Calculatoare

M2.U1.3. Unitatea centrala a calculatorului

In continuare sunt prezentate cateva dintre conceptele de baza ale structurii unui calculator personal.

Procesorul CPU (Central Procesing Unit) reprezinta componenta centrala a calculatorului. El se ocupa de controlul tuturor celorlalte dispozitive care intra in componenta calculatorului avand o magistrala de comunicatie cu perifericele din exterior cu diferite largimi exprimate in biti. Aceasta magistrala conecteaza placa de baza (Motherboard), unde sunt asezate procesorul si circuitele adiacente ale acestuia, cu memoria si cu placile de extensie, care sunt cuplate in sloturile de extensie.

In categoria placilor de extensie se incadreaza placa video, care are rolul de a transforma datele din memorie din formatul brut al acestora in semnale electronice analogice direct pentru monitor, placa de retea, care asigura comunicatia mai multor sisteme, intre ele, placa de sunet, care converteste sunetele in informatie digitala si informatia digitala in sunete, placa de fax-modem, destinata interconectarii la mare distanta folosind legaturile telefonice, si alte placi cu diferite functii speciale.

La placa de baza si la placile de extensie se conecteaza restul perifericelor. Ca o lista a acestora, lista care nu se considera completa avem unitatile de floppy disk, de hard disk, imprimanta, tastatura, mouse-ul, monitorul, scanner-ul, plotter-ul, boxele active si alte dispozitive cu diferite functii, precum si alte calculatoare.

Unitatea centrala este reprezentata de totalitatea componentelor unui calculator, care se gasesc instalate in carcasa acestuia, inclusiv carcasa. La calculatoarele care pot fi considerate ca facand parte din categoria calculatoarelor personale, carcasa contine, instalate in interiorul ei, urmatoarele componente:

placa de baza a calculatorului cu sub-componentele:

microprocesor

memorie RAM

placa grafica

placa de retea

placa de sunet

placa de Fax-Modem

unitatea de Floppy Disk

Hard Disk - ul

unitatea de CD-ROM

sursa de alimentare a calculatorului

conectori pentru toate porturile calculatorului.

Carcasa unui calculator, din punct de vedere constructiv, poate fi de tip DeskTop, modelul de carcasa cu inaltime mica care este conceputa sa fie asezata pe masa sub monitor sau de tip Tower, mai inalta, conceputa sa fie asezata fie pe birou langa monitor, fie sub birou, la indemana utilizatorului.

Varianta portabila a calculatorului poarta numele de laptop sau notebook.

a. Placa de baza

Placa de baza este placa electronica pe care se gasesc montate cateva circuite electronice integrate, conexiuni intre acestea si cativa conectori. Dintre circuitele de pe placa de baza amintim procesorul, care este instalat intr-un soclu special, astfel incat sa poata fi inlocuit, controller-ul de intreruperi, circuitele de ceas ale sistemului, BIOS-ul, memoria SDRAM, controller-ul IDE si, la variantele noi, circuitele video, retea si de sunet.

b. Microprocesorul

Procesoarele Pentium au fost primele care au revolutionat arhitectura procesoarelor prin trecerea de la executarea unei instructiuni in mai multe cicluri de ceas la executarea mai multor instructiuni intr-un ciclu de ceas odata cu trecerea de la arhitectura CISC la cea de tip RISC (figura 2.1).

La arhitecturile de tip CISC o instructiune, fiind complexa, datorita numarului mare de instructiuni din setul de instructiuni, trecea prin multe faze de executie in timp ce numai o parte din circuitele procesorului erau folosite.

