelai fel, ceea ce nseamncse atribuie un impuls de unanumit semn tranziiei ntre doucelule de 1 i un impuls de semnopus tranziiei ntre doucelule de 0.

    2.2.3.3. Codul BIP Bipolar

    Se mai numete i cod TB modificat. Limiteaz propagarea erorilor,

    genernd simbolurile de cod conform regulilor (vezi figura 2.10): 0 se genereazca lipsde impuls;

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    13/210

    Echipamente de stocare pe suport magnetic

    27

    1 se genereazca impuls; impulsurile de cod pozitive, +1, i negative, 1, alterneaz, indiferent

    de celulele fimpulsuri dintre ele.

    Fig. 2.10.Codul BIP (Bipolar).

    Datoritalternrii impulsurilor pozitive i negative, componenta continutinde la zero pentru lungimi mari ale nregistrrii.

    Decodarea semnalului bipolar se face prin redresare i detecie la 1/2 dinamplitudine.

    2.3. DISCURI MAGNETICE

    2.3.1. Sistemul hard disk

    2.3.1.1. Introducere

    Oficial aprute n anul 1956, hard disk-urile sunt de fapt una din inveniilecare vin ca rezultat al unui lung lande inovaii. Fndoialcuna din celemai mari frne pentru majoritatea sistemelor de calcul de azi este parteamecanic, iar hard disk-urile sunt n mare parte nite dispozitive mecanice.

    Hard disk-ul este singura component mecanic, esenial pentrufuncionare, care, la ora actual, mai face parte dintr-un calculator modern.Chiar dacnu este o componentelectronic100%, totui nivelul tehnologic lacare a ajuns este remarcabil. Hard disk-ul este principalul dispozitiv de stocaremasivpentru PC-urile actuale. Niciun alt echipament periferic nu poate ajungela combinaia utilde vitez, capacitate i comoditate de instalare oferitdediscuri. Hard disk-ul PC-ului stocheazfiierele i extinde capacitatea memorieiRAM prin memoria virtual. Hard disk-urile ofersute i, posibil, nu peste mult

    vreme, chiar mii de gigaoctei. ntr-o secund, hard disk-ul poate sidentifice ifurnizeze sistemului informaii echivalente cu ntregul coninut al unui roman.

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    14/210

    Echipamente periferice

    2

    Probabil cea mai uimitoare proprietate a hard disk-urilor este capacitateaacestora de a ine pasul cu programele contemporane. Primele PC-uri nu aveauhard disk-uri. Primele hard disk-uri erau ct jumtate de cutie de pantofi i

    puteau stoca 10 megaoctei, adicmai puin dect este nevoie pentru un singurprogram Windows. Hard disk-urile actuale ocupun spaiu de zece ori mai mici pstreazde peste 1000 de ori mai multe date. De fapt, unitatea de msurstandard pentru capacitatea hard disk-urilor a crescut de 100.000 de ori, de lamegaoctei la sute de gigaoctei. n acelai timp, costul hard disk-urilor a sczut nu numai costul pe megaoctet/gigaoctet, ci i preul de bazal unei uniti dedisc standard.

    De fapt, hard disk-urile actuale au foarte puine lucruri n comun cudiscurile produse cu 1520 ani n urm. Hard disk-urile moderne ocupmaipuin spaiu, rspund mai rapid, au capaciti mult mai mari, rezistde ctevaori mai mult timp i sunt mai puin expuse defectelor dect discurile mai vechi.Un disc modern nici nu se conecteazla PC la fel ca unul dintre primele discuri.Noile interfee, ntr-o evoluie constant, promit creterea vitezei i simplificinstalarea.

    2.3.1.2. Tehnologia hard disk-urilor

    Hard disk-ul este un dispozitiv combinat, avnd o parte electronic i oparte mecanic. Din punct de vedere electric, hard disk-ul are misiunea de atransforma impulsurile temporare ale datelor digitale n cmpuri magneticepermanente. La fel ca alte dispozitive magnetice de nregistrare, hard disk-ulfolosete un electromagnet, numit cap de citire/scriere, ca s aliniezepolaritile particulelor magnetice de pe discuri.

    Toattehnologia hard disk-urilor se sprijinpe un principiu de bazalfizicii. Curentul electric care trece printr-un conductor creeazn jurul acestuia

    un cmp magnetic, iar ntr-un conductor aflat sub influena unui cmp magneticvariabil se induce curent electric. Discurile componente ale unitii sunt fabricatedin aluminiu, peste care este aplicat un strat subire de material paramagnetic(uor magnetizabil), acesta avnd la baz gama-trioxidul de fier. Fiecreiadintre cele dousuprafee ale fiecrui disc i corespunde cte un cap de citire,care, n timpul rotaiei platanelor, plutete pe o pernde aer deasupra lor.Cnd un curent, pozitiv sau negativ, strbate bobina aflat n componenacapului de citire, particulele magnetice aflate dedesubt, pe suprafaa discului, sealiniaz n sensul curentului electric, crendu-se astfel dou stri,corespunztoare pentru 0 i 1. Cnd se dorete citirea informaiei stocate pe

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    15/210

    Echipamente de stocare pe suport magnetic

    29

    disc, procesul se inverseaz, n capul de citire inducndu-se curent electric latrecerea peste zonele polarizate magnetic de pe suprafaa discului.

    n cazul n care unitatea are n compunere mai multe platane, acestea

    sunt aezate unul peste altul, fiecare avnd unul sau doucapete separate decitire, dar legate de celelalte, fcnd imposibilmicarea independenta unuisingur cap de pe o suprafa. Ansamblul capetelor se numete actuator (vezifigura 2.11).

    Fig. 2.11.Ansamblul platanelor. Sgeile indicrotaia platanelor, respectiv, a actuatorului.

    Alte circuite electronice ale sistemului de hard disk controleazpartea

    mecanica unitii i contribuie la organizarea corespunztoare a informaiilorstocate i la localizarea datelor stocate pe disc. Toate discurile se rotesc unitarpe un singur ax, numit dispozitiv de antrenare(spindle). De obicei, axul esteconectat la un motor care rotete ntregul ansamblu.

    Rotaia. Aproape invariabil, hard disk-urile se rotesc cu o singurvitez,suratn rotaii pe minut sau rpm. Aceastviteznu se modificn timpulfuncionrii hard disk-ului, dei unele discuri se pot opri pentru economisireaenergiei. Rotaia constanteste numittehnic nregistrare la vitezunghiular

    constant(constant angular velocity recording). Aceasttehnologie stabileteviteza de rotaie a discului la o anumitvaloare constant, astfel nct, ntr-operioaddatde timp, pe o anumitpist, capul de citire/scriere parcurge unarc de aceeai mrime (msurat n grade). Lungimea reala arcului msuratliniar (n inci sau centimetri) depinde de poziia radiala capului. Dei arcul decerc folosit pentru nregistrarea unui bit are aceeai lungime unghiular (ngrade), atunci cnd capul de citire/scriere se afl mai departe de centruldiscului, lungimea liniareste mai mare. n ciuda lungimii mai mari a arcurilor

    tre marginea exterioara discului, la fiecare rotaie a discului se nregistreazacelai numr de bii, deci aceeai cantitate de informaie. Un cerc complet la

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    16/210

    Echipamente periferice

    3

    marginea exterioara discului conine acelai numr de bii ca un cerc completde la marginea interioara discului.

    O tehnologie mai eficient, numit nregistrare cu vitez liniar

    constant (constant liniar velocity recording), modific viteza de rotaie adiscului n funcie de distana capului de citire/scriere fade centrul discului,astfel nct, ntr-o perioaddatde timp, pe sub cap trece un arc de aceeailungime. Atunci cnd capul de citire/scriere se aflmai aproape de margineaexterioara discului, unde circumferina este mai mare, viteza de rotaie maimic permite nregistrarea unui numr mai mare de bii la fiecare rotaie.Folosind aceast tehnologie, un disc de o dimensiune dat poate stoca ocantitate mai mare de informaii.

    Figura 2.12 ilustreazdiferena dintre cele doumetode de nregistrare.Lungimea sectoarelor variazn cazul vitezei unghiulare constante (CAV), darmne aceeai n cazul vitezei liniare constante (CLV). Numrul de sectoareeste acelai pentru toate pistele n cazul vitezei unghiulare constante, dar semodificn cazul vitezei liniare constante.

    Fig. 2.12. Comparaie ntre metodele de nregistrare cu vitezunghiularconstant(CAV)i cuvitezliniarconstant(CLV).

    Hard disk-urile moderne folosesc un compromis ntre nregistrarea cuvitez unghiular constant i nregistrarea cu vitez liniar constant. Dei

    streazo vitezde rotaie constant, aceste discuri modifictemporizareabiilor individuali n funcie de distana la care sunt scrii fade centrul discului.Prin scurtarea duratei biilor (msuratn microsecunde), pe pistele mai lungiale discului se poate obine o mrime liniar constant pentru fiecare bit.Aceasttehnicde compromis stla baza tehnologiei denregistrare pe zonemultiple, MZR (multiple zone recording).

    Capetele de citire/scriere. n afara discurilor, singura componentaflatn micare n interiorul celor mai multe uniti de hard disk este sistemul

    de capete. n majoritatea unitilor, pentru fiecare faa discurilor este folosit uncap de citire/scriere care se deplaseazfoarte aproape de suprafaa lui. Fiecaredintre aceste capete de citire/scriere este conectat flexibil la un bramai rigid.

