Фізичні основи роботи комп’ютера

Міністерство освіти і науки України
Донецький національний університет
Фізичний факультет
Кафедра загальної фізики і дидактикифізики
До захисту допустити
Зав. кафедрою ЗФ та ДФ
К.ф.-м. н., доц. В.Ф. Русаков
«___»______________2009 р.
МАГІСТЕРСЬКА РОБОТА
на тему: «ФІЗИЧНІ ОСНОВИ РОБОТИКОМП’ЮТЕРА »
Студента 5 курсу
кафедри загальної фізики і
дидактики фізики
Р.М. Філіпова
Науковий керівник:
к. пед. н., доц.
І.М. Пустинникова
2009

ЗМІСТ
ВСТУП… 5
1 ФОРМИ ПОЗАУРОЧНОЇ РОБОТИ… 7
1.1 Метаорганізації позаурочної роботи. 7
1.2 Можливостіздійснення міжпредметних зв'язків в позакласній роботі з фізики  9
1.3 Розвитокпізнавальних інтересів учнів. 10
1.4 Вечори з фізики. 12
1.5 Засобипропаганди фізики. 13
1.6 Рольнауково-популярної літератури у формуванні пізнавальних інтересів школярів  14
1.7 Організаціяфакультативних занять. 15
1.8 Формипроведення факультативних занять. 18
1.9 Семінарськізаняття. 20
1.10 Гуртки. 23
2 ЕЛЕМЕНТИ НАВЧАЛЬНОГО ПОСІБНИКА… 25
2.1 Дисплеї 26
2.1.1 Дисплейелектронно-променевий. 26
2.1.2 Дисплейплоский. 27
2.2 Процесори. 29
2.2.1 Техпроцес. 30
2.2.2 Розмір КЕШа. 31
2.2.3 Тактовачастота. 32
2.2.4 Два ядра і Hyper-Threading. 33
2.2.5 NX/XD-BIT.Набори інструкцій. 34
2.2.6 Вибірпроцесора. 35
2.3 Флеш-пам’ять. 37
2.3.1 Що такеflash-пам'ять?.. 38
2.3.2 ROM… 40
2.3.3 NVRWM: EPROM… 41
2.3.4 Організаціяflash-пам'яті 44
2.3.5 Загальнийпринцип роботи елемента флеш-пам’яті 44
2.3.6 Багаторівневіелементи (MLC – Multi Level Cell) 48
2.4 Магнітний записінформації 50
2.4.1 4,4 Мегабайтавагою в тонну. 50
2.4.2 Механіка HDD… 52
2.4.3 Електроніка HDD… 55
2.4.4 Різноманітністьвидів HDD… 56
2.4.5 Гучні іменавиробників HDD… 58
2.4.6Перпендикулярні перспективи запису. 59
2.4.7 SSD проти HDD… 59
2.4.8Перпендикулярний Hitachi 60
2.5 Прилади, в якихвикористовується лазер. 61
2.5.1 Мирний лазер. 61
2.5.2 Як все починалося. 62
2.5.3 Історія невидимки. 63
2.5.4 Компакт-диск. 65
2.5.5 Усерединіоптичного привода. 67
2.5.6 Вибираємо привод. 70
2.5.7 Майбутнєсьогодні 71
2.5.8 Оптичний принципзапису та зчитування інформації 72
2.5.9 CD і DVD-ROM… 72
2.5.10 ТехнологіяBlu-Ray – наступник DVD… 74
2.5.11 Вік голографії 81
2.5.12 Фізичнийпринцип роботи лазерного принтера. 82
2.5.13 Стисла історіярозвитку лазерного принтера. 82
2.5.14 Формуваннязображення. 83
2.5.15 Принцип дії 83
2.5.16 Кольоровий друк. 86
2.5.17 Основніхарактеристики лазерних принтерів. 87
2.5.18 Фізичніпроцеси, що відбуваються при роботі копіювального апарату та лазерного принтера. 88
2.5.19 Технологіявиготовлення фоторецепторів. 90
2.5.20 Зарядка. 90
2.5.21 Види коротронів. 91
2.5.22 Формуваннязображення. 91
2.5.23 Експонування. 92
2.5.24 Прояв. 93
2.5.25 Перенесення. 95
2.5.26 Відділення. 96
2.5.27 Закріплення. 96
2.5.28 Очищення. 97
2.5.29 Фотобарабан. 100
2.5.30 Лазер. 100
2.5.31Напівпровідникові лазери. 105
3 РЕКОМЕНДАЦІЇ В ЯКИХ КЛАСАХ ТА ПРИ ВИВЧЕНІЯКИХ РОЗДІЛІВ ФІЗИКИ МОЖНА ВИКОРИСТОВУВАТИ ПІДІБРАНИЙ МАТЕРІАЛ… 106
ВИСНОВКИ… 109
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ… 110
Додаток А… 111
Додаток Б. 125

ВСТУП
Однимз факторів мотивації навчання дитини у школі є інтерес. Викладаючи за програмоюматеріал з фізики, вчитель повинен пояснювати практичну тапізнавально-розвиваючу сторону цього предмета на уроках, проте він не завждимає на це час. Зараз спостерігається тенденція зменшення годин викладанняфізики у школі при зростанні об’єму матеріалу, який учень повинен засвоїти.Вирішенням даної проблеми може стати позаурочна робота з учнями. Саме напозаурочних заняттях можна показати дітям, що така наука як фізика має нетільки теоретичну, а ще й прикладну (практичну) область вивчення. Головна метавчителя – чітко з’ясувати для себе, що ж саме може викликати у учнів інтерес дофізики, чим їх можна зацікавити.
Вепоху всесвітньої комп’ютеризації, персональний комп’ютер є одним з найбільшихінтересів сучасних учнів. Зважаючи на це, можна використати на факультативах зфізики науково-популярний матеріал щодо принципу роботи окремих частин цьогоскладного приладу, та пояснити їх роботу за допомогою фізики.
Об’єктдослідження: позакласні заняття зфізики в школі.
Предметдослідження: фізичні явища та процеси, які відбуваються при роботі окремихпристроїв комп’ютера.
Метадослідження: мотивація учнів до вивчення фізики, розширення світогляду учнів зсучасних технологій, електронно-обчислювальної техніки шляхом позакласнихзанять.
Гіпотеза:з’ясування сутності фізичних явищ, які ми спостерігаємо у сучасних технологіяхелектронно-обчислювальної техніки, сприяє підвищенню інтересу учнів до фізики.
Длядосягнення цієї мети і підтвердження гіпотези в процесі дослідження розв’язувалисьтакі задачі:
1.Був проведений аналіз дидактичної, наукової літератури за методикою проведенняпозаурочних видів роботи.
2.Підібрано матеріал про сучасні технології, який можна використовувати напозаурочних заняттях з фізики.
3.Розроблені елементи методичного посібника для позаурочних курсів з фізики, якиймістить цікаві матеріали про сучасні комп’ютерні технології.