La arhitecturile de tip RISC optimizarea s-a realizat prin reducerea setului de instructiuni si odata cu aceasta si complexitatea codului unei instructiuni, astfel crescandu-se viteza de executie a unei instructiuni. La acest tip de arhitectura instructiunile trec, in timpul executiei, aproximativ prin aceleasi faze de executie, doar ca procesorul este folosit la un randament mai mare datorita efectului de conducta (Pipe). Notiunea de Pipeline s-a nascut datorita asemanarii fazelor de executie prin care trece o instructiune cu o teava in care prin unul din capete introducem piese cilindrice (instructiunile). In timp ce in aceasta teava se afla un numar oarecare de piese, care se deplaseaza dinspre un capat spre celalalt (de-a lungul executiei), pe masura ce la un capat introducem cate o piesa prin celalalt va iesi cate o piesa (instructiunile care au fost executate). Deosebirea esentiala dintre CISC si RISC este aceea ca la RISC nu trebuie sa asteptam ca singura instructiune care se afla in executie la un moment dat sa fie incheiata pentru a incepe executia instructiunii urmatoare, ci putem executa in acelasi timp un numar n de instructiuni care se vor afla, doar, in faze diferite de executie. Astfel, in timp ce un procesor CISC finalizeaza o instructiune, un procesor RISC, care ar functiona la aceiasi frecventa de ceas (o instructiune trece dintr-o faza de executie in alta in acelasi ritm ca si la procesorul CISC), ar finaliza de n ori mai multe instructiuni (n=4÷8).

Figura 2.1 Arhitectura unui procesor Pentium

c. Memoria

Memoria unui calculator reprezinta o entitate esentiala in functionarea normala a calculatorului. Intuitiv ea are forma unei matrice sau a unui tabel in care se gasesc aranjate dupa o ordine determinata informatiile. Aceste informatii trebuie sa poata fi accesate cu foarte mare exactitate.

Adresa de linie consta intr-un sir binar a carui valoare reprezinta numarul de ordine al liniei pe care se afla valoarea pe care dorim sa o accesam. Adresa de coloana consta intr-un sir binar a carui valoare reprezinta numarul de ordine al coloanei pe care se afla valoarea pe care dorim sa o accesam. La intersectia liniei si coloanei respective se activeaza valoarea pe care dorim sa o accesam.

Adresa valorii pe care dorim sa o accesam este reprezentata de cele doua adrese (de linie si de coloana) concatenate. Exemplu, adresa de linie este 0011010010, adresa de coloana este 1000101011 deci adresa valorii va fi 00110100101000101011.

Procesorul are nevoie la un moment dat sa acceseze o anumita locatie din memorie (figura 2.2). Seteaza asadar valoarea adresei acesteia pe magistrala de adrese, adresa care odata ajunsa la memorie se imparte in doua, la linii si la coloane, se decodifica (asa incat valoarea binara se transforma intr-un numar de ordine) si se activeaza locatia dorita. Activarea unei anumite locatii este echivalenta cu conectarea fiecarui bit al acesteia la magistrala de date, astfel locatia respectiva sa poata fi citita sau re-scrisa.

Figura 2.2 Accesarea unei anumite locatii din memorie

Memoria calculatorului este impartita pe mai multe nivele pentru a elimina efectul fenomenului de intarziere. Intarzierea este cauzata in ordinea prioritatilor de timpului de pozitionare al elementelor mecanice (la memoriile periferice cu suport magnetic sau optic), de timpul de decodare al adresei (cu cat volumul de memorie este mai mare cu atat timpul de decodare este mai mare - variatia este logaritmica), de tehnologie (memoria rapida, realizata prin tehnologii speciale este mai scumpa), si nu in ultimul rand de traseele electrice (cu cat memoria este mai aproape din punct de vedere fizic de procesor cu atat firele conexiunii sunt mai scurte si viteza de acces este mai mare).

Primul nivel de memorie si cel mai rapid este asa numitul Level 1 cache. Aceasta memorie se afla chiar pe circuitul integrat al procesorului si volumul acestuia este relativ mic (de la cateva zeci de mii de locatii, adica in jur de 24KB la 512KB) datorita tehnologiei care este extrem de scumpa, dar este extrem de rapida.

Al doilea nivel de memorie Level 2 cache este mai mare si se afla plasat, din punct de vedere fizic, langa procesor, pe placa de baza, fiind mai mare ca volum decat Level 1 cache, avand de la 500KB in sus (la ultimele procesoare acest tip de memorie si-a pierdut utilitatea datorita noilor tehnologii).