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    17/210

    Echipamente de stocare pe suport magnetic

    31

    De obicei, mai multe brae sunt legate laolaltpentru a forma o singurunitatemobil(de obicei, pivotant).

    Proiectarea fizic. Capul de citire/scriere este conectat la mecanismul

    de acionare printr-o articulaie flexibil, care permite coborrea sau ridicareainstantanee a capului. Atunci cnd hard disk-ul este oprit sau trece n modulteptare i discurile nu se mai rotesc, capul se aeazuor pe disc, fiindmpins de un resort foarte slab. Modelul fizic al capului de citire/scriere l face ssemene cu o aripde avion. Atunci cnd se rotesc, discurile antreneaz i aeruldin jurul acestora. Deplasarea aerului creeazun curent care, la fel ca aerulcare trece pe lngaripile unui avion n zbor, provoac ridicarea capului decitire/scriere de pe disc. Att timp ct discurile se rotesc, capetele zboar la odistande cteva milionimi de centimetru (108m) fade suprafaa discului(vezi figura 2.13).

    Fig. 2.13. Modelul fizic al capului de citire/scriere.

    De-a lungul dezvoltrii tehnologiei n domeniul capetelor de citire/scriere,acestea au avutase variante constructive:

    capete cu ferit; capete de tip Metal-In-Gap; capete Thin Film;

    capeteAnisotropic Magnetoresistive; capete Giant Magnetoresistive; capete Colossal Magnetoresistive.Capetele cu feritsunt cele mai vechi din punct de vedere tehnologic

    (vezi figura 2.14). Acestea constau, de fapt, dintr-un miez de fier n formde U,nvelit cu conductor electric (crendu-se astfel o bobin) pentru a crea unelectromagnet, capetele formei U reprezentnd cei doi poli ai magnetului. Lacitire, se induce un cmp magnetic n spaiul dintre poli, care este tradus n

    tensiune electric. La scriere, se injecteazun curent n bobin, generndu-seun cmp magnetic care magnetizeaz platanul n zona n care se doretescrierea.

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    18/210

    Echipamente periferice

    3

    Fig. 2.14. Exemplu de construcie folosind un cap de citire de ferit.

    Dezavantajele majore ale capetelor cu ferit sunt masivitatea

    construciei, tradusntr-o distanrelativ mare ntre capul de citire i platane.Astfel, cmpurile magnetice dezvoltate de capetele cu ferit nu sunt foarteputernice i nu pot fi folosite la hard disk-uri cu densiti nalte. Capetele cuferitau fost folosite la primele generaii de hard disk-uri, cu capaciti de pnla 50 MB.

    Capetele de t ip Metal-In-Gapau reprezentat urmtorul pas tehnologic nevoluia capetelor de citire. Acestea sunt identice constructiv cu capetele cuferit, dar adaugun aliaj metalic special inserat n capul de citire, ceea cepermite dezvoltarea de cmpuri magnetice mai puternice i, astfel, suntpretabile la hard disk-uri cu densiti mai nalte ale platanelor. Acest tip decapete a fost folosit pentru hard disk-uri cu dimensiuni ntre 50 MB i 100 MB.

    Capetele de t ip Thin Filmse disting prin dimensiunile mult mai mici fade capetele de citire cu tehnologii mai vechi (vezi figura 2.15). Acestea suntfabricate prin depunere fotolitografic de aliaj metalic pe un substrat dedimensiuni reduse. Astfel, capul de citire masiv este complet eliminat, iardistana dintre capul de citire i platan este mult micorat, fiind astfel posibilfolosirea de platane de densiti mult mai mari. Capetele realizate n tehnologiaThin Filmau fost folosite pentru hard disk-uri cu capaciti cuprinse ntre 100MBi 1.000 MB.

    Fig. 2.15. Imagine a unui cap de citire n tehnologie Thin Film.

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    19/210

    Echipamente de stocare pe suport magnetic

    33

    Capetele de tip magnetorezistiv reprezint o abordare total diferitasupra construciei capetelor de citire. Este operato modificare fundamentalasupra modului n care este realizatcitirea prin intermediul capului de citire i

    nu se aseamdeloc cu tehnologiile anterioare (vezi figura 2.16).

    Fig. 2.16.Cap de citire n tehnologie magnetorezistiv.

    Capetele magnetorezistive sunt compuse dintr-un material conductorspecial, care are proprietatea de a-i modifica rezistena electricn prezenaunui cmp magnetic. Un senzor traduce aceste modificri de rezisten nsemnal electric i apoi n bii, realiznd, astfel, citirea. Aceste capete au osensibilitate mult mai mare, deoarece nu genereazcurent electric, ceea ce

    permite scrierea prin cmpuri magnetice mult mai slabe i, astfel, cretedramatic densitatea maxima unui platan.De reinut este faptul c aceste capete de tip magnetorezistiv sunt

    folosite doar la citire, pentru scriere folosindu-se n continuare capete de tip ThinFilm, ceea ce nseamno vitezmult mai mare pentru fiecare dintre operaiuni,deoarece existcapete dedicate pentru fiecare operaiune.

    Capetele de citire de tip Giant Magnetoresistive (GMR) reprezintstandardul n industria de azi i sunt asemtoare n construcie cu cele

    magnetorezistive, cu deosebirea crezistena electrica materialului conductoreste mult mai sensibil la ntlnirea unui cmp magnetic, ceea ce permitedensiti foarte mari ale platanelor (de pnla 100 GB).

    Capetele de citire de tip Colossal Magnetoresistive (CMR) suntvarianta mai avansata capetelor GMR i reprezintviitorul apropiat n materiede capete de citire. Acestea permit densiti de aproximativ 150200 GB/platan,ceea ce se traduce n hard disk-uri de 300450 GB sau mai mult.

    Efectele de altitudine. nimea la care se deplaseaz capetele decitire/scriere ale hard disk-urilor este unul dintre factorii care determincapacitatea de stocare a unei uniti. Cmpurile magnetice sunt divergente, aa odat cu distana dintre cap i disc crete i dimensiunea aparent a

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    20/210

    Echipamente periferice

    3

    cmpului generat de o tranziie de flux de pe disc. Micorarea distanei dintrecap i disc reduce dimensiunea aparent a tranziiilor de flux magnetic,permind stocarea mai strnsa acestora pe suprafaa discului i creterea

    capacitii discului.Pentru prima generaie de hard disk-uri, capetele se deplasau la odistande aproximativ 1012 microinci (milionimi de inci) de suprafaa discului.Capetele de citire/scriere ale hard disk-urilor moderne zboar la o altitudinemai mic, de aproximativ 5 microinci. Reducerea altitudinii a fost posibildatoritfolosirii unor discuri avnd o rugozitate mai mic i a mediilor magneticebazate pe tehnica peliculelor subiri.

    2.3.1.3. Geometria discului

    Pistele. Indiferent de tipul mediului magnetic sau al mecanismului deacionare folosit de un disc, capul de citire/scriere trebuie s i opreascmicarea lateralpe disc de fiecare datcnd scrie sau citete. Ct timp capulstaioneaz, discul se rotete. De fiecare datcnd discul efectueazo rotaiecomplet, capul traseazun cerc complet pe suprafaa acestuia. Acest cerc senumetepist.

    Pe fiecare pist, biii de date sunt stocai secvenial, ca i cum aceasta ar

    fi o bucatde bandlipitcap la cap. La fiecare rotire a discului, aceleai datetrec pe sub capul de citire/scriere, ct timp acesta este meninut n aceeaipoziie. Circuitele electronice ale unitii de disc stabilesc ce poriune a pisteieste citit(sau scris) pentru un bloc aleatoriu de date. O pistare limea denumai civa microni (la tehnologia actual, sub 5 microni). Acest lucru permiteo densitate de peste 2.000 de piste pe centimetru. Pe aceste piste suntnregistrate datele.

    Cilindrii. Fiecare cap de citire/scriere traseazo pistpe discul asociat.

    Mecanismul de acionare blocheaz toate capetele n aceeai poziie fadecentrul discului, de-a lungul unei raze date. Deoarece combinarea tuturorpistelor trasate de capetele de citire/scriere pentru o anumit poziie amecanismului de acionare formeazscheletul unui cilindru, o stivverticaldepiste este deseori numitchiarcilindru(cylinder).

    Apare noiunea de cilindru, datoritfaptului cexistmai multe discuriparalele. Cilindrul se definete ca totalitatea pistelor de pe toate feele discurilorcare au aceeai distan fade centru. Toi cilindrii formeaz volumul(vezifigura 2.17).

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    21/210

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    22/210

    Echipamente periferice

    3

    identificat sectorul sau sectoarele pe care aceasta se afl, dupcare capul decitire/scriere trebuie deplasat deasupra pistei pe care se gsete respectivulsector. Timpul consumat cu aceastoperaie se numete timp de poziionare

    pe pist(seek time), cu valori medii cuprinse ntre 5 i 25 ms. Dupce capul afost poziionat deasupra pistei dorite, se mai introduce nco ntrziere, numittimp de cutare pe pist sau timp de laten(rotation latency), pncndsectorul cutat se va roti pnsub capul de citire.