Аналізлітератури та бесіди з вчителями показали, що в школах такого матеріалу недають, за винятком ввідного уроку з інформатики, але цього зовсім не достатньо.Тому цей матеріал можна реалізувати на позаурочних заняттях з фізики. Більштого, цей матеріал є суміжним з окремими темами, з нової шкільної програми,такими як: «Рідкі кристали та їх властивості», «Власна і домішкова провідністьнапівпровідників», «Застосування напівпровідникових приладів», «Магнітний записінформації», «Люмінесценція», «Квантові генератори та їх застосування» і тощо.

1 ФОРМИПОЗАУРОЧНОЇ РОБОТИ1.1Мета організації позаурочної роботи
Усистемі розвитку підростаючого покоління важлива роль належить різним формампозаурочної роботи.
Резервпозаурочного часу може і повинен бути ефективно використаний для вирішеннязавдань різнобічного гармонійного розвитку школярів. Основними вимогами доорганізації позаурочної роботи з школярами є: органічна єдність навчальної іпозакласної діяльності, цілеспрямованість, суспільно корисна спрямованість,цікавість всіх позаурочних занять, підвищення ролі самих дітей, органівдитячого самоврядування, взаємодія школи з позашкільними установами,громадськими і державними організаціями, батьками.
Розвитокучнів однієї вікової групи дуже неоднорідний. Не однаковий також інтерес учнівдо вивчення фізики. Обмеженість часу і зарегламентованість форм організаціїнавчання не дають можливості врахувати всі індивідуальні особливості учнів.Тому учитель розв'язує всі завдання поза межами школи, класу, уроку. Вся цяробота одержала назву позаурочної або позакласної./>
Основноюособливістю позаурочної роботи є її дуже слабка зарегламентованість. Вчительвільний у виборі форм, змісту і методів роботи. Цінним є й те, що він маєможливість залучати учнів до активної практичної діяльності. Тому проведенняпозаурочної роботи дозволяє формувати вміння і навички, творче мислення,здійснювати політехнічне навчання, профорієнтацію учнів, формувати моральніякості. І якщо можливості позаурочної роботи співпадають з завданнями, якістоять перед шкільною фізикою в цілому, то ефективність навчального процесустає значно вищою./>
Позаурочнаробота порівняно давня форма організації роботи з учнями. Її корені ховаються вперших роках ХХ століття, а масового розвитку набула лише в середині ХХстоліття.
Установилисярізні форми позаурочної роботи./> Одна з класифікаційздійснюється за мірою охоплення учнів, а саме:
— індивідуальна;
— групова;
— масова.
Усівиди позаурочної роботи повинні бути добре організованими і узгодженими. Цеможливо при використанні передового досвіду вчителів, результатів науковихдосліджень вчених-методистів.
Прианалізі навчально-виховних завдань позаурочної роботи з фізики необхіднокеруватися принципом єдності цілей урочної і позаурочної роботи з школярами[2].
Впроцесі навчання фізики в загальноосвітній середній школі учні повинніопанувати глибокими і міцними знаннями основ науки фізики відповідно досучасних вимог суспільного і науково-технічного прогресу, у учнів повинні бутисформовані прагнення до безперервного вдосконалення своїх знань, вміннясамостійно поповнювати їх і застосовувати на практиці. Істотно обмежуютьініціативу вчителя і учнів і жорсткі рамки навчального часу, відведеногонавчальним планом на вивчення фізики. Проте було б помилкою вважати, щообмеженість навчального часу, відведеного на вивчення фізики, є основноюпричиною організації різних форм позаурочної роботи. Доучування того, що не встиглививчити на уроці, ніяк не можна визнати за головне завдання позаурочної роботиз фізики.
Загальноювідмінною рисою позаурочних занять з фізики повинна бути ознака добровільноговибору занять учнями за їх інтересами. 
Організаціярізних форм роботи за інтересами дає учням можливість проявити своїіндивідуальні схильності, виявити і розвинути здібності, отримати первинніуявлення про особливості трудової діяльності працівників певних професій [2].
Однимз провідних принципів організації позаурочної роботи з фізики є тісний зв'язокз обов'язковими заняттями з фізики. Цей зв'язок має дві сторони. Перша з них –опора у всій позаурочній роботі з фізики на знання і вміння учнів, які булиотримані на уроках. Друга сторона – спрямованість всіх форм позаурочної роботина розвиток інтересу учнів до фізики, на формування у них потреби допоглиблення і розширення знань, на поступове розширення кола учнів, якіцікавляться наукою і її практичними застосуваннями.
Длятого, щоб позаурочна робота сприяла розвитку пізнавального інтересу до фізики,в її основі повинна бути орієнтація на активну самостійну пізнавальну іпрактичну діяльність учнів. Тільки здобуті власною працею знання і умінняміцні, тільки вони приносять задоволення і упевненість в своїх силах,стимулюють прагнення до продовження процесу пізнання [2].1.2Можливості здійснення міжпредметних зв'язків в позакласній роботі з фізики
Позакласнаробота відкриває найбільш сприятливі можливості для здійснення міжпредметнихзв'язків, які головним чином стимулюють самоосвіту учнів: їх звернення дододаткової літератури, повторення навчального матеріалу з різних предметів підіншим кутом зору, розширення знань учнів в результаті організованогоспілкування. Прикладами конкретних позакласних заходів з яскраво вираженимиміжпредметними зв'язками можуть бути комплексні вечори, міжпредметніконференції, виставки профорієнтацій, міжпредметні КВК і ін. Здійснюючись врізноманітних формах позакласної роботи, міжпредметні зв'язки укріплюютьпредметну систему навчання, розвивають інтерес учнів до самого процесу пізнання[4]. Аналіз досвіду здійснення позакласної роботи школярів на основіміжпредметних зв'язків дозволив виділити ряд педагогічних умов, що забезпечуютьефективність в організації такої роботи:
— висунення комплексної проблеми, що дозволяє групувати знання з різних предметівнавколо одного об'єкту пізнання;
— включення виховних завдань, питань практичної діяльності учнів в позакласнізаходи міжпредметного змісту;
— опора на вже присутні стійкі інтереси школярів і вміння знайти таку спільнуроботу для учнів з різними інтересами, яка викликала б потребу у вивченнізагальної для них галузі знання;
— закріплення, розширення і поглиблення в позакласній роботі обсягу знань, уміньі навичок, отриманих на уроках, використання науково-популярної літератури зрізних предметів, тісний зв'язок навчальної і позакласної роботи [4].1.3Розвиток пізнавальних інтересів учнів
Однез найважливіших завдань позаурочної роботи з фізики – розвиток пізнавальногоінтересу. Без інтересу учнів до пізнання методично правильно побудований урок звикладом матеріалу на найвищому науковому рівні, із залученням необхіднихприкладів з практичного життя не дасть бажаного результату. Як писав видатнийрадянський педагог В. О. Сухомлинський: «Всі наші задуми, всі пошуки і побудовиперетворюються на прах, якщо немає у учня бажання вчитися».
Звичайно,розвиток пізнавального інтересу є завданням не тільки позаурочної роботи. Цезавдання вчитель не повинен залишати поза увагою на жодному уроці. Протепозаурочна робота має ряд особливостей, що дозволяють внести істотний вклад дорішення цієї задачі [2].