Al treilea nivel de memorie este reprezentat de memoria RAM (Random Access Memory) care se afla plasata pe mici placute prevazute cu conectori si care se instaleaza in slot-urile de memorie aflate pe placa de baza. Volumul de memorie RAM a crescut de-a lungul timpului pe de-o parte datorita scaderii pretului de productie, ca urmare a dezvoltarii de noi tehnologii si pe de alta parte datorita cresterii necesitatilor sistemului odata cu dezvoltarea software-ului. Memoria RAM care candva abia atingea "imensa" valoare de 1MB, a ajuns acum in mod curent la valori de 4GB si chiar mai mari.

Al patrulea nivel de memorie poate fi considerat cel magnetic, mai exact Hard Disk-ul. Aceasta memorie nu este volatila spre deosebire de primele trei nivele de cache. Atunci cand se opreste calculatorul, datele memorate pe Hard Disk (prescurtat HDD) nu se pierd cum este cazul la memoria volatila. Chiar mai mult, atunci cand vrem sa oprim calculatorul este necesar sa informam sistemul astfel incat acesta sa aiba timp sa transfere toate datele din memoria volatila pe HDD, pentru a se pastra integritatea acestora.

Aceasta impartire pe nivele a fost necesara din cauza discrepantei dintre viteza mare de lucru a procesorului si viteza mica de lucru a memoriei (care, dupa cum am vazut, cu cat este mai mare, cu atat este mai lenta). Astfel procesorul va lucra cu datele cele mai usor de adresat, cele din Level 1 cache. Cand are nevoie de alte date, un controller specializat are grija ca acestea sa fie transferate din Level 2 in Level 1 de cache. Cand si aceste date vor fi fost epuizate, controllerul are grija ca urmatorul bloc de date din L3 sa fie adus in L2 si asa mai departe. Astfel procesorul are la dispozitie in L1, permanent datele de care are nevoie, indiferent in ce locatie de memorie se afla acestea si indiferent de nivelul de cache in care se afla acestea.

Calculatorul este astfel conceput incat are configurata memoria ca o banda foarte lunga (in teorie aceasta banda se dorea infinita la unul dintre capete), aranjata pe doua coloane, una dintre coloane contine locatii propriu-zise de memorie iar cealalta adresele fiecarei locatii de memorie. Adresele locatiilor sunt aranjate in ordine de la valoarea 0 la n-1 (unde n reprezinta numarul de locatii de memorie de pe acel calculator.) Pentru a accesa o anumita locatie de memorie, procesorul doar specifica adresa acesteia.

c.1 Memoria RAM

Pentru ca memoria RAM, Level 3 cache, este de dimensiuni relativ mari, iar tehnologia de realizare a circuitelor integrate cu suprafata mare este excesiv de scumpa, a fost adoptat un compromis (intre complexitate si pret), acela ca pentru a avea suprafata de integrare mai mica a fost minimalizata atat cat a fost posibil complexitatea celulei elementare de memorie cu pretul ca aceasta memorie este capabila sa mentina datele integre doar pentru cateva milisecunde, timp dupa care acestea se pierd daca nu sunt reimprospatate. De aceea un circuit special are grija ca datele din memoria RAM sa fie permanent reimprospatate.

La ora actuala memoria RAM poate lucra la frecvente de 100MHz, 133 MHz (cazul memoriei SDR), 200MHz, 266MHz (cazul memoriei DDR) si chiar pana la 400MHz si mai mari (cazul memoriei RIMM).

d. Hard Disk-ul

Hard Disk-ul (HDD) reprezinta unitatea de memorie cu suport magnetic, instalata pe sistem.