    Cu vitezele actuale de 5.400, 7.200 rotaii pe minut sau chiar mai mari,transferul unui anumit sector se realizeazntr-un timp foarte scurt, adevratantrziere fiind generatde cei doi factori amintii: seek timei rotation latency.Rata susinutde transfer a unui disc este diferitde rata internde transfer adrive-ului i este foarte importantpentru aplicaii multimedia i Internet, undeeste necesar un flux continuu, iar aceasta se calculeazincluznd ntrzierileaprute.

    Optimizarea discului este una dintre cele mai simple metode de a creteperformanele ratei de transfer, pentru cntre doupiste consecutive timpul deacces poate scdea sub 1 ms.

    La vitezele de peste 90 de rotaii/secund, pe care discurile le ating,temperatura platanelor crete, cauznd o dilatare a acestora, lucru care poateduce la scrierea i citirea de date eronate, n acest caz fiind nevoie de o

    recalibrare.Chiar dacprocesul de recalibrare se ntmpldestul de rar, de obicei

    doar de 23 ori de la pornirea discului pncnd acesta ajunge la temperaturasa medie de funcionare, pentru o aplicaie care necesitflux continuu de datentreruperea cauzatde recalibrare poate fi un lucru fatal. Dar se ajunge rar lantreruperea fluxului, n special datorit faptului cproductorii au nceput simplementeze memorii cachede dimensiuni din ce n ce mai mari n parteaelectronica discurilor.

    Exemplu. Structura logica discului n sistemul de operare MS-DOS.DOS formateaz logic n acelai mod att hard disk-ul, ct i floppy disk-ul.Feele, pistele i sectoarele sunt identificate cu aceeai notaie. Unele sectoaresunt speciale i se folosesc n operaiile cu discul. Structura logica disculuieste vzutdiferit de DOS i de BIOS. BIOS numeroteazcilindrii ncepnd cu0 de la exteriorul discului, iar sectoarele, cu 1 dupindex. Orice locaie de pedisc se poate accesa printr-o combinaie numericuniccilindru/fa/sector.

    DOS nu recunoate cilindrii, feele i sectoarele. Secvena sectoarelorlogice ncepe cu primul sector de pe disc. Astfel, sectorul 1, cilindrul 0, fa

    a 0

    devine sectorul logic 0. Se noteaztoate pistele dintr-un cilindru, apoi se trecela cilindrul urmtor. Cnd DOS formateazo dischet, terge i verificfiecare

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    23/210

    Echipamente de stocare pe suport magnetic

    37

    sector. Dacformateazun disc fix, verificintegritatea fiecrui sector, faterge datele din acesta. n ambele cazuri, se pstreazpe o parte din spaiuldiscului informaia de control i tabelele necesare organizrii informaiei

    memorate.Pentru fiecare dischetsau partiie DOS de pe discul fix, exist4 zone: zona sistem sau aria rezervat; tabela de alocare a fiierelor, FAT (file allocation table); directorul rcin(root); aria sau zona fiierelor.Zona sistem sauaria rezervatpoate ocupa un sector sau mai multe.

    Primul sector este ntotdeauna sectorul de autoncrcare (chiar dacnu este

    disc sistem), cuprinznd i sectorul parametrilor BIOS (dimensiunea zoneisistem, dimensiunea FAT-ului, versiunea DOS, date despre organizareadiscului, informaii dacdiscul este sistem etc.).

    Tabela de alocare a fiierelor(FAT) cuprinde o harta zonei fiierelor,incluznd starea fiecrui cluster(liber, alocat, rezervat, defect). Pentru fiecarefiier, se alocun clusterdintre cele libere. Primul clusteralocat se numeteclusterde nceput, urmtoarele formnd o listnluit, care se scrie n FAT.Numrul cluster-ului de nceput pentru un fiier oarecare este scris ntr-un cmpdin director. n FAT, intrarea corespunztoare acestui clusterconine numrulcelui de-al doilea clusteretc. La ultimul cluster, intrarea n FAT conine un codspecial, care semnificsfritul fiierului. Prin aceastmetodde organizare, sepoate gsi cluster-ul urmtor, dar niciodatcel anterior.

    Directorul rcin cuprinde o structur arborescent de grupare afiierelor. Directorul de bazse numete rcin(root) i este prezent la toatediscurile. Directorul este folosit ca un cuprins, identificnd fiecare fiier sausubdirector printr-o intrare n director, care conine o serie de informaii (nume,extensie, dimensiune, localizare, momentul ultimei modificri, atribute etc.).

    2.3.1.4. Interfeele discului

    Hard disk-urile IDE moderne au evoluat din discurile care dotau primelecalculatoare IBM PC/XT. Interfaa IDE (Integrated Drive Electronics) a nceputfie folositpe scarlargn sistemele personale pe la nceputul anilor '90.Aceasta oferea o interfa ntre disc, BIOS i sistemul de operare prinintermediul a trei parametri, CHS: Heads (capete), Sectors (sectoare) i

    Cylinders (cilindri). Pe atunci, o capacitate de 528 MB prea de neatins,capacitate care era de fapt produsul valorilor maxime pe care cei trei parametri

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    24/210

    Echipamente periferice

    3

    puteau s le aib (16 Heads, 63 Sectors i 1024 Cylinders, la o capacitatestandard de 512 octei pe sector).

    Odatcu apariia capacitilor peste 528 MB, problemele, cum era de

    teptat, au aprut i ele. Primele drive-uri de peste 528 MB nu puteau fifolosite la ntreaga capacitate, pentru c, pur i simplu, nu exista o metodde aaccesa datele care depeau aceastlimit. Ca un rezultat la aceastsituaie,controlerele de disc au nceput sofere BIOS-ului informaii fizic incorecte, daracceptate de acesta, despre geometria discului, ca mai apoi BIOS-ul sconverteasc aceste date n informaiile reale pentru a accesa ntreagacapacitate.

    Soluia gsita fost dezvoltarea standardului, care a evoluat n EIDE(ExtendedIDE), i care avea o noumetodde a adresa discul, numit LBA(Logical Block Addressing), adic, fiecrui sector distribuindu-se cte un numrntre 0 i 224, lsnd controlerul sconverteascaceastadresn formatulCHS. Pe lngalte mbuniri, aceastinterfasuport i alte uniti (CD-ROM, DVD etc.), iar interfaa a fost redenumitATAPI.

    Ajungndu-se la momentul n care aceast interfa a devenit preanceatpentru ratele de transfer de care era nevoie, i s-au adus noi modificri.Astfel, au aprut UDMA33, UDMA66 i UDMA100. Se folosesc, de asemenea,SerialATA, SerialATA II, UltraATA i ParallelATA, n loc de UDMA sau

    UltraDMA, cu ratele de transfer de maxim 33, 66, 133 i 166 MB/s, precum iinterfeele rapide SCSI (cu versiunile SCSI-1, SCSI-2, SCSI-3 i Serial-SCSI).

    2.3.1.5. Dimensiunile discurilor

    n privina dimensiunii, hard disk-urile au fost fabricate n trei varianteconstructive: 5,25, 3,5 i 2,5.

    Hard disk-urile de 5,25 au fost folosite pe scarlargpnn 1990, dar

    au continuat sfie folosite i dup1990 pentru servere sau staii de lucru cunecesiti de stocare mari, deoarece dimensiunea mai mare a platanelorpermitea atingerea unor capaciti mai mari.

    Hard disk-urile de 3,5 reprezintstandardul n industria de azi i suntfolosite n toate calculatoarele de tip desktop, inclusiv n servere. Pe msurcetehnologia s-a dezvoltat, disk-urile de 3,5 au devenit mult mai eficiente,deoarece permiteau atingerea unor densiti ale platanelor mult mai mari i,astfel, se atingeau capaciti comparabile sau chiar mai mari dect cele aledisk-urilor de 5,25.

    A treia variantconstructiv, hard disk-ul de 2,5 (vezi figura 2.18), estefolositca standard pentru notebook-uri, deoarece oferpatru mari avantaje:

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    25/210

    Echipamente de stocare pe suport magnetic

    39

    Fig. 2.18.Un hard disk de 2,5.

    rime redus: aceasta se traduce n faptul cun hard disk de 2,5ocupmult mai puin loc n carcasa aglomerata unui notebook;

    necesar mai mic de energie: hard disk-urile de 2,5 consummult

    mai puin energie, ceea ce este foarte important, deoarecenotebook-urile funcioneazpe baterii;

    nclzire redus: hard disk-urile de 2,5 degaj mult mai puinenergie termic, deoarece au o suprafa redus i o turaie maimica platanelor fade hard disk-urile de 3,5 (4.2005.400 rpmfade 5.400-10.000 rpm);

    rigiditate mrit: datorit faptului cplatanele sunt mult mai mici,hard disk-urile de 2,5 sunt mai puin sensibile la ocuri mecanice,

    care ar putea defecta hard disk-ul, fiind, astfel, recomandate pentrunotebook-uri, al cror mare avantaj este portabilitatea.