Особливостямипозаурочної роботи з фізики, які підвищують її ефективність, є можливістьбільшої, ніж на уроці, індивідуалізації роботи з учнями, надання кожномушколяру можливості вибору занять за його інтересами, роботи в темпі,відповідному його бажанням і можливостям. Велике значення має і той факт, що цядіяльність не регламентується умовами обов'язкового досягнення якихось заданихрезультатів і при правильному підході керівника вона обов'язково є успішною дляучня. Розвиток пізнавального інтересу до фізики і її практичних застосувань напозаурочній роботі забезпечується широким залученням елементів цікавої науки ітехніки, знайомством з новітніми досягненнями науки і сучасного виробництва[2].
Передвчителем не стоїть завдання залучення до позаурочної роботи всіх учнів, алекожного учня, який цікавиться фізикою, вчитель повинен виділити і знайтивідповідну його індивідуальним особливостям форму, яка задовольняла б його тасприяла розвитку інтересу до предмета. Одним учням можна рекомендувативідвідувати факультативні заняття або фізичний гурток, іншим – участь в роботітехнічних гуртків, третім порекомендувати цікаві книги або науково-популярністатті з фізики. Багато учнів мають схильність до самостійного виконаннядослідів в домашніх умовах. Ця діяльність також вимагає керівництва з бокувчителя. Школярам, що виявляють підвищену цікавість до рішення задач, можна порекомендуватисистематичну участь в конкурсі журналу «Квант», підготовку до участі в шкільнійфізичній олімпіаді.
Враховуючиіндивідуальні інтереси і схильності окремих учнів, вчитель повинен постійнопам'ятати про те, що будь-яка позаурочна робота з фізики з частиною учнівповинна обов'язково сприяти розвитку пізнавального інтересу всіх учнів науроках фізики. Хоча це може показатися дивним, але навіть серед учасниківзанять фізичного гуртка досить часто зустрічаються школярі із слабо розвиненимпізнавальним інтересом до вивчення фізики. Тому обов'язковий елементпозаурочної роботи – пробудження або розвиток пізнавального інтересу досистематичного і глибокого вивчення шкільного курсу фізики. Для цього потрібнопостійно, але не нав'язливо відзначати, що для пояснення цікавих дослідів ірішення цікавих задач, розуміння сутності новітніх досягнень науки і технікипотрібні знання з фізики, що отримуються в шкільному курсі [2].
Розвитокстійкого пізнавального інтересу до фізики у частини учнів в класі є дуже сильнимчинником, який сприяє виникненню і розвитку інтересу до фізики у рештишколярів.
Розвиткупізнавального інтересу сприяє використання на уроках фізики результатів,отриманих окремими школярами на позаурочних заняттях. До таких результатівможна віднести доповіді учнів з тем, пов'язаних з матеріалом, що вивчається науроці [2]./> 1.4Вечори з фізики
Найбільшпоширеними серед масових заходів у позаурочній роботі є вечори фізики. Цеформа, яка поєднує всі найбільш цікаві форми роботи і має велику активізуючудію на учнів. Вечори фізики поділяються на тематичні та цікавої фізики.
Тематичнівечори присвячуються певній темі шкільної програми, або якій-небудь проблемінауки фізики. Наприклад, «Механіка в космосі», «Надпровідність втехніці», «Проблеми електроніки» і т.п.
Вечорицікавої фізики переносять акцент на зацікавлення учнів фізикою і частішеорганізовуються для учнів 7-8 класів.
Вечірцікавої фізики готується заздалегідь. Перш за все складається його план./> Один з таких планів має вигляд:
1.        Вступ і відкриття вечора.
2.        Вибір журі.
3.        Цікаві повідомлення.
4.        Цікаві досліди.
5.        Вікторина.
6.        Підведення підсумків і нагородженняпереможців.
Якправило, ведучими вечора виступають учні, заздалегідь підготовлені вчителем. Усклад журі обирають кращих учнів, але обов'язково там повинен бути вчитель,який виконує роль консультанта і арбітра.
Підчас вечора учні слухають доповіді, спостерігають досліди, беруть участь у їхобговоренні. Журі реєструє правильні відповіді і визначає переможців,нагородження яких проводиться наприкінці вечора.
Вечорицікавої фізики можуть проводитися також у формі КВК. Частина учнів і гуртківцівзалучається до підготовчої та агітаційної роботи. Вони виготовляють цікавіоголошення, випускають фізичну газету, організовують виставку фізичнихприладів. Тематичні вечори мають простішу структуру, але повинні обов'язковомістити елемент змагання. З цією метою часто організовують тематичні вечорицікавої фізики.1.5Засоби пропаганди фізики
/>Шкільні засоби пропаганди фізики мають декілька видів:
— фізичні газети;
— фізичні бюлетні;
— вікторини.
Випускфізичної газети присвячується певній події: річниці видатного вченого,відкриття, вечору фізики, початку вивчення нової теми. Їх оформлення і підбірматеріалів здійснюють учні під керівництвом учителя. Газета повинна міститицікавий матеріал і бути добре ілюстрованою.
Фізичнийбюлетень випускається частіше, ніж газета. Він доповнює її, оскільки міститьоперативний матеріал про цікаві події в фізиці на даний час. Тому він маєменший обсяг і слабкіший зображальний ряд.
Фізичнівікторини можуть бути як елементом вечора фізики, так і самостійним елементомактивізації учнів поза уроком. Їх зміст складають цікаві запитання або короткізадачі з усього курсу фізики або окремих розділів. Якщо вікторина проводитьсясамостійно, то всі її запитання пропонуються учням у вигляді великого плакату.Рядом з ним вивішується скринька, в яку учні опускають письмові відповіді. Завідповідями визначаються переможці, які певним чином відзначаються.
Якщож вікторина є складовою частиною вечора, то і запитання, і відповіді на нихподаються в усній формі. Відзначення переможців здійснюється в рамках вечора.1.6Роль науково-популярної літератури у формуванні пізнавальних інтересівшколярів
Величезнезначення в вихованні у школярів інтересу до фізики має науково-популярналітература.
Прагненняшколярів до знань зазвичай супроводжується зростаючим інтересом до науково-популярноїлітератури. Читання таких книг викликає у учнів бажання проводити досліди,спостереження, конструювати. Часто ці книги здійснюють вплив на розвитокнавчальних інтересів школяра і навіть на виділення одного, центральногоінтересу, який відіграє важливу роль у виборі професії.
Протеголовне завдання вчителя полягає не стільки в роботі з учнями, інтерес яких дофізики вже склався, скільки в пропаганді фізичних знань серед групи учнів, якізаймаються фізикою з примусу. Викликати у них бажання вивчити фізику і виховатиінтерес до її вивчення – почесне завдання вчителя фізики [3].
Гарнінауково-популярні книги є необхідним доповненням у вихованні інтересів школяра.Ці книги вчать дітей спостерігати життя в конкретних обставинах, допомагають їмпов'язати шкільні предмети із спостережуваними в житті явищами, примушують їхактивно мислити [3].