Este compusa dintr-un ax pe care se afla fixate mai multe discuri sau platane cu suprafata magnetica (figura 2.3). Acestea se invartesc in jurul axului cu viteza foarte mare. Citirea sau scrierea se realizeaza cu ajutorul unor capete de scriere - citire care se afla fixate solidar de un suport. Acest suport poate fi pozitionat cu ajutorul unui sistem de comanda electromagnetic. Comanda acestor dispozitive se realizeaza cu ajutorul unor circuite electronice. Suprafata magnetica se deruleaza cu viteza foarte mare prin dreptul capetelor de scriere - citire, inducand in acestea un curent, functie de sensul de variatie a liniilor de camp magnetic.

Figura 2.3 Hard Disk

La HDD suprafata magnetica este impartita, ca si la Floppy, in sectoare si piste. Totalitatea pistelor care au acelasi numar de ordine, indiferent de platan sau pe care din cele doua fete magnetice ale acestuia se afla, alcatuiesc un cilindru, asa ca impartirea memoriei se face pe sectoare, cilindrii si capete de citire.

e. Placa grafica

In componenta placii grafice (video) intra o memorie video, in care sunt stocate informatiile specifice de imagine, o memorie in care sunt memorate configuratiile caracterelor, un generator de caractere, un controller care se ocupa de transferul de date si sincronizarea dispozitivelor din jurul sau si un generator de semnal.

La ultimule variante de placi grafice, controllerul este chiar un procesor destul de rapid, si se ocupa de procesarea imaginilor 3D (tridimensionale).

Memoria video avea dimensiuni de 512KB la inceput dar in prezent ajunge la 128MB video-RAM sau chiar mai mult, putand fi SDR sau DDR (de doua ori mai rapida). Aceasta memorie contine parametrii de imagine care constau in grupuri de valori R, G, B, reprezentate binar pentru fiecare pixel de imagine in parte. Memoria placii video trebuie sa fie mai mare sau egala cu produsul dintre adancimea de culoare (numarul de culori si nuante ale unui pixel) si rezolutia imaginii la care dorim sa lucram (pe care o suporta monitorul).

Generatorul de semnal consta intr-un Convertor Digital - Analogic, care converteste semnalele digitale in semnale analogice (figura 2.4).

Figura 2.4 Configuratia placii grafice

f. Sursa de alimentare

Este dispozitivul care alimenteaza cu energie electrica intregul sistem, generand tensiuni de +5V, -5V, +12V si -12V.

Sursele de alimentare sunt de doua categorii, AT si ATX. Sursele AT se pornesc si se opresc de la comutatorul general care intrerupe alimentarea cu energie a intregului sistem. Sursele ATX au un dispozitiv electronic care monitorizeaza in permanenta mouse-ul, tastatura, placa de retea si butonul Power de pe panoul frontal al calculatorului si un pin aflat pe placa de baza, care semnalizeaza sursa de alimentare atunci cand calculatorul este pregatit sa fie oprit. La apasarea butonului Power (care este in acest caz un simplu switch), sursa de alimentare se porneste automat. Ea nu se va mai opri doar prin simpla apasare (mai mult sau mai putin accidentala) a butonului Power ci doar la comanda Shut Down sau Turn Off a sistemului de operare, care intai isi salveaza datele din RAM pe HDD dupa care seteaza bitul care informeaza sursa de alimentare ca sistemul este pregatit sa fie oprit si aceasta intrerupe alimentarea cu energie catre majoritatea dispozitivelor din sistem.

In cazul in care sistemul de operare care ruleaza pe acel sistem nu are prevazuta instructiunea de Shut Down, sau sistemul este blocat, oprirea se poate face prin mentinerea butonului de Power in stare apasata timp de mai multe secunde.

Pornirea se poate face optional (trebuie facute setarile in BIOS) si la o simpla actionare a unui buton al tastaturii sau mouse-ului sau la accesarea adresei de retea a calculatorului respectiv.

M2.U1.4. Alte componente ale calculatorului

a. Monitorul

Monitorul reprezinta dispozitivul de comunicatie intre sistemul de calcul si utilizatorul acestuia, in mod unidirectional dinspre sistem catre utilizator. In cazul monitorului comunicatia ia forma de imagine colorata sau nu, statica sau dinamica.