    2.3.2. Sistemul floppy disk

    2.3.2.1. Discuri flexibile

    Conceptul de disc flexibil a aprut cu mult naintea PC-urilor. Atunci cndau aprut primele dischete, calculatoarele personale nu existau nc i nimeninu prea a avea nevoie de un mijloc pentru schimburile de date. n general, IBMeste considerat a fi creatorul dischetei, dar modelele create de IBM nici nusemnau cu dischetele actuale, nici nu funcionau ca acestea. Cea maievident diferen dintre primele dischete i cele actuale este dimensiunea,primele modele avnd un diametru de 8, fiind nchise n plicuri din mylar doarcu puin mai mari.

    Discheta asigurun mediu de nregistrare cu cteva caliti. Suprafaa

    plana dischetei permite accesul aproximativ aleatoriu. Ca i n cazul hard disk-urilor, datele sunt aranjate pe piste i sectoare. Micarea de rotaie a discului

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    26/210

    Echipamente periferice

    4

    face ca sectoarele streacpe sub un cap de citire/scriere, care se deplaseazradial de la o pistla alta. Mai important, discheta este un mediu amovibil.

    Termenul de dischet(floppy disk disc flexibil) este unul dintre acei

    termeni uimitor de descriptivi ntr-o era generalizrilor. n interiorul carcaseiprotectoare, mediul folosit este flexibil i are forma unui disc. Discurile suntiate felii din role mari de material magnetic. Mediul de stocare tradiionalpentru dischete este discul subire, flexibil, nchis ntr-o carcasprotectoare.Discul este, de fapt, un sandviformat din trei straturi, partea din mijloc fiind unsubstrat de poliester cu grosimea de aproximativ 3,5 miimi de inci, respectiv 80microni. Straturile exterioare reprezintmediul de stocare propriu-zis, avnd ogrosime de o miime de inci pe fiecare parte a substratului de poliester.Grosimea stratului magnetic de pe substratul discului depinde de tipul discheteii de densitatea de stocare. Pentru tipurile de dischete uzuale, stratul magneticsoarde la 0,035 miimi de inci la 0,1 miimi de inci (adic, de la 0,9 microni la2,5 microni). n general, cu ct este mai mare densitatea de stocare, cu atteste mai subire stratul magnetic. De asemenea, particulele individuale sunt maimici.

    Pentru PC-uri, au fost folosite, n principal, dou tipuri de dischete.nainte ca dischetele actuale de 3,5 sfie acceptate ca standard, piaa a fostdominatde dischetele de 5,25. Noile PC-uri sunt echipate n exclusivitate cu

    uniti de dischete de 3,5. Dischetele mai mari au supravieuit numai n arhive,pentru fiierele i programele mai vechi, care sunt citite doar ocazional.

    Tabelul 2.3 prezintgrosimea straturilor magnetice pentru tipurile uzualede dischete.

    Tabelul 2.3. Caracteristicile mediilor magnetice folosite pentru dischete

    tipul discheteigrosimea stratului magnetic

    (microni)

    coercitivitate

    (Oe)5,25 densitate dublDD

    (double density)2,5 290

    5,25 densitate naltHD(high density)

    1,3 660

    3,5 densitate dublDD(double density)

    1,3 650

    3,5 densitate naltHD(high density) 0,9 720

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    27/210

    Echipamente de stocare pe suport magnetic

    41

    Tabelul 2.4 prezintformatele convenionale de dischete i versiunea desistem DOS corespunztoare fiecrui format.

    Tabelul 2.4. Formate convenionale de dischete

    diametru(inci)

    densitatesau format

    sectoarepe pist

    pistepe fa

    feecapacitate

    (octei)versiune

    DOS

    5,25dubl

    (double)8 40 1 160 KB 1.0

    5,25dubl

    (double) 8 40 1 180 KB 2.0

    5,25

    dubl

    (double) 8 40 2 320 KB 1.15,25

    dubl(double) 9 40 2 360 KB 2.0

    5,25nalt(high)

    15 80 2 1,2 MB 3.0

    3,5dubl

    (double)9 80 2 720 KB 3.2

    3,5nalt(high) 18 80 2 1,44 MB 3.3

    3,5foarte mare

    (extra) 18 160 2 2,88 MB 5.0

    3,5 DMF 21 80 2 1,68 MB 3.3

    Pentru creterea cantitii de informaii stocate pe fiecare dischet ireducerea numrului de dischete folosite pentru distribuirea aplicaiilor, mulifurnizori de software au nceput sfoloseascformatul DMF(Distribution Media

    Format) al firmei Microsoft. Aceast variant a modelului de nregistrare cudensitate nalt(high density) permite stocarea a 1.720.320 octei (1,68 MB) peo dischetstandard de 3,5 cu densitate nalt, n loc de 1.474.560 octei (1,44MB). Formatul DMF este diferit fade standardul DOS prin faptul cfolosete21 de sectoare pe pist, n loc de 18. Formatul DMF face sncapmai multesectoare pe fiecare pist, prin reducerea spaiului dintre sectoare la 9 octei.

    Totui, diferenele sunt mai profunde. Fiecare pistfolosete un factor dentreesere de 2:1, astfel nct sectoarele nu sunt stocate n ordinea normal.

    Aceastntreesere are ca rezultat citirea mai lent, deoarece discul trebuie sse roteascde douori pentru citirea fiecrei piste. De asemenea, formatul

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    28/210

    Echipamente periferice

    4

    DMF deplaseazsectoarele de pe pistele adiacente cu 3 sectoare, astfel nctsectorul 1 de pe pista 4 este aliniat cu sectorul 1 de pe pista 2.

    Spaiul mai mic dintre sectoare face dificilscrierea dischetelor DMF n

    unitile de dischete obinuite. De fapt, Microsoft consider DMF un formatnumai pentru citire. Nu se poate scrie pe discurile DMF folosind componentelesoftware obinuite. Existo serie de utilitare disponibile pentru copierea i chiarpentru crearea dischetelor DMF. n momentul adoptrii dischetelor de 3,5 castandard pentru calculatoarele desktop, au fost folosite numai dischetele cudensitate nalt, cu o capacitate de 1,44 MB.

    Carcasa. Principalele mbuniri aduse de Sony dischetelor de 3,5 aufost mecanice. Din punct de vedere magnetic i logic, acestea funcioneazlafel cu discurile flexibile de 8. Unitile de dischete au acelai mod de operare,dar sunt miniaturizate pentru PC-urile moderne. Cea mai remarcabil inovaieadusde Sony dischetelor de 3,5 a fost carcasa durdin plastic rezistent laimpact (vezi figura 2.19).

    Fig. 2.19.Organizarea externa unei dischete de 3,5.

    Carcasa dischetei de 3,5 msoar3,7 (94 milimetri) n lungime i doarpuin peste 3,5 (90 milimetri) n lime. Discurile au o grosime cu puin mai

    mare de o optime de inci (3,3 milimetri) i o greutate aproximativde 22 grame.n contradicie cu numele, discul magnetic din interior nu msoardect 3,4 (86milimetri) n diametru. n ciuda rolului protector al carcasei, mediul magnetictrebuie protejat de atingerea cu aceasta. O folie subire de material textilneesut, asemtor prosoapelor de hrtie, cptute carcasa, protejnddiscul magnetic. Firele acestui material textil au rolul de suport i colecteazpraful. Contactul uor cu stratul de cptueal permite alunecarea mediuluiaproape f frecare. n acelai timp, materialul textil adun praful i alte

    particule de pe suprafaa mediului, astfel nct s nu zgrie capetele decitire/scriere ale unitii de dischete.

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    29/210

    Echipamente de stocare pe suport magnetic

    43

    Butucul discului. O poriune a dischetelor mai vechi predispus ladeteriorri este orificiul butucului. La fiecare introducere a dischetei n unitate,butucul unitii intrn acest orificiu i antreneazdiscul. Intrarea butucului n

    orificiu foreazpoziionarea corecta ntregului disc pentru citire i scriere.Uneori, butucul poate s deterioreze marginile orificiului. Dac discul estedeteriorat ntr-o msurprea mare, poate deveni inutilizabil.

    Singura protecie pe care o ofereau dischetele mai vechi mpotrivaacestui tip de deteriorri era un inel opional de ntrire, pe care productorii ladugau pe marginile orificiului de antrenare. Dischetele de 3,5 eliminacesteprobleme prin folosirea unui butuc metalic solid, cu un orificiu central ptrat deantrenare, care se potrivete cu axul unitii de dischete. Butucul de oel estemai rezistent la deteriorri. Tietura dreptunghiular din butuc permitemecanismului unitii de dischete sdetermine fambiguiti alinierea radiala discului. Aceasttieturservete ca referinmecanicpentru poziia datelorpe disc. Butucul mecanic este lipit de discul magnetic.