Досвідпоказує, що у ряді випадків школярі (навіть старшокласники), у яких не булодостатнього інтересу до навчальних занять, в результаті читаннянауково-популярних книг з фізики змінювали своє ставлення до предмета, робилифізику основою майбутньої професії.
Позитивнийвплив науково-популярної літератури не вичерпується тільки тим, що вонадопомагає пробудити у школярів інтерес до предмета. Вона дозволяє значнорозширити і поглибити знання школярів, наближає їх до проблем сучасної науки.
Разомз тим формується читацький смак учнів; вони отримують досвід самостійної роботиз книгою. У школярів виробляється вміння публічно виступати, відбирати звеликої кількості матеріалу необхідний для даної теми [3].1.7Організація факультативних занять
Однимз видів позаурочної роботи є факультативи. Саме на факультативі учень маєможливість здобути ті знання, які йому цікаві.
Припідготовці до нового навчального року організаторам факультативних занятьдоводиться вирішувати не тільки навчально-методичні, але і організаційніпитання: де проводити заняття, кому доручити педагогічну роботу нафакультативі, яким критерієм керуватися при відборі навчальних груп, учнів длякомплектування, і т.д. Вирішення цих питань, а також обрання тематики занять,вибір програми залежать перш за все від навчально-матеріальної бази школи ікваліфікації педагогічних кадрів. При цьому важливе значення, як ми заразпобачимо, має вибір виду занять. Програмами передбачено два основні видизанять: додаткові розділи і питання до систематичного курсу фізики і спеціальніфакультативні курси. «Додаткові розділи і питання» є курсом, що розвиває ідоповнює факти, отримані на уроках фізики, і вивчається паралельно з основнимкурсом з деяким запізнюванням в часі. Робиться це для того, щоб вивчення даноїтеми факультативного курсу було логічним продовженням і поглибленнямвідповідної теми основного курсу фізики.
Спеціальніфакультативні курси присвячуються головним чином загальним проблемам фізики,вони охоплюють не окремі теми, а цілі розділи фізики, фізики і астрономії,фізики і технічних дисциплін. До таких курсів можна віднести «Закони збереженняв механіці», «Фізика космосу», «Будова і властивості речовини». Спеціальнікурси дають учням додатковий об'єм спеціальних знань, практичних навичок тавмінь. Наприклад, при вивченні курсу «Фізичні основи електроніки» учніотримують не тільки новітні уявлення про природу електричної провідності, але ізнайомляться з будовою таких приладів і пристроїв, як реле, електронніпідсилювачі, генератори, лічильники елементарних частинок, отримують певнінавички і уміння роботи з цими приладами, досліджують їх характеристики.
Кожнийз розглянутих видів факультативних занять має свої переваги і недоліки,врахування яких дозволяє раціонально підійти до обрання структурифакультативних занять, виходячи з конкретних можливостей і місцевих умов школи.
Спеціальніфакультативні курси вимагають від вчителя, як вже вказувалося, деякихдодаткових знань (наприклад, з електротехніки, радіотехніки, теоретичноїфізики).
Дляпостановки демонстраційного експерименту і лабораторного практикуму можезнадобитися деяка спеціальна апаратура [1]. Спеціальні курси відвідують, якправило, невеликий контингент учнів з вже вираженими здібностями, інтересами ісхильностями.
Отже,такі заняття можуть бути успішними в старших класах, бо старшокласникипроявляють стійкіші інтереси до тієї чи іншої галузі науки і техніки;майбутньої трудової діяльності.
Дляведення спеціальних факультативних занять рекомендується залучативисококваліфікованих фахівців з числа інженерно-технічних працівниківпідприємств, працівників вищої школи, науково-дослідних установ.
Протепрактика показала, що ці фахівці, що не мають педагогічного досвіду, частообходять фізичну основу матеріалу, що розглядається. При такому викладаннівиникає небезпека перетворення факультативних занять з фізики вспеціалізований, самостійний технічний курс, заняття зводяться до виробничого навчання,а не до політехнічного навчання фізики.
Практикапоказала, що гарні результати дає проведення занять з окремих курсівбезпосередньо у вищих навчальних закладах і науково-дослідних інститутах набазі лабораторій цих установ. В цьому випадку читання окремих тем можнадоручати різним фахівцям, зберігаючи право загальної координації за керівникамизанять.
Правда,не всі школи можуть організувати факультативні заняття в інститутах і окремихспеціалізованих лабораторіях, тому кожна школа повинна поступово поповнюватиобладнання кабінету фізики і фонд необхідної літератури, підвищуватикваліфікацію вчителів, щоб проводити і удосконалювати такі курси в школі.
Єодна обставина, з якою не можна сперечатися: заняття поза школою ускладнюютькоординацію роботи курсів з роботою викладачів фізики, виникає деякавідірваність школярів від повсякденного життя школи. З цієї точки зору зручно,щоб факультативні заняття проводилися безпосередньо в школі силами вчителівфізики. Це дозволить реалізувати ряд переваг, забезпечується можливість тіснокоординувати факультативні заняття з викладанням основного курсу фізики і зпрактикумами, які проводяться з трудового навчання. Життя школи, питаннявиховання, суспільні заходи не залишаються в стороні від сфери діяльностіучнів, що відвідують факультатив.
Якщошкола не в змозі забезпечити проведення факультативних занять за різними темамиі курсами, можна кооперувати роботу декількох близько розташованих шкіл. Кожнашкола організовує факультатив за своїми можливостями, а навчальні групиформуються із зацікавлених учнів різних шкіл.
Визначившимісце і характер факультативних занять, слід провести попередній вибір програм.Відбір факультативних курсів і окремих тем в них визначається необхідністю формуванняі розвитку знань учнів про основні фізичні теорії і ідеї, необхідністю вивченняфундаментальних законів природи [1]. Серед них: закони збереження,атомно-молекулярне вчення, статистичні уявлення, закони термодинаміки,електронна теорія, основи теорії відносності, деякі поняття квантової механіки,питання астрофізики та ін.
Слідпровести роз'яснювальну бесіду з школярами, розповісти їм про змістфакультативних курсів, про теоретичні знання і практичні уміння і навички, яківони отримають в процесі навчання, дати можливість учням висловити своїпобажання.
Приступаючидо остаточного вибору програми, треба окрім навчально-матеріальної бази,особистісних даних вчителя, побажань учнів, врахувати наявність навчальноїлітератури в школі і бібліотеках населеного пункту, фонд навчальних і технічнихзасобів навчання. Після цього можна подати навчальні програми на обговоренняпедагогічної ради. Познайомивши учнів з остаточним варіантом програм, можнаприступити до формування навчальних груп.
Формуванняфакультативних класів проводиться на основі принципу строгої добровільності;учні вибирають факультативний курс за своїм смаком, виходячи з своєїзацікавленості, а не з примусу. Проте, записавшись в ту або іншу групу, ученьзобов'язаний акуратно відвідувати заняття, вільні відвідини неприпустимі, оскількице призводить до ослаблення дисципліни і на уроках обов'язкових предметів.