Monitorul (figura 2.5) este un dispozitiv care nu se programeaza cu ajutorul calculatorului. Toate monitoarele folosesc dispozitivele de scanare-rastru la care imaginea consta intr-o matrice dreptunghiulara de puncte foarte mici care compun rastrul. Toate aceste puncte au forma unor particule de substanta fluorescenta care atunci cand este bombardata cu electroni se excita atomic si incepe sa emita energie sub forma de radiatie luminoasa.

In partea din spate a tubului cinescop se gaseste un tun electronic care emite electroni (catodul tubului cinescop). Electronii sunt atrasi de ecran care se gaseste incarcat la un potential pozitiv (anodul). In calea lor, din spre catod spre anod, electronii trec prin cateva campuri electrice locale si un camp magnetic compus, care ii deviaza dupa cum urmeaza. Campul electric generat de grila de accelerare este astfel orientat incat electronii sufera o accelerare puternica la trecerea prin acesta, energia cinetica atinge valoarea necesara.

Figura 2.5 Monitorul

Iluzia de imagine continua apare la o frecventa de palpaire de la 40Hz in sus. Aceasta limita variaza de la persoana la persoana si in functie de gradul de oboseala al utilizatorului (cand acesta este odihnit poate distinge efectul de palpaire pana la frecvente mai mari).

O a doua iluzie este aceea de culoare. Monitoarele color au trei tunuri electronice care functioneaza in paralel. Ele produc trei spoturi care sunt deviate de fiecare camp in parte in mod asemanator si sunt focalizate si deviate in trei puncte foarte apropiate dar distincte ale ecranului si in aceeasi dispozitie geometrica, unele fata de altele, adica aceea de triunghi. Acest triunghi se repeta in fiecare punct de pe ecran (in fiecare pixel), sub forma de celule. Cele trei puncte elementare, notate R, G, B, au culori de rosu (Red), verde (Green) si albastru (Blue) si in timp ce sunt aprinse simultan dar in diferite proportii, creeaza senzatia de culoare, de exemplu albul se obtine prin aprinderea celor trei culori la maxim, violetul prin aprinderea culorii rosii si celei albastre, etc. Punctele colorate sunt distribuite uniform, in asa fel incat sa nu se afle doua de aceiasi culoare unul langa altul.

O a treia iluzie este aceea de miscare. Mai multe imagini statice, care se succed cu o anumita viteza, creeaza senzatia de miscare.

Pe suprafata vizibila a tubului se afla o depunere superficiala, transparenta de carbon care are rolul de a filtra lumina cu radiatie ultravioleta pentru a proteja ochii utilizatorului.

Calitatea unui monitor, in afara de capacitatea de a reda culorile naturale, se mai reflecta si in suprafata vizibila a acestuia si de densitatea de puncte pe unitatea de suprafata. Acest parametru se numeste rezolutie si are cateva valori standard (tabelul 2.1).

Tabelul 2.1

b. Tastatura

Tastatura constituie unul dintre dispozitivele de comunicatie dinspre utilizator inspre sistem.

Din punct de vedere constructiv, tastatura (figura 2.6) este compusa dintr-o matrice de taste (butoane), chiar daca nu au o dispozitie geometrica foarte riguros aliniata matricial, in care liniile si coloanele sunt fire electrice, la intersectia carora se afla contacte (butoanele). Aceste fire sunt conectate la un controller care monitorizeaza toate tastele.

Figura 2.6 Tastatura

In momentul in care se apasa o tasta, se realizeaza contactul electric intre o linie si o coloana, controllerul sesizeaza modificarea si incearca transmiterea catre procesor a unui cod specific tastei apasate (scan-code). In cazul in care procesorul este ocupat cu altceva, codurile sunt stocate in memoria locala a tastaturii pana la momentul in care pot fi preluate de catre procesor. Codurile trimise catre procesor sunt si functie de combinatii de taste, functie de starea celor trei leduri Num Lock, Caps Lock si Scroll Lock. Codurile sunt transmise serial.