    Cheia de inserare. O dischetde 3,5 are patru laturi i doufee, adicopt moduri n care se poate ncerca introducerea acesteia n unitatea dedischete, dintre care unul singur este corect. Dac forma dreptunghiular acarcasei nu permite introducerea lateral a dischetei, se poate ncercaintroducerea acesteia cu partea din spate sau rsturnat. Pentru a mpiedica

    deteriorarea unitii prin introducerea necorespunztoare a dischetei, carcasaare o teiturla unul dintre coluri. O cheie din interiorul unitii blocheazacestcoldacteitura nu este prezent, astfel nct nu se poate introduce dischetan unitate n orice poziie. Dupce discheta ptrunde complet n unitate, oblonulmetalic se deschide i capetele de citire/scriere se poziioneazpe disc. Colulteit nu permite capetelor de citire/scriere satingcarcasa de protecie n locde zona de acces a discului. Pe plasticul carcasei este desenat o micgeat, cu rolul de indicator vizual. Aceasta indiclatura dischetei care trebuie

    se introducn unitate, dacoblonul metalic nu este suficient.Protecia la scriere. Discheta este proiectat, n principal, ca un mediude citire/scriere, astfel nct se poate folosi pentru stocarea informaiilor ipentru citirea ulterioara acestora. Totui, uneori se dorete protejarea datelorde pe dischete mpotriva modificrilor. De exemplu, atunci cnd se salveazpedischete fiierele de arhiv. De asemenea, productorii software protejeazlascriere dischetele de distribuie, astfel nct smpiedice tergerea accidentala codului, ceea ce ar cauza probleme birourilor de asistentehnic.

    Discheta de 3,5 include o clapetde protec

    ie la scriere, care permite

    transformarea oricrei dischete ntr-un mediu cu acces numai pentru citire.Atunci cnd clapeta acoperorificiul, se poate scrie, se poate citi i se poate

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    30/210

    Echipamente periferice

    4

    formata discheta. Dacse schimbpoziia clapetei astfel nct orificiul s fiedeschis, un dispozitiv din interiorul unitii mpiedicscrierea pe dischet. Sepoate deplasa oricnd clapeta napoi, astfel nct discheta spoatfi folosit

    din nou pentru scriere.Deseori, productorii elimincomplet clapeta. n lipsa acesteia, orificiulnu mai poate fi acoperit i discheta este protejatpermanent la scriere. Totui,se poate ocoli aceast form permanent de protecie, blocnd orificiul deprotecie la scriere. Cea mai simplmetodeste acoperirea orificiului pe ambelei cu o bandopac, fcnd astfel discheta de distribuie accesibilpentruscriere. Totui, aceastmetodascunde un pericol potenial. Dacbanda nueste bine lipitpe disc, se poate ncurca n mecanismul unitii de dischete, cuposibilitatea de a mpiedica scoaterea dischetei din unitate.

    Cheia de determinare a densitii. Pentru ca unitatea de dischete spoat determina tipul mediului magnetic folosit de dischet, astfel nctcircuitele electronice ale unitii s fie ajustate n funcie de coercitivitateadiscului, dischetele de 3,5 includ o cheie de densitate. Cheia const, de fapt, nprezena sau absena unui orificiu dintr-un col al carcasei. Dischetele cudensitate dubl nu au acest orificiu, care este prezent pe dischetele cudensitate nalt. Dischetele cu densitate foarte mare (extra high density) au ncun orificiu, indicnd valoarea de 2,88 MB. n plus, densitile mai mari sunt

    marcate i prin ali identificatori vizuali de exemplu, marcajul stilizat HD dinapropierea oblonului dischetelor cu densitate nalt.

    Deseori, conexiunea dintre unitatea de dischete i calculatorul gazdnuretransmite corect informaiile legate de cheia de densitate ctre PC i sistemulde operare al acestuia. Dacinformaiile legate de cheia de densitate nu suntdisponibile, se poate formata o dischetcu densitate dublca i cum ar aveadensitate nalt(high density). Cu ctva timp n urm, unii productori ofereaudischete pe care era marcatpoziia orificiului de determinare a densitii, astfel

    nct se putea perfora carcasa i formata discheta cu densitate nalt. Deidiferena de coercitivitate ntre dischetele cu densitate dubl i densitate nalteste modest, alte diferene ale mediului fac ca dischetele cu densitate dublsfie nefiabile la capaciti mai mari. n plus, perforarea carcasei lasdeseorireziduuri sub forma unor mici particule de plastic care contamineazdiscul (nfabric, cheia de densitate este creatprin turnare, nu prin perforare). Acetiageni contaminani pot reduce durata de via a discului sau pot deterioraunitatea de dischete. Costul sczut al dischetelor actuale cu densitate naltface ca aceste opera

    ii s

    fie evitate.

    Pentru dischetele de 3,5 sunt folosite 4 formate, dintre care 3 suntacceptate de PC-uri (PC-urile nu suportdischetele de 3,5 cu o singurfa).

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    31/210

    Echipamente de stocare pe suport magnetic

    45

    n tabelul 2.5 sunt prezentate caracteristicile de bazale celor patruformate pentru dischetele de 3,5.

    Tabelul 2.5. Caracteristicile dischetelor de 3,5

    capacitateunitate desur

    360 KB 720 KB 1,44 MB 2,88 MB

    fee numr 1 2 2 2

    piste numr 80 80 80 80

    sectoare pe pist numr 9 9 18 36

    dimensiunea sectoarelor bii 512 512 512 512

    viteza de rotaie rpm 300 300 300 300

    rata de transfer a datelor kbps 500 500 500 1.000

    densitatea biilor (max.) bpi 8.717 8.717 17.434 1.434

    densitatea pistelor tpi 135 135 135 135

    coercitivitate Oe 650 650 720 1.200

    2.3.2.2. Uniti de disc flexibil

    Interfaa de disc flexibil permite cuplarea a maximum 4 uniti de disc: doun cutia echipamentului nucleu i doun exterior. Pentru fiecare din aceste douperechi existun conector separat. Existamplificatoare i terminatori de cablupentru fiecare conector. Suportul magnetic ncorporat n dischetare nevoie deun dispozitiv electromecanic pentru crearea condiiilor ca interfaa mediu-capmagnetic s faciliteze transferul de date ntre mediul magnetic i o interfaelectricstabilit, de regulcu niveluri logice 0 (0 V sau 0,8 V) i 1 (2,4 V sau 5V). Acest dispozitiv, prezentat n figura 2.20, este denumit unitate de disc flexibil(UDF), fiind un echipament periferic de sine sttor. mpreun cu blocul decuplare la magistrala microcalculatorului, una sau mai multe UDF formeazunsubsistem de disc flexibil (SSDF). Adaptarea interfeei UDF la magistralamicrocalculatorului este realizat ntr-un modul care organizeazdatele de pesuport, conform unui format standardizat sau specializat al pistei. Aceastparte

    se numete formator. Formatorul, mpreuncu circuitele de dialog cu magistrala,se constituie ntr-o unitate numit cuplor de disc flexibil.

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    32/210

    Echipamente periferice

    4

    Fig. 2.20. Unitate de disc flexibil (UDF).

    Interfaa mediu-cap magnetic. Interfaa mediu-cap magnetic, prin carese efectueaz transferul de informaie, se realizeaz prin contact direct.Discheta, antrenat de un motor electric de curent alternativ sau de curentcontinuu, se afln micare de rotaie cu vitezconstant. Capul magnetic estetransportat pe un car, a crui poziie fade o pistde referincorespundepistei cu care se face transferul.

    Capul se aeazpe pist prin apsarea dischetei ntre cap, pe de oparte, i un tampon cu psl, pe de altparte, acesta din urmfixat pe un braacionat de un electromagnet. Odat ajuns la pista aleas, capul magnetic

    mne fixat n timpul ncrcrii, iar tamponul de psladuce suprafaa denregistrare n apropierea ntrefierului de nregistrare-redare.

    Capul magnetic creeaz o mic adncitur pe suprafaa dischetei,deformare care dispare dupndeprtarea de zona prinsntre cap i tampon.Suportul i capul magnetic sunt proiectate sreziste la frecarea intensdinzona transferului. Variaiile poziiei capului, ale parametrilor mirii carului iale poziiei dispozitivului de prindere a dischetei stabilesc acurateea poziionriipe pist i excentricitatea parcurgerii ei la diferite treceri, limitnd n bun

    surperformanele UDF.

    Protecie scriere

    Comandscriere

    Date scriere

    Detecie pist43

    nfurarescriere/citire

    El. magnet

    s. uindex

    Acionare motor pas cu pas

    steppista 0 Circuite decomand

    /scriere

    Circuitescriere

    Circuitecitire

    seleciereadyindexsector

    direciencrcare cap

    Date citire

    Detecie pistzero

    LED dischetinstalat

    Senzor protecie scriere

    Motorasincron

    Bandelasticde antrenare

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    33/210

    Echipamente de stocare pe suport magnetic

    47

    2.4. MEMORII PORTABILE

    2.4.1.ZIP

    Un ZIP este o soluie de stocare magneticportabil. Iomega ZIP Drive afost lansat n 1995. Este o tehnologie dezvoltat pe baza principiuluiaerodinamic al lui Bernoulli, care afirmc, la un lichid n curgere, cretereavitezei are loc simultan cu scderea presiunii (vezi figura 2.21).

    Fig. 2.21.Principiul aerodinamic al lui Bernoulli (stnga) i discul ZIP Iomega (dreapta).