Всесказане переконує нас в тому, що організація факультативних занять –відповідальна і серйозна робота [1].1.8Форми проведення факультативних занять
Привсій свободі вибору форм організації і методів проведення факультативних занятьз фізики вчитель не має права замінювати лабораторні і практичні заняття,передбачені програмою, теоретичними заняттями. Самостійний фізичний експериментучнів у формі виконання фронтальних лабораторних і практичних робіт, фізичногопрактикуму, індивідуальних експериментальних завдань і конструкторських завданьє обов'язковою складовою частиною системи поглибленого вивчення фізики [2].
Факультативнізаняття є формою диференційного навчання, що зберігає всі переваги єдиноїсистеми шкільної освіти і яка дозволяє розвивати індивідуальні інтереси іздібності учнів. За своїми організаційними принципами вони займають проміжнеположення між обов'язковими уроками і заняттями в гуртках. Необов'язковістьвибору даного факультативного курсу – риса, що об'єднує факультатив з гуртком.Рисою схожості із заняттями з вивчення обов'язкового курсу є існування єдинихпрограм, якими визначається тематика факультативів.
Нафакультативі заняття організуються за інтересами учнів. На цій підставі інодівисловлюється пропозиція не розрізняти гурток і факультатив. Проте приспільності завдань (розвиток інтересів і здібностей учнів) факультативвідрізняється від гуртка систематичністю навчання за певною програмою [2].
Метапоглиблення знань, розвитку інтересів і здібностей учнів, їх професійноїорієнтації існувала і до введення факультативних занять в практику роботишколи. Для їх вирішення застосовувалися (і застосовуються донині) різні форми іметоди роботи на уроках, в позакласній і індивідуальній роботі з учнями.Позитивний досвід, накопичений школою в рішенні цих задач, повинен бути можливоповніше використаний в практиці проведення факультативних занять.
Одниміз завдань факультативних занять є формування потреби до продовження навчанняпри будь-якому виборі подальшого життєвого шляху. При пошуках різних форм іметодів розвитку інтересу до фізики не слід забувати, що значна частина учнівстарших класів записується на факультатив, переслідуючи практичну мету –підготовку до вступу до ВНЗ. Знехтувати цим фактом не можна, проте розглядатифакультатив як підготовчі курси до складання іспитів до ВНЗ було б в принципінеправильно. Факультатив повинен дати можливо повніше уявлення про фізику якнауку, про методи дослідження у фізиці, про можливі шляхи використання фізичнихзнань в сучасній техніці.
Длянадання допомоги учасникам факультативу у виборі професії потрібно знайомити їхне тільки з тими труднощами, які зустрінуться на іспиті під час вступу до ВНЗ,але і з особливостями системи навчання в інституті, важкими і привабливимисторонами діяльності в роботі фахівців після закінчення ВНЗ. У старших класахвикладання нового матеріалу вчителем на факультативі може наближатися до формивузівської лекції, а замість досвіду учнів можна використовувати системусемінарських занять. Звичайно, при цьому слід враховувати вікові особливостіучнів і не намагатися упровадити в школу буквально методи роботи вищихнавчальних закладів.
Практикапоказує, що навіть при вдалому виборі теми лекції, інтерес учнів 10-11 класіврізко падає, якщо її тривалість перевищує одну годину, утомливими виявляються ідвогодинні семінари. Тому необхідно зробити різноманітними форми роботивпродовж двогодинного заняття. Наприклад, заняття може починатися півгодинноюабо годинною лекцією вчителя, потім продовжуватися у формі семінару абопрактикуму за рішенням завдань і завершуватися виконанням фронтальноїлабораторної роботи або експериментального завдання [2].1.9Семінарські заняття
Семінарськізаняття — обговорення класним колективом підготовлених учнями доповідей,рефератів, повідомлень, головних питань з основного розділу (чи кількохрозділів).
Семінарисприяють формуванню вміння самостійно засвоювати знання, аналізувати,синтезувати, абстрагувати, конкретизувати, узагальнювати, розвивають увагу,мислення, інтерес до навчального предмета. Проводять їх здебільшого у старшихкласах. У них беруть участь всі учні класу. Семінари складаються з двохвзаємопов'язаних ланок — самостійного вивчення учнями матеріалу та обговореннярезультатів їх самостійної пізнавальної діяльності.
Учительзаздалегідь визначає тему, мету і завдання семінару, формулює основні тадодаткові питання, розподіляє завдання між учнями з урахуванням їхіндивідуальних можливостей, добирає літературу, проводить групові йіндивідуальні консультації, перевіряє конспекти. Результати самостійної роботиучні подають у вигляді плану чи тез виступу, конспекту основних джерел,доповіді чи реферату. Обговорення відбувається у формі розгорнутої бесіди(переважно евристичної), повідомлення, коментованого читання першоджерел чидоповідей.
Заняттярозпочинається вступним словом учителя, в якому він нагадує завдання семінару,порядок його проведення, рекомендує, на що необхідно звертати увагу, що слідзаписати в робочий зошит.
Семінарськізаняття поділяють на підготовчі (просемінарські), власне семінарські заняття (9—11 клас), міжпредметні семінари-конференції.
Просемінарськезаняття є перехідною формою організації пізнавальної діяльності учнів: відуроку, через практичні й лабораторні заняття, в структурі яких є окремікомпоненти семінарської роботи, до власне семінарів. За навчальною метою їхподіляють на семінари-повторення та систематизації знань, умінь і навичок;семінари вивчення нового матеріалу; комбіновані (змішані) семінари. Кожна з цихгруп поділяється на семінари-бесіди, семінари-обговорення, комбінованісемінари. Перша група просемінарських занять за структурою, способом проведеннямало чим відрізняється від звичайних уроків, наступні більш наближені досемінарів.
Власнесемінарські заняття проводять у IX—X класах. За дидактичною метою виділяють:семінари вивчення нового матеріалу, семінари узагальненого повторення,комбіновані; за способом проведення: розгорнуті бесіди, коментоване читання,доповіді та повідомлення, вирішення завдань, комбіновані семінари.
Методичнаособливість семінару-розгорнутої бесіди полягає в тому, що його тему поділяютьна невеликі за обсягом, органічно пов'язані між собою, питання, вирішенняодного з яких веде до вирішення наступного. Бесіда починається з постановкипитання. Після закінчення виступу доповідача учаснику ставлять додатковіпитання, за необхідності учитель надає можливість бажаючим доповнити відповідьтовариша. Завдяки цьому бесіда з одним учнем поступово переходить у бесіду зусім класом.
Семінар-доповідьпокликаний розкрити певну проблему у вигляді тез та аргументів. Перед йогопроведенням учитель визначає опонентів, рекомендує учням літературу за темою,допомагає скласти план і тези виступу. Доповідач послідовно викладає своїдумки, аргументує їх фактами, ілюструє прикладами. Схожі за змістом насемінар-доповідь семінарські заняття, на яких обговорюються реферати і творчіписьмові роботи учнів. Учитель організовує взаєморецензування письмових робіт,знайомиться з роботами і рецензіями на них, відбирає найбільш вдалі роботи дляобговорення на занятті.
Головнезавдання коментованого читання — навчити учнів глибоко розуміти, аналізувати іправильно тлумачити текст. Учитель на конкретних прикладах демонструє учням, якправильно коментувати, уникаючи помилок.