Combinatiile de taste se realizeaza cu ajutorul tastelor Shift, Ctrl, Alt.

Functiile tastelor variaza de la o aplicatie la alta.

c. Mouse-ul

Mouse-ul este cel de al doilea reprezentant al perifericelor care trimit date dinspre utilizator spre sistem. Mouse-ul reprezinta un sistem de pozitionare pe ecran al unui cursor cu forma de sageata si de selectare cu ajutorul a doua sau trei butoane. Transmiterea informatiei catre procesor se face tot serial.

Din punct de vedere functional, mouse-ul are o parte mecanica si una electronica. Partea electronica se ocupa de detectarea pozitiei butoanelor, de detectarea deplasarii si de comunicatia cu procesorul in timp ce partea mecanica are rolul de a descompune o miscare continua dupa o directie oarecare in doua miscari de rotatie a doua discuri cu fante in jurul a doua axe perpendiculare, corespunzatoare la doi vectori de deplasare in plan, orizontal si vertical (figura 2.7).

Miscarea descompusa dupa cei doi vectori este transformata in valori numerice pe care apoi controller-ul le transmite catre procesor.

Miscarea de rotatie a discurilor este echivalenta cu o miscare de translatie a unui structuri de tip pieptene prin dreptul unui senzor.

E reprezinta emitatorul infrarosu iar R reprezinta receptorul dublu (are doi senzori cu ajutorul carora detecteaza sensul de deplasare al fantelor de pe pieptene).

Acolo unde exista fanta, lumina trece de la emitator catre receptor. Acolo unde nu exista fanta, lumina nu mai ajunge de la emitator la receptor. Receptorul fiind dublu, sesizeaza daca exista lumina in doua puncte foarte apropiate, astfel incat daca el se afla in dreptul unei fante, amandoi senzorii vor sesiza lumina, iar daca receptorul se afla in dreptul unui dinte, nici unul dintre senzori nu va mai sesiza lumina.

In faza 1 amandoi senzorii sesizeaza intuneric si daca ar fi sa se converteasca aceasta informatie in valori logice, se obtin doi biti echivalenti 00. In faza 2 unul dintre senzori va vedea lumina si isi va schimba starea logica din 0 in 1 si se obtine secventa logica echivalenta 01, in faza 3 se obtine secventa logica echivalenta 11, faza 4 cu secventa 10 si faza 5 cu secventa 00. Se observa ca faza 5 coincide ca secventa logica cu faza 1. Tot asa faza 6 coincide d.p.d.v. logic cu faza 2 s.a.m.d. Se obtine astfel codul numeric Gray care are proprietatea ca este ciclic si de la o stare la alta nu se schimba decat un bit (figura 2.8).

Figura 2.7 Mouse-ul

Figura 2.8 Codul numeric Gray

Se observa din tabel ca in functie de sensul de deplasare se schimba succesiunea fazelor prin care trece starea logica a receptorului. Astfel controllerul detecteaza atat sensul de deplasare cat si viteza de deplasate (unitati de distanta pe unitate de timp), atat pe o directie cat si pe cealalta. Aceste valori sunt mapate pe structura codului trimis spre procesor impreuna cu starea butoanelor mouse-ului.

d. Unitati optice de memorie

In cazul memoriilor optice, materialul care acopera suportul fizic este prelucrat cu un fascicol laser puternic atunci cand se scriu informatiile pe suport. Citirea informatiilor se bazeaza pe reflexia unei raze laser, reflexie care este difuza in zonele arse si puternica in zonele nearse. Se observa ca la acest tip de echipamente scrierea informatiilor se face cu un dispozitiv, iar citirea cu alt dispozitiv.

d.1. Discurile CD (sau CD-ROM-ul - Compact Disc Read Only Memory) sunt unitati optice de memorie pentru citire, reprezentand suportul de memorie in plina ascensiune datorita facilitatilor deosebite pe care le prezinta, atat in ce priveste tehnologia avansata de fabricatie, cat si in ce priveste modul de organizare si de accesare a informatiilor. Stocarea si accesarea datelor de pe CD-ROM-uri, se realizeaza prin mijloace optice cu viteza mare, cu un numar relativ redus de componente mecanice si cu fiabilitate mare.