    Cu ajutorul acestui principiu, Iomega a creat o unitate n care disculflexibil plutete ntre capete de citire i scriere. Discul este moale i flexibil ca ladischete, ceea ce l face ieftin de produs i mult mai puin sensibil la ocuri fade hard disk-uri. Discul ZIP este de o calitate mult mai bundect la dischete,fapt care permite folosirea unor capete de citire-scriere mult mai mici(aproximativ de 10 ori) i un mecanism de poziionare al capetelor de citiresimilar cu al hard disk-urilor. Un disc ZIP are mult mai multe piste dect o

    dischet, rezultnd un volum superior de date pe un disc cu aceeai suprafa.Iomega a lansat versiuni de 100, 250 i 750 MB, n uniti cu 3.000 de rpm.Cel mai mare dezavantaj al discurilor ZIP este faptul cnu se pstreaz

    compatibilitatea cu dischetele de 3,5 inci, mpiedicnd ca aceasttehnologie sse impunca nlocuitoare a dischetelor. Popularitatea ei a nceput sscadnjurul anului 2000, din mai multe motive: costul relativ mare al dischetelor(tehnologie proprietar Iomega), apariia pe pia a discurilor optice(re)nregistrabile i a altor memorii portabile, precum i sensibilitatea ridicatlapraf

    i murd

    rie (problem

    de fiabilitate cunoscut

    sub numele declick of death).

    Un ZIP poate fi unitate externsau intern. Unitile externe folosescinterfeele: paralel, SCSI, Plus i USB, iar cele interne, SCSI, IDE i ATAPI.

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    34/210

    Echipamente periferice

    4

    2.4.2. Pocket hard disk(PHD)

    Aprute iniial ca un concurent pentru formatul CompactFlashpe piaa

    fotografiei digitale profesioniste, hard disk-urile de 1 i, mai nou, de 0,85 devino componenttot mai folosit n dispozitivele electronice multimedia actuale.Pionier n domeniu a fost firma IBM, care a lansat primul hard disk de 1, de 340MB, numit Microdrive. Acesta a fost primul dintr-o serie de produse similaredezvoltate de Hitachi, Seagate i Western Digital, modelele recente ajungnd la6 GB. Cel mai mic hard disk al momentului este cel de 0,85, produs deToshiba. Se estimeaz c n viitorul apropiat acest disc va fi capabil sstocheze pnla 4 GB de date.

    Aceste hard disk-uri miniaturale vor fi incluse n urmtoarea generaie detelefoane mobile i PDA-uri, fcnd din aceste dispozitive instrumente foarteputernice i cu un grad nalt de portabilitate. Momentan, hard disk-urile de 1,8i 1 i gsesc locul n MP3player-e portabile, carduri compatibileCompactFlash Type II i dispozitive de stocare portabile n adevratul sens alcuvntului. Hard disk-urile de 1,8 le vor nlocui n cel mai scurt timp pe cele de2.5 n notebook-urile de format mic, avnd avantajul unei performanesuficientei al unui consum de energie n operare mult diminuat.

    Un dispozitiv miniatural de actualitate este In.Coder PJ-28,care conine

    un hard disk de 1, de 2,2 GB, i are o grosime de numai 0,8 mm. Acest produseste o alternativ la pendrive-urile cu memorie flash, care au devenit mediulportabil cel mai utilizat de stocare a datelor.

    Fig. 2.22. In.Coder PJ-28.

    Ali productori, precum Archos, ofer modele similare. Acestedispozitive, ct i cele cu memorie flash, sunt preferate de utilizatori ndetrimentul CD-urilor reinscriptibile i, cu att mai mult, al dischetelor (care, nsituaia actual, nu mai reprezinto soluie pentru nici o categorie de utilizatori),datorita portabilitii, fiabilitii, uurinei n utilizare, capacitii de stocare ivitezei net superioare.

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    35/210

    3. ECHIPAMENTE DE TIPRIRE.IMPRIMANTE

    3.1. INTRODUCERE

    Imprimantele pot fi mpite n doumari categorii, n funcie de contactulfizic dintre mecanismul de tiprire i hrtie: imprimantele cu impact (impact

    printers), la care acest contact fizic se realizeaz, i imprimantele fimpact(non-impact printers), la care contactul fizic ntre mecanism i hrtie nu serealizeaz.

    Clasificarea imprimantelor dupacest criteriu se poate face, deci, n felulurmtor:

    q imprimante cu impact:o imprimante alfanumerice:

    rapide; cu cap margaret(daisy wheel); cu cap sferic;

    o imprimantele matriceale;q imprimante non-impact:

    o imprimante cu jet de cerneal(inkjet): cu jet continuu; cu bule (bubble jet);

    piezo-electrice;o imprimante laser;o imprimante cu cernealsolid;o imprimante cu ceartermic;o imprimante cu sublimarea culorii;o imprimante termice autocrome.

    Chiar dacpiaa este dominat de imprimantele laser i cu cerneal,exist i alte tehnologii de tiprire. Tehnologia cernelii solide are o prezen

    important, fiind capabilsrealizeze documente de o calitate superioarpe olarggamde materiale, n timp ce tehnologiile cu transfer termic de cear

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    36/210

    Echipamente periferice

    50

    (thermal wax transfer) sau sublimarea culorii (dye sublimation) joac un rolimportant n domeniile mai specializate ale imprimrii.

    Imprimantele matriceale (dot matrix) rmn utile n situaiile n care este

    nevoie de o imprimant rapidcu impact, dar dezavantajul major al acesteitehnologii este c nu se poate tipri color. Singurele imprimante de tipalfanumeric rmase n uz sunt cele rapide, care tipresc cte un rnd odat.

    3.1.1. Mecanismul de tiprire i traseul hrtiei

    Mecanismul de trasare este partea care executefectiv semnele graficepe hrtie. De exemplu:

    capul de imprimare dintr-o imprimantmatriceal; jetul de cernealdintr-o imprimantinkjet; fuzibilul dintr-o imprimantlaser.Astfel, prin mecanismul de trasare se nelege elementul din imprimant

    care aeazn mod fizic cerneala pe hrtie, la locul potrivit.Exemplu: la imprimanta matriceal, capul de tiprire mobil conine acele

    care lovesc banda tuatpentru a forma semnele grafice.

    Toate imprimantele deplaseaz hrtia peste mecanismul de trasare.Productorii acordo mare atenie traseului hrtiei, deoarece trebuie asiguratfuncionarea imprimantei n mod fiabil, cu un numr minim de blocaje (numitepaper jam).

    3.1.2. Corpurile de liter

    Toate imprimantele dispun de cel puin un set iniial de corpuri de liter.

    Cele mai moderne dein seturi de corpuri de litere a cror mrime poate fimodificat(numite uneori fonturi scalabile), ceea ce nseamnctiprirea sepoate face la orice dimensiune, deoarece aceasta se poate schimba oricum sedorete. Dacexistfonturi scalabile, va fi necesar un singur fiier de corpuri delitere pentru orice dimensiune de corp de liter.

    Prin corpuri de liter (fonturi) se nelege un set de numere, litere icaractere speciale cu o anumitform i mrime.

    Exemplu: cele mai multe dintre imprimante, ncde acum 10-15 ani, auincluse de ctre fabricant corpurile de literCourier de 12 puncte. Un punct

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    37/210

    Echipamente de tiprire. Imprimante

    51

    (point) este o unitate de msurfolositn tipografie: ntr-un inci exist72 depuncte.

    3.1.3. Rezoluia

    Rezoluia se referla calitatea tipririi i reprezinto msura apropieriicu care imprimanta este capabil s tipreasc doupuncte alturate, sau,altfel spus, cte puncte poate plasa o imprimantpe o lungime dat. Legat derezoluie, mai trebuie specificat i unitatea de msur: dpi, care se referlanumrul de puncte pe inci care poate fi produs de o imprimant(dots per inch).

    Algoritmulhalftoningmparte rezoluia de bazde puncte a imprimanteintr-o grilde celulehalftonei apoi activeazunele puncte din aceste celulepentru a simula un punct de mrime variabil. Printr-o combinaie precisdecelule coninnd proporii diferite de puncte, tehnicahalftoningpoate pliochiul uman crend senzaia unei palete de milioane de culori.

    3.1.4. Emularea i driver-ele

    Problemele care se pun n ceea ce privete diversitatea de imprimantecare se aflpe piaeste cea a compatibilitii. n general, fiecare program careruleazpe un calculator are un limbaj unic i are nevoie de un driverprin care comunice cu imprimanta. Programele care ruleaz ntr-un mediustandardizat, cum este Microsoft Windows, sunt o excepie, toate putnd folosidriver-ele de imprimant standardizate. Din aceste motive (n specialeconomice, deoarece meninerea driver-elor la zi poate fi destul de costisitoarepentru o companie), foarte multe imprimante pot emula (vorbi) acelai limbaj ca

    imprimantele mai cunoscute. n acest fel, firmele productoare de soft potfurnizadriver-e numai pentru imprimantele cele mai bine vndute, iar cele maipuin cunoscute i pot asigura compatibilitatea cu un set mai larg de programesoft. Cteva din imprimantele cu care sunt adesea compatibile celelalte tipurisunt: Epson, Hewlett-Packard, IBM, Canon i Toshiba.

    Imprimantele au nevoie de programe driverpentru a putea lucra cu softulde pe calculatorul gazd. Un programdriver este un fiier nmagazinat ncalculatorul gazd i care ajut softul acestuia s comunice cerinele saleimprimantei. Prin urmare, undrivereste un utilitar care transformcererea deimprimare de la o aplicaie n instruciuni pe care imprimanta le poate nelege.