Семінар-вирішеннязавдань проводять після засвоєння учнями матеріалу з певної теми чи розділу.Учитель заздалегідь дає учням декілька завдань (з неповними чи зайвими даними)для самостійного вирішення, список необхідної літератури. На семінарі учніаналізують правильні та неправильні, вдалі й невдалі рішення.
Семінар-диспутє проміжним видом між семінаром-розгорнутою бесідою та семінаром-доповіддю.Нова інформація засвоюється в процесі обговорення протилежних поглядів. Наконсультації учитель дає питання, в яких повинні бути явні чи прихованіпротиріччя. Це спонукає учнів думати, сперечатися, обстоювати власну точкузору. Учитель спрямовує думки учнів за допомогою питань, доброзичливих реплік,конкретних зауважень, логічних міркувань, переконує у правильності чипомилковості їх суджень.
Міжпредметнийсемінар є найскладнішим типом шкільного семінару, головне завдання якого —забезпечити усвідомлення учнями міжпредметних зв'язків, систематизувати знання,вміння, навички, підбити підсумки роботи. Відрізняється від звичайнихсемінарських занять масштабністю проблем, запропонованих для обговорення,узагальненням та систематизацією навчального матеріалу з різних предметів. Міжпредметнийсемінар проводить учитель предмета, питання якого є стрижневими у проблематицізаняття. 1.10Гуртки
Однієюз найскладніших і найпоширеніших групових форм організації позаурочної роботи єфізичні гуртки.
Організаціїгуртка повинна передувати велика підготовча робота. Суть її полягає в тому, щоучнів інформують про майбутній гурток, основні напрями його роботи. Для цьоговикористовуються не тільки шкільні засоби інформації, а й індивідуальні тагрупові бесіди з учнями. Великий ефект дає проблемна організація навчальноїроботи з фізики, коли на уроці вчитель аналізує ту чи іншу проблему і пропонуєзнайти її розв'язання на заняттях гуртка.
/>Фізичні гуртки можуть мати різні спрямування в залежності відпідготовки і власних уподобань учителя, який вестиме цей гурток, а також відпочаткових інтересів і побажань учнів.
/>У залежності від тематики роботигуртки можуть бути:
1.Теоретичні (історія фізики, розгляд певних теоретичних питань фізики,розв'язування задач).
2.Фізико-технічні (моделювання, радіотехнічні, авіамодельні і т.п.).
3.Експериментальні (конструювання фізичних приладів, проведення фізичних дослідіві досліджень).
4.Комплексні (загальнофізичні).
/>Після вивчення тематики гуртка і належної агітаційної роботипроводиться організаційне засідання, на якому затверджується план роботи,обираються керівні органи гуртка (староста, редколегія, завгосп). Практикапоказує, що оптимальною кількістю членів гуртка буде 10-15 чоловік. Якщо жзапишеться більша кількість, то це не може служити причиною для пере наборуучнів.
Напершому занятті з'ясовується розпорядок роботи гуртка, учні вибираютьзапропоновані вчителем завдання для індивідуальної роботи. Якщо гурток об'єднуєучнів різних вікових груп і з різним гуртковим стажем, то доцільно створитиневеликі бригади по 2-3 чоловіка на чолі зі старшим і більш досвідченим учнем.Цим досягається взаємонавчання і обмін досвідом.
Роботапланується таким чином, щоб теоретичні заняття чергувалися з практичними. Результатироботи висвітлюються на спеціальних залікових заходах: виставках, вечорах,конференціях.
Уокремих випадках організовуються творчі групи. Вони комплектуються з добрепідготовлених учнів, які об'єднуються спільним інтересом в певній галузіфізики. Такі групи дають можливість ефективно готувати майбутніх учасниківолімпіад різних рівнів. Творчі групи є, також, важливою організаційною формоюроботи МАН (Малої Академії наук).

2 ЕЛЕМЕНТИ НАВЧАЛЬНОГОПОСІБНИКА
Вчительповинен активізувати мотивацію учнів до вивчання фізики. Найкращим способоммотивації є надання дітям тієї інформації, яка їм буде цікава, тому вчителюпотрібно з’ясувати, що саме може зацікавити дітей.
Увік глобальної комп’ютеризації та Інтернету, комп’ютер стає невід’ємноючастиною повсякденного життя кожної людини, особливо більш молодше покоління.Якщо розглянути окремі складові частини такої електронної техніки, як сучаснаелектронно-обчислювальна машина, то можна спробувати роз’яснити учням фізичніпринципи роботи цих елементів та фізичні явища, які можна спостерігати при їхроботі.
Викладаючиза програмою матеріал з фізики, вчитель повинен:
1.        якісно викладати матеріал;
2.        пояснювати практичну тапізнавально-розвиваючу сторону цього предмету на уроках;
3.        займатися розвитком учнів під часпозакласних занять.
Заразспостерігається тенденція зменшення годин викладання фізики у школі призростанні об’єму матеріалу, який учень повинен засвоїти, тому вирішеннямпроблеми розвиваючої складової навчання може стати саме позаурочна робота зфізики.
Серед усіх видів позакласної роботи з учнями,найкращим до засвоєння цікавого матеріалу підходять факультативні заняття зфізики та заняття в гуртках. Для проведення позаурочнихзанять з фізики можна використати науково-популярний матеріал, щодо будови іпринципу роботи окремих частин комп’ютерної техніки, та пояснити їх роботу задопомогою фізики. Для цього вчителеві необхідно зібрати та систематизуватицікавий, добре підібраний матеріал, який можнавикористовувати на позаурочних заняттях. Цей матеріал повинен йти як логічнезавершення викладання основного курсу фізики; це залежить від відведеного часудля проведення позаурочних занять та, насамперед, майстерності вчителя. Такийпідхід навчання та загального розвитку учнів також сприятиме їх самостійнійроботі з науково-популярною літературою.2.1 Дисплеї
 2.1.1Дисплей електронно-променевий
ДЕП(рис. 2.1) містить: три електронні пушки, що емітують три променя електронів; котушку,що відхиляє промені в горизонтальному і вертикальному напрямках; маску дляточного попадання променів у потрібні точки екрана; екран, що складається з«пікселів» (точок). Піксель містить три елементи, кожний з яких під впливомпроменя світиться червоним, жовтим і зеленим кольором.
/>

Рисунок2.1 – Принципова схема електронно-променевого дисплея
ДЕП(рис. 2.1) містить: три електронні пушки, що емітують три променя електронів;котушку, що відхиляє промені в горизонтальному і вертикальному напрямках; маскудля точного попадання променів у потрібні точки екрана; екран, що складається з«пікселів» (точок). Піксель містить три елементи, кожний з яких під впливомпроменя світиться червоним, жовтим і зеленим кольором.
Принципдії: комп'ютер управляє інтенсивністю електронних променів, що потрапляють накожен піксель. Залежно від інтенсивності кожного з кольорів сумарний колірпікселя може мати 16 мільйонів градацій.