Principalele caracteristici de performanta ale unitatilor de CD sunt :

capacitatea de stocare;

timpul de acces;

rata de transfer;

viteza de lucru.

Capacitatea de stocare la un CD este de 650 MB, fiind superioara floppy-discului dar la concurenta cu HDD.

Timpul de acces reprezinta, ca si la HDD, durata de timp ce se consuma din momentul emiterii unei cereri de citire sau scriere si pana in momentul cand incepe efectiv operatia respectiva. Acest parametru se masoara in milisecunde si este mai mare ca la HDD, fiind cuprins, in medie, intre 100 ms si 400 ms, la cele mai moderne fiind chiar sub 100 ms. Timpul mare de acces se explica, in primul rand, prin faptul ca la fiecare accesare CD-ul trebuie adus la o anumita viteza de rotatie, in timp ce hard disk-ul are o viteza de rotatie constanta, iar in al doilea rand capul de citire, la unitatea CD, este ceva mai greu ca la hard-disk, continand mai multe elemente (laserul, fotocelula, unitatea de focalizare s.a.), iar manevra acestuia cere mai mult timp.

Rata de transfer se refera la cantitatea de informatie ce se transfera intr-o secunda si poate fi cuprinsa intre 150 KB/s (la primele tipuri de unitati de CD-uri) si peste 3000 KB/s (la unitatile moderne). Rata de transfer depinde, in primul rand de timpul de acces si de viteza de lucru a unitatii CD.

Viteza de lucru reprezinta un parametru care influenteaza direct rata de transfer si timpul de acces si se stabileste in raport cu primul tip de unitate CD numit single-speed, care lucra cu un transfer de 150 KB/secunda si fata de care s-au dezvoltat apoi viteze de 2x Speed, de 4x Speed, de 8x Speed s.a.m.d., ajungandu-se in prezent pana la 24x, care ar corespunde, cel putin teoretic, unei rate de transfer de 300 KB/s.

d.2. Discurile CD-R si CD-RW sunt unitati optice de memorie pentru citire si scriere.

Principala diferenta fizica dintre aceste doua tipuri de discuri si CD-ul standard este ca acesta din urma nu are strat de imprimare/inregistrare; informatia este in mod permanent inregistrata in stratul de culoare argintie. Comparate cu CD-ul standard , CD-R-ul si CD-RW-ul au o suprafata amplasata deasupra, suprafata ce este folosita pentru a selecta datele in vederea procesului de inregistrare, dupa care le divide in doua parti :

- o parte cuprinde suprafata memoriei program care contine la randul ei numarul de titluri inregistrate, modul lor de ascultare si punctele de oprire;

- cealalta parte cuprinde suprafata de program de control, care este folosita pentru a controla energia de laser solicitata prin mijloace concise la o proba de inregistrare. Acest control este necesar pentru a permite producerea de tolerante intre discurile individuale, variatiile de temperatura etc. De asemenea, acest control initial (OPC) optimizeaza energia de laser ceruta in cursul inregistrarii.

Atat CD-R-ul cat si CD-RW-ul au aceeasi structura de baza, dar cu diferente semnificative de detaliu. Discul CD-R are un strat de culoare pentru inregistrare, cu o reflectivitate de 40-70%, in timp ce discul CD-RW are o faza de transformare a stratului de culoare pentru inregistrare cu o reflectivitate de 15-25 %. Ambele discuri au un strat aditional de culoare: galben pentru CD-R si argintiu pentru CD-RW .

Ambele tipuri de discuri au o structura elicoidala spre partea audio ce se tipareste/inscrie in timpul procesului de inregistrare. Aceasta parte are o latime de 0,6 mm si o inaltime de 1,6 mm. Totodata mai are si o usoara deviere suprapusa de 0,3 mm la o frecventa de 22,05 kHz.