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    38/210

    Echipamente periferice

    52

    Existdouvariante n ceea ce privetedriver-ele de imprimant: fiecare aplicaie vine cu programe driver pentru diferite tipuri de

    imprimante, iar utilizatorul trebuie scaute undrivercompatibil cu

    propria imprimant; fiecare imprimantvine de la productor cu propriul driver, instalat de

    obicei pe o dischetsau, mai nou, pe un CD, unde, pe lngdriver-e,se mai pot gsi i programe de test, moduri de utilizare corect isfaturi practice n cazuri de funcionare incorect.

    3.1.5. Controlerul i interfaa

    Controlerul unei imprimante este punctul central al tuturor activitilor eimecanice i electronice, sincroniznd evenimentele n aa fel nct caracterele fie realizate exact aa cum apar pe ecran. Unele controlere pot chiar smonitorizeze informaia care este trimisprin interfa i pot descifra n ce limbaja fost aceasta trimis. Controlerul este un microcip (sau, mai modern, un set demicrocipuri) care furnizeaz instruciuni imprimantei, coordonnd datele caresosesc i transformarea acestora n semne tiprite. Controlerul acioneazn

    tandem cudriver-ul de imprimantpentru a asigura o funcionare corect.Imprimanta este conectatla calculator printr-o interfa. Existdiversetipuri de interfa, fiecare cu avantaje i dezavantaje. De obicei, noiunea deinterfainclude att conectorul imprimantei i al calculatorului, ct i cablul careleagcele douconectoare.

    3.1.5.1. Interfaa paralel

    Comunicaia paralel ntre calculator i imprimanteste cea mai desntlnit. Datele sunt stocate n calculator sub forma de octei. n cadrulcomunicaiei paralele, exist mai multe conexiuni individuale, fiecare dintreacestea transportnd cte un bit. Uzual, sunt 8 conexiuni de date, permindunui octet sfie transferat tot odat, dar, uneori, exist i 16 conexiuni de date,pentru transferul simultan a doi octei. Pe lng date, trebuie transmise isemnalele protocolului de comunicaie dintre calculator i imprimant, pentruanuna calculatorul cnd snceap i cnd snceteze transmisia datelor. La

    aceste semnale, sunt folosite conexiuni suplimentare pentru a nu interfera cu

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    39/210

    Echipamente de tiprire. Imprimante

    53

    transmiterea datelor. Comunicaiile de tip paralel nu se preteaztransferului dedate pe distane mari, fiind eficiente pentru cabluri de civa metri lungime.

    Interfaa paralel Centronics, inventat de compania omonim

    productoare de imprimante, este cea mai utilizat metod de conectare aimprimantei la calculator. Aceasta folosete o conexiune paralelde 8 bii i esteunidirecional. Protocolul de transmisie are loc pe fire separate.

    3.1.5.2. Interfaa serial

    Legturile care utilizeazcomunicaia serialsunt mult mai lente dectcele paralele, dar pot fi utilizate pe distane mai mari. n cazul unei legturi

    seriale simple, sunt utilizate doar doufire: unul pentru transmiterea datelor, iarcellalt pentru recepie. Majoritatea legturilor seriale au cel puin ncun fir nplus, dar acesta nu are niciun efect asupra vitezei de transfer. Firelesuplimentare au rolul de a asigura protocolulhandshaking, dar acestea suntopionale, deoarece se pot trimite prin celelalte fire semnale software pentruhandshaking, amestecate cu datele.

    Fiecare bit este trimis separat, deci un octet necesitn mod normal 8transferuri individuale. n plus, majoritatea sistemelor de comunicaie serial

    necesittransmiterea unor bii de control la nceputul i sfritul unui octet, deci,uzual, pentru a transfera un octet sunt transmii 1011 bii. Viteza standard amajoritii legturilor seriale este de 19.200 bii pe secund, dar existunelesisteme care pot lucra la viteze de cteva ori mai mari.

    Comunicaia serialpoate fi convertitpentru a transfera date prin liniatelefonic, deci calculatorul i imprimanta se pot afla la distane mari unul decellalt, acest tip de comunicaie numindu-se conectare la distan (remoteconnection). Dei rata de transfer n cazul comunicrii seriale este adecvatpentru tiprirea de text, n cazul graficii bitmap, aceasta nu permite imprimanteifuncioneze la ntreaga vitez.

    3.1.5.3. Interfaa de reea

    Reelele cu arie localLAN oferposibilitatea de folosire n comun aunor imprimante mai performante. Existservere n reea dedicate procesuluide tiprire, dar imprimantele trebuie sdispuninterfee de reea pentru a puteafi plasate aproape de utilizatori, i nu lngservere. Mai recent, se folosescconectrile prin USB, infrarou, bluetooth i card-uri de memorie.

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    40/210

    Echipamente periferice

    54

    3.1.5.4. Comutarea porturilor

    Unele imprimante care au mai mult de un port de comunicare permit

    comutarea porturilor, astfel nct imprimanta poate comuta automat ntre diferiteporturi pentru a primi date de la mai multe calculatoare. Cnd imprimanta se afln modul ateptare, portul pe care primete date devine port activ pncndjob-ul respectiv este terminat. Dac un alt calculator legat la un port diferitncearcstrimitdate n timp ce imprimanta proceseazun job de tiprire,acesta va fi avertizat satepte, printr-un semnal de tip handshaking. Sistemulde comutare a porturilor funcioneaz, n general, foarte bine, dar, uneori, poatefi dificil pentru imprimantsdeciddacs-a terminat un job de tiprire. n acest

    caz, imprimanta poate atepta cteva secunde pentru a stabili daccalculatorulmai trimite date (aceastperioadpoate fi setatfolosind panoul de control alimprimantei i are valoarea tipicde 1020 secunde), iar dacnu mai primetedate, presupune cjob-ul este complet i l tiprete.

    Daccalculatorul este foarte lent sau pregtete pentru tiprire o pagindeosebit de complex, se poate ntmpla ca pauza s fie mai lung dectperioada de ateptare, caz n care job-ul va fi divizat n doupi, iar comenzilede formatare de la nceputul job-ului vor fi pierdute, deci a doua parte va fi

    tipritnecorespunztor. Majoritatea imprimantelor permit dezactivarea funcieide comutare a porturilor sau setarea unui timp de ateptare foarte lung pentru adepi aceastproblem.

    3.2. IMPRIMANTE ALFANUMERICE

    Imprimantele alfanumerice au o importanmai mult istoric, acum fiind

    folosite doar cele de vitezfoarte mare, care nu au putut fi nlocuite. Sunt de maimulte tipuri, dupcum urmeaz.

    3.2.1. Imprimante cu cap sferic

    Se poate vedea un astfel de exemplu n genericele unor emisiuni TV,fiind un model vechi, dar foarte sugestiv pentru tehnologia anilor 70. Viteza de

    imprimare este foarte redus, datoritgreutii mari a capului de imprimare.

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    41/210

    Echipamente de tiprire. Imprimante

    55

    3.2.2. Imprimante cap margaret(daisy wheel)

    Principiul este asemtor celui de la maina de scris. n faa foii de

    hrtie se aflo rozet, fiecare braal rozetei avnd cte una sau doulitere,care, dupce sunt poziionate, sunt imprimate prin lovirea cu un ciocnel careeste acionat cu un electromagnet.

    Evident, aceastpoziionare i acionare a ciocnelului duce la vitezesczute de imprimare.

    Fig. 3.1. Rozeta imprimantelor cu cap margaret.

    3.2.3. Imprimate rapide

    Sunt singurele care au mai rmas n uz, datorit vitezei ridicate deimprimare, fiind capabile stipreascun rnd odat. Dispun de cte o rozetcu toate literele pentru fiecare coloan, rozetele fiind poziionate simultan, iarfoaia este lovito singurdatpentru fiecare rnd.

    3.3. IMPRIMANTE MATRICEALEAu aprut n anii 70, mai nti cele cu 8-9 ace, iar apoi cele cu 24 de ace.

    La imprimantele matriceale cu 8-9 ace, acele sunt dispuse pe un rnd vertical.La cele cu 24 de ace, de obicei, sunt dispuse pe dournduri de cte 12 ace(ntreesut).

    n figura 3.2 sunt prezentai conectorii cu 9, respectiv, cu 24 de ace.

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    42/210

    Echipamente periferice

    56

    Fig. 3.2. Conectori cu 9, respectiv, 24 ace.

    Imprimantele matriceale au posibilitatea de a funciona n doumoduri: nmod alfanumeric i n mod grafic.

    n modul alfanumeric, imprimantei i se transmit codurile caracterelor, iarimprimanta, pe baza unei matrice, de obicei, predefinite, acioneaz acelecorespunztoare literei cu codul transmis.

    n modul grafic, imprimantei i se transmit octet cu octet acele care seacioneazde fiecare dat, astfel fiind posibilimprimarea chiar a unor desenede o calitate bun, dar a unor poze de calitate slab, aprnd fenomenul debanding, adic, se vede pe desen ca fost fcut fie cu fie. n modul grafic,imprimantele cu 9 ace folosesc doar 8 ace, al noulea fiind folosit doar n modulalfanumeric. n modul grafic, imprimantele cu 9 ace sunt deosebit de lente (detrei ori mai lente dect cele cu 24 de ace). Datoritdimensiunii limitate a grosimii

    acelor, rezoluii peste 200

    200 dpi nu sunt posibile din punct de vederetehnologic, ci doar n reclame.Este o tehnologie nvechit, dar n anul 2004 au fost cele mai de efect

    imprimante de pe pia, datoritpreului, i, n plus, aveau i cel mai mic cost deexploatare (pre/pagin), reprezentnd un concurent serios pentru tehnologiilemoderne care vor fi expuse n continuare.