Характеристики:Розподіл — кількість пікселів на екрані по горизонталі і по вертикалі. В данийчас від 640/480 до 2048/1536. Крок пікселя — відстань між пікселями погоризонталі і по вертикалі. Залежно від розподілу і розміру екрана від 0,14 до 0,67 мм[9].2.1.2Дисплей плоский
Відомодекілька типів: на світлодіодах, плазмові, люмінесцентні, рідкокристалічні(РК). Розглядається тільки останній тип як найпоширеніший – РК (рис. 2.2).
Призначення:те ж, що і ДЕП – представляти зображення у вигляді, що сприймається зором (рис.2.3).
/>

                                                                                         
                                                                                             
Рисунок2.2 – Принцип дії рідкого кристалу
/>

Рисунок2.3 – Схема роботи рідкокристалічного дисплея

Принципдії: комп'ютер подає напруги на пари електродів тих РК (рис. 2.4),які повинні стати прозорими. В результаті на екрані утворюється зображення звибраних пікселів вибраного кольору [9].
/> 
Рисунок2.4 – Схема розташування пікселя на дисплеї
Характеристики:роздільна здатність — кількість пікселів на екрані по горизонталі і повертикалі. В даний час від 1024/768 до 1600/1200.
Особливості:дорогі (у 2-3 рази дорожче ДЕП); власне дисплей споживає мало енергії, алепотрібне підсвічування, що вимагає значної потужності; критичні до температури:не функціонують при /> .
Погрішностідисплеїв (див. табл. 2.1) обумовлені принципом створення зображення точками (пікселями).Значення інструментальної погрішності при представленні результату вимірюванняграфічно дорівнює значенню пікселя. Абсолютна погрішність дорівнює крокупікселя, відносна – величина, зворотна розподілу.
Наприклад.При роздільній здатності 640/480 по горизонталі /> , по вертикалі /> [9].

Таблиця2.1 – Співвідношення наведених погрішностей комп'ютерних вимірювань для дисплеяДисплей Роздільна здатність, піксель Погрішність g, % 640 0,15 800 0,12 1280 0,08 2.2Процесори
Процесорв сучасному комп'ютері часто виступає синонімом всього ПК. На питання: «Який увас комп'ютер?» з очевидністю йде відповідь – «четвертий Pentium» або «Athlon64», частота така-то… До речі, такому відношенню до ЦПнемало сприяла кампанія Intel Inside, що почалася ще в 1993 році.
Центральнийпроцесор – вінець технологічних досягнень людини. З простої жмені піску люди навчилисястворювати кристали (рис. 2.5)розміром з ніготь, здатні виконувати мільярди обчислень за секунду. Недивлячись на складність архітектури самого процесора, він складається з простої«цегли» – транзисторів, своєрідних перемикачів. Працює транзистор так: якщо назамикаючому затворі немає напруги, елемент не проводить струм. Коли ж напругадо затвора прикладається, транзистор «відкривається» і сам стає провідним. Адалі їх починають комбінувати: адже транзистор, що «відкрився», здатнийпропустити струм до затвора іншого транзистора і, у свою чергу, вплинути найого поведінку. Такі комбінації ускладнюються, а з елементарних поєднаньбудуються величезні блоки. Ускладнюється і їх поведінка. У сучасних процесорахприсутні сотні мільйонів транзисторів, що працюють в тісному зв'язку один зодним. Далі ми зупинимося на ключових особливостях процесорів, які визначаютьїх швидкість і можливості [7]./>/>/>/>/>/>/>/>
Рисунок2.5– Зовнішній вигляд пластини кристалу з нанесеною на нього літографією2.2.1Техпроцес
Миспеціально згадали про транзистори, оскільки вони пов'язані з важливоюхарактеристикою процесора – так званим «технічним процесом». Він маєрозмірність довжини і вимірюється в нанометрах (на даний момент – 130,90 або 65нм).А щоб зрозуміти, звідки він береться, давайте подивимося, як з'являється насвіт окремо взятий процесор.
Спочаткуз кремнієвого піску вирощують циліндричний кристал з діаметром основи 20-30 смі розрізають його на тонкі круглі пластини – вони стануть основою для майбутніхпроцесорів. Пластини полірують, а потім за допомогою фотолітографії наносять наних транзистори і інші компоненти. На кожній пластинці розміщується декількасотень процесорів. Потім їх вирізають, наносять шари алюмінієвих або міднихз'єднань, що зв'язують транзистори і ділянки кристала. Нарешті, «насаджують»готовий процесор на упаковку, тестують і продають.
Протягомбагатьох років технологи провідних фірм працювали над тим, щоб зменшити розміртранзисторів. Адже чим він менший, тим, взагалі кажучи, краще. Транзисторменшого розміру вимагає меншої напруги, знижуючи споживання енергії. Чим меншетранзистори, тим більше їх можна розташувати на поверхні кристала. Нарешті,процесори, створені на транзисторах менших розмірів, краще розганяються. Такаважлива величина не могла не отримати окремої назви. Власне, техпроцес– це і є характерний розмір одного транзистора.
Цецікаво: спочатку зменшення техпроцесуйшло досить успішно. Удосконалювалися технології вирощування кристалів,досягався вищий клас поліровки, все більш ускладнювалося устаткування фотолітографії.Але незабаром компанії-виробники зіткнулися з тим, що впритул підійшли дообмежень самого матеріалу: як-не-як, комірка кристалічної решітки має свійрозмір, яким вже давно не можна нехтувати. Так, при 90-нанометровому техпроцесізатвор транзистора складається всього з п'яти атомних шарів діелектрика (SiO/>),а при 65-нанометровому – з трьох-чотирьох. Далі зменшувати нікуди: ніякийдіелектрик не в силах запобігти тунелювання електронів крізь такий тонкийбар'єр. Кремній відпрацював своє. Можна з упевненістю сказати, що наступніпланки – 45 і 30 нм – можна буде здійснити з використанням інших матеріалів.Силікат нікелю? Вуглецеві нанотрубки? Поживемо – побачимо[7].2.2.2Розмір КЕШа
Схематичноуявити собі роботу процесора досить просто. Він прочитує дані з пам'яті,обробляє їх і записує назад в пам'ять. Все! Швидкість другого етапу залежитьвід архітектури процесора, а ось перший і третій етапи – від продуктивностіпам'яті. І тут проблеми є. У 80-х роках минулого століття процесори буливідносно повільними, і пам'ять встигала їх обслуговувати. З часом швидкість ЦПстрімко росла, тоді як пам'ять розвивалася помітно повільніше. А якщо так, тоякий сенс у потужному процесорі, якщо він своєчасно не отримуватиме дані?
Длярозв’язання проблеми додали швидкісну пам'ять, яка відіграє роль буфера міжпроцесором і оперативною пам'яттю, – кеш-пам'ять. Вона застосовується длязберігання найбільш часто використовуваних даних, щоб скоротити число повторнихзвернень до «повільної» пам'яті. Кеш ділиться на декілька рівнів, аленайчастіше доводиться стикатися з кешем другого рівня (L2). У найпростішихпроцесорів він складає 128-256 кбайт,у потужніших – 1-2 Мбайт.2.2.3Тактова частота
Раніше,вибираючи процесор, користувачі звертали увагу лише на частоту. І, загалом,цілком закономірно – до недавнього часу саме вона в першу чергу визначалашвидкість роботи всієї системи. За останні десять років цей параметр виріс з100 МГц до 3,8 ГГц. Чим вище тактова частота, тим швидше перемикаютьсятранзистори, тим більше обчислень виконує процесор за одиницю часу. Оборотнасторона медалі – більше виділення тепла.