Frecventa deviatiei sinusoidale este folosita de viteza de rotatie de control la inregistrare. Frecventa de afisare de pe disc este in mod constant monitorizata, iar viteza este ajustata atat cat este nevoie pentru a mentine frecventa la 22,05 kHz. Aditional este aplicata o

modulatie de frecventa de 1 kHz pentru a alimenta inregistrarea cu un timp de referinta .

Ø Procesul de scriere: CD-R

Informatia digitala este inscriptionata pe disc prin formarea petelor de coroziune pe suprafata de inregistrare. Energia razei laser - de la 4 la 11 mW - determina limite de caldura ale substratului si a suprafetei de inregistrare pana la aproximativ 250 ⁰C. Peste aceasta temperatura inregistrarea dispare, reducand volumul, in timp ce substratul se extinde pentru a deveni disponibil /utilizabil .   

Ø Procesul de scriere: CD-RW

ð Inregistrarea

Pe discul CD-RW, suprafata de inregistrare este facuta dintr-un aliaj de argint, indium stibiu si telur. Totodata aceasta suprafata are si o structura policristalina. In timpul procesului de inregistrare, laserul selecteaza temperatura la un nivel foarte mic. Pentru scriere, CD-RW-ul foloseste puterea laserului la cote situate intre 8 si 14 mW.

Energia eliberata de laser topeste cristalele din aria incalzita si le transforma in niste non-cristale amorfe ce au un mai bun grad de reflexie fata de celelalte cristale ramase in aria incalzita. Aceasta diferenta de grad de reflexie permite ca datele inregistrate sa poata fi citite, producand un semnal similar cu cel produs de un CD standard.

ð Stergerea

Stergerea de pe un CD-RW se face prin returnarea materialului in locul de inregistrare care a fost readus de la faza amorfa la cea cristalina. Aceasta se poate efectua printr-un proces de refacere / normalizare, avand o temperatura de 200 ⁰C (mai mica decat punctul de topire), pe care o mentine pentru o perioada destul de mare (practic, aceasta dureaza cam 37 minute pentru un disc complet). Astfel discul este readus in starea sa initiala , adica neinregistrat.

ð Suprascrierea

O strategie directa de suprascriere se obtine prin combinarea scrierii cu tehnica stergerii. In acest caz, noile puncte inregistrate folosesc aceeasi energie a laserului ca si cea folosita in strategia de scriere standard. In zona dintre noile puncte inregistrate, o energie inferioara a razei laser este folosita pentru a scrie. Raza laser este in mod repetat intrerupta de energia joasa ce sterge nivelul dintre noile puncte, rezultand o stergere completa de date ce au fost inregistrate in aceasta zona.

Ca si in scrierea unui CD, nivelul inalt de energie este folosit, initial, pentru a crea temperatura necesara. Intre punctele inregistrate, temperatura se reduce pana la un nivel de refacere/ normalizare.

e. Floppy Disk-ul

Floppy Disk-ul (FDD) este suportul magnetic de date, portabil (figura 2.9). Suprafata magnetica de memorare este impartita in sectoare si piste. Sectoarele sunt recunoscute cu ajutorul gaurii de pozitionare iar pistele sunt recunoscute in functie de distanta capului de citire fata de marginea discului.

Codarea informatiei pe suprafata magnetica se face dupa o metoda simpla care asigura posibilitatea citirii datelor inscrise, metoda numindu-se de Modulare in Frecventa.

Ulterior a aparut o a doua metoda care are avantajul ca asigura si o mai mare densitate de scriere a datelor. Aceasta metoda se numeste Modulatie in Frecventa Modificata.

O a treia metoda, numita Rularea Lungimii Limitate se pare ca da rezultatele cele mai bune.

Floppy Disk-ul este insa din ce in ce mai rar utilizat, datorita capacitatilor reduse de stocare a informatiilor.

Figura 2.9 Floppy Disk