    3.4. IMPRIMANTE CU JET DE CERNEAL(INKJET)

    Imprimarea cu jet de cerneal (inkjet) este un sistem de tiprirematriceal, electronic i direct, n care mici picturi de cernealsunt extrase dintr-un orificiu i sunt apoi propulsate ctre o suprafa receptoare, f a seproduce un contact direct ntre aceastsuprafa i dispozitivul de tiprire. Dupmodul n care sunt produse picturile, tehnologiile de imprimare cu jet de

    cernealpot fi grupate n doumari familii: tehnologii care folosescjet de cernealcontinuu;

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    43/210

    Echipamente de tiprire. Imprimante

    57

    tehnologii care folosesc o tehnic asincron de generare apicturilor (n impulsuri).

    3.4.1. Tehnologia cu jet continuu

    n acest sistem, capul de imprimare trimite continuu picturi de cernealtre hrtie. n general, jetul este deflectat ctre un rezervor de reciclare acernelei, cu excepia cazului n care este necesar sse imprime un punct pepagin(vezi figura 3.3).

    Un jet de cerneal se rupe n picturi cu o rat definit de ecuaiilestabilite de Lord Rayleigh: o bul de lichid va forma ntotdeauna un obiecttridimensional cu energia de suprafacea mai cobort n acest caz, estevorba despre sfere.

    Fig. 3.3. Tehnologia cu jet continuu.

    Pentru a uniformiza aceste picturi, se aplic jetului de cerneal operturbaie ultrasonic numitadesea stimulare , la o frecvenegalcufrecvena de rupere Rayleigh. n jurul punctului de rupere a jetului de cerneal,este indus un cmp electric menit s ncarce picturile cu o sarcinelectrostatic. n continuare, drumul picturilor trece printr-un cmp de nalttensiune, care deflecteaz picturile ncrcate spre hrtie sau sprerecuperatorul de cerneal, de unde este apoi reciclat. Se pot obine astfel de la

    50.000 la 150.000 de picturi pe secund, dar preul instalaiei hidraulice i alcernelei de o calitate specialsunt dezavantaje serioase.

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    44/210

    Echipamente periferice

    58

    3.4.2. Tehnologia cu bule (bubble jet)

    Tehnologia cu bule se ncadreaz n familia tehnologiilor cu jet de

    cernealn impulsuri. Pe unul din pereii camerei de producere a picturilor, sesete un element nclzitor, realizat sub forma unui film extrem de subire(vezi figura 3.4).

    Fig. 3.4.Tehnologia cu bule.

    Procesul de producere a unei picturi este iniiat de nclzirea foarterapida cernelei, prin intermediul nclzitorului (cu o ratde cteva sute degrade Celsius pe microsecund). Cnd cerneala se supranclzete, ncepe sse evaporeze rapid, producnd o undde oc, care va aciona ca un piston

    asupra cernelei din capul de imprimare, propulsnd cerneala din mo, care erapregtitsplece, direct pe foaia de hrtie. Urmtoarea picturi ia locul norificiul de plecare, ateptnd un nou oc pentru a porni.

    Dezavantajul este legat de cerneal, care trebuie snu fie apoas i sse usuce repede dupce a ajuns pe hrtie, dar snu se usuce n duze (nainte plece). Viteza de imprimare este destul de mic, rata de producere apicturilor fiind de 5.0008.000 pe secund. Datorit ocurilor termice suportatede capul de imprimare, acesta nu are un timp de via ndelungat. Calitatea

    imprimrii scade considerabil dacnu se folosete o hrtie special. Principalulavantaj al metodei l constituie simplitatea tehnologic, fapt reflectat n preuridestul de mici n comparaie cu celelalte imprimante cu jet de cerneal.

    3.4.3. Tehnologia piezoelectric

    n acest caz, unda de oc este creatprin efect piezoelectric, de ctre uncristal piezoelectric aflat pe un perete al capului de imprimare (vezi figura 3.5).Avantajul principal l constituie frecvena mare de producere a picturilor, ceeace duce la o vitezsporitde imprimare: se poate atinge o ratde 20.000 de

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    45/210

    Echipamente de tiprire. Imprimante

    59

    picturi pe secund. Un al doilea avantaj l constituie viteza mare de expulzare apicturii (de 100 de ori mai mare dect la bubble jet), ceea ce asigurpicturii otraiectorie rectilinie neinfluenat de micarea capului de imprimare. Ca

    dezavantaje, pe primul loc troneazpreul ridicat impus de tehnologia implicatn aceste imprimante; apoi trebuie amintite capetele de imprimare, maivoluminoase dect labubble jet. Modelele mai recente au capete de tiprire alb-negru cu 128 duze i color cu 192 de duze (cte 64 pentru fiecare culoare),ajungnd la o rezoluie de bazde 720 x 720 dpi.

    Fig. 3.5. Tehnologia piezoelectric.

    Imprimarea n culori. n sistemele TV se folosete principiul aditiv decompunere a nuanelor, prin adunarea proporionala celor trei culori primare:R (Red), G (Green) i B (Blue), datoritfaptului cpixelii de pe ecran sunt surse

    luminoase. La imprimarea pe hrtie, principiul nu mai este acelai, deoareceochiul uman percepe ceea ce se reflectde pe foaie, deci sinteza culorilor nacest caz este substractiv, cele trei culori de bazfiind turcoaz, C (cyan), mov,M (magenta) i galben, Y (yellow) unde:

    C = B + GY = R + G (3.1)M = R + B

    Dacse dorete imprimarea, de pild, a culorii roii (R), este necesar sse amestece (pe hrtie) mov (M) i galben (Y), rou fiind singura lor culoarecomun i care, deci, va fi reflectat. Problema apare cnd se urmrete sseobinnegru. Teoretic, trebuie sse amestece toate cele trei culori de baz,dar, practic, se obine un gri nu prea nchis (80%). Din aceast cauz, sefolosete o duzsuplimentarcu cernealneagr(K =blacK). Se spune cimprimarea color se face n sistemul CYMK.

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    46/210

    Echipamente periferice

    60

    3.5. IMPRIMANTE LASER

    Principiul de imprimare al imprimantelor laser este cel dezvoltat lacopiatoare. Se transmit imprimantei datele care trebuie imprimate, ele fiindstocate ntr-o memorie internde cel puin 1 MB. Imaginea din memorie esteapoi transferatpe tambur prin intermediul unei raze laser, care este poziionatcu ajutorul unui sistem de oglinzi, tamburul fiind parcurs linie cu linie de ctreraza laser, care este aprinsdoar n acele zone care trebuie ulterior nnegrite(vezi figura 3.6). Tamburul este confecionat dintr-un material izolator din punctde vedere electric, iar n locurile n care este impresionat de raza laser prin efect

    fotoelectric, acesta se ncarcelectrostatic. Pe tambur se formeazastfel oprimharta imaginii, care va fi ulterior imprimatpe hrtie. Peste tambur esteapoi presrat tonerul, care este o pulbere foarte finde grafit, care aderlatambur n punctele atinse de raza laser. Acest toner este apoi transferat de petambur pe hrtie prin presare, hrtia cu tonerul depus urmnd streacprindispozitivul de fixare, care topete tonerul, imprimndu-l astfel definitiv de hrtie.

    Fig. 3.6. Principiul de funcionare al imprimantelor laser.

    n continuare, dupce i-a transferat tonerul pe hrtie, rolul tamburuluise termin, acesta fiind pregtit n continuare pentru reluarea ciclului: se perie

    tonerul care nu s-a transferat pe hrtie i apoi se aduce ntreg tamburul laacelai potenial, pregtindu-l pentru o nounscriere cu raza laser.

  • 7/22/2019 Echipamente Periferice Curs - Radu Radescu (ETTI)

    47/210

    Echipamente de tiprire. Imprimante

    61

    Pentru a evita mecanismul complicat de poziionare a razei laser,productorii au nlocuit generatorul de razlaser cu o puzderie de LED-uri laser,ezate rectiliniu, perpendicular pe direcia de deplasare a hrtiei, imprimnd

    astfel un rnd o dat. Mecanismul astfel obinut este mai fiabil dect variantaclasic.

    Avantajul acestor imprimante este calitatea deosebita imaginii obinute,att ca rezoluie, ct i n ceea ce privete contrastul i numrul de nuane,calitate neegalatde niciun alt tip de imprimant. Dezavantajul acestui tip deimprimantrmne preul, cu toate cacesta a sczut mult n ultimii ani.

    3.6. IMPRIMANTE MODERNE3.6.1. Imprimante laser color

    Imprimatele color funcioneazla fel cu cele alb-negru, cu diferena ctipresc de patru ori pe aceeai coal, cu cte o trecere pentru fiecare culoare(vezi figura 3.7).

    Fig. 3.7. Principiul de funcionare al imprimantelor laser color.

    Viteza standard de tiprire este relativ sczut: 4-16 ppm (pagini peminut) n mod