Мизвикли вважати, що чим вище частота процесора, тим краще. Intel засвоїла урок івипустила Pentium 4. Його архітектура була «заточена» під можливість збільшеннячастот до немислимих раніше величин. Але в 2005 році компанія відійшла відминулих гасел...
Причинтому велика кількість, адже продуктивність можна збільшити не тільки шляхомнарощування частот, є і інші шляхи. Розширити кеш-пам'ять, функціональні блоки,інструкції, удосконалити архітектуру. А ось з останнім були проблеми.Архітектура NetBurst опинилася не такою ефективною в плані продуктивності. Заодин такт Pentium 4 виконує менше роботи, чим Athlon 64. Саме тому сьогодні2-гігагерцовий Athlon легко перемагає 3-гігагерцовий Pentium. ПорівнюватиAthlon і Pentium за тактовою частотою вже безглуздо.
Щоббуло простіше орієнтуватися в моделях, AMD застосувала систему рейтингів (інодіце називалося «пентіум-рейтингом», як би гіпотетичною продуктивністю процесораPentium аналогічної частоти). Наприклад, при рейтингу 4000+ фактична частотаAthlon'a складає 2,4 ГГц.
Щож до Intel, то після переходу на 90-нм техпроцескомпанія не змогла далі підвищувати частоту. У результаті про випуск 4-ГГцпроцесора довелося забути, заразом звернути програму рекламування мегагерц, іввести… модельні номери, як AMD зробила декількома роками раніше.
Вибравшиархітектуру (Pentium 4/D або Athlon 64/64 Х2), залишається визначитися зчастотою. Тут важливо мати на увазі, що приріст продуктивності не прямопропорційний зростанню частоти, а декілька менше. Порівняємо, допустимо,процесори Pentium 4 630 (3,0 ГГц) і Pentium 4 660 (3,6 ГГц). Вибравши другийзамість першого, ви отримаєте збільшення частоти всього на 20 %, а прирістпродуктивності і того менше – 5-15 %! Зате заплатите удвічі більше. Чи треба?На наш погляд, нетреба: набагато важливіше підібрати потужнішу відеокарту абозайвий гігабайт пам'яті [7].
Доуваги: висока тактова частота потрібна при кодуванні звуку і відео в реальномучасі, частково в іграх. Для офісних програм, фільмів і музики цей показник насьогоднішній день практично не грає ролі. Комп'ютер буде лише даремно споживатиенергію. Для вирішення цієї проблеми навіть існують технології, що динамічнознижують частоту і напругу при низьких навантаженнях. У AMD технологіяназивається Cool'n'Quiet і здатна зменшувати частоту до 1 ГГц, у Intel єSpeedStep, але частоту вона зменшує всього до 2,8 ГГц.2.2.4Два ядра і Hyper-Threading
Якщочастота – це не «наше все», то як ще можна збільшувати продуктивність?Найкардинальнішим рішенням виявилося збільшення числа ядер. Купивши двоядернийпроцесор, ми отримуємо два процесори в одному комп'ютері. Intel’овськатехнологія Hyper-Threading працювала схожим чином.
Двапроцесори в комп'ютері – ідея не нова, але тільки в 2005 році ми отрималиподібні продукти. В принципі, всі переваги і недоліки традиційнихдвопроцесорних систем перенеслися і на двоядерні.
Почнемоз багатозадачності. Сучасні операційні системи підтримують роботу декількохпрограм. Як це забезпечується? Адже ЦПможе виконувати тільки одну програму цієї миті. Все просто: програмивиконуються по черзі. Якщо ви граєте, а у фоні працює антивірус, то гранепомітно, але постійно переривається, щоб процесор обробив і інше завдання.При цьому швидкість падає, відгук теж. Перехід на два процесори вирішуєпроблему: система здатна виконувати дві програми одночасно, не в режиміімітації багатозадачності, а фізично.
Зпрограмою чітко асоціюється потік коду. Традиційно він один у кожній програмі.Тому хай в системі буде хоч двадцять процесорів, потік все одно зможе використовуватитільки один з них. При такому розкладі приросту швидкості не отримати. Іншасправа, якщо програма розбиває себе на декілька потоків. У такому разі коженпотік оброблятиме окремий ЦП.
Виникаєрезонне питання: які програми сьогодні підтримують багатопоточність?Їх немало, кількість тільки росте: Adobe Photoshop CS 2, ABBYY FineReader 9.0, 3DStudio Max 8, кодер DIVX, кодер Windows Media Encoder 9 і тощо. У іграх теж єприклади: «Периметр», Peter Jackson's King Kong [7].
 2.2.5NX/XD-BIT. Набори інструкцій
Випускаючинові процесори (рис. 2.6), виробники зазвичай прагнуть ввести якомога більшенових функцій. Одні в міру корисні, інші, як повелося, в міру непотрібні...
Почнемоз NX/XD-bit (AMD/Intel). У пам'яті є ділянки з кодом і даними. Деякі шкідливіпрограми використовували «дірки» в системі, створюючи переповнювання буфера.Зрозуміти ідею просто: чаша розрахована на літр рідини, а вливають туди двалітри. Ясна річ, що половина води вийде за вінця, але вся, так або інакше, пройдечерез чашу. Також і у процесора – після переповнювання буфера процесор покірнообробить все. Апаратна підтримка NX/XD-bit прикриває цей пролом. Але якщо вашантивірус справляється з роботою, то від цієї функції – ані гаряче, аніхолодно.
Даліпо списку 64-бітові обчислення. Ви можете поставити Windows XP Professional х64Edition, але знайти спеціальне ПЗ і потрібні версії драйверів буде складно.Навіть якщо все пройде вдало, особливого зростання продуктивності чекати недоводиться. Єдиний плюс такого переходу – підтримка більшого об'єму оперативноїпам'яті. Тут ви не обмежені 2 гігабайтами.
Нарешті,набори інструкцій. Вони покликані збільшити швидкість обчислень, але за умовиїх підтримки з боку ПЗ. Ще давно Intel розробила ММХ, далі були SSE, SSE2 іSSE3. AMD адаптувала ММХ, але потім вирішила піти своїм шляхом, запропонувавши3DNow!
Шляхвиявився не дуже вдалим, так що сьогодні майже всі їх процесори підтримуютьSSE/SSE2 і навіть SSE3. Користь від інструкцій є, але вони не визначаютьпродуктивність ЦП в цілому[7].
/>
Рисунок2.6– Зовнішній вигляд процесора2.2.6Вибір процесора
По-перше,ми не рекомендуємо вам брати зовсім вже дешеві моделі. Процесори серії Celeronі Sempron націлені на офісні ПК. Вони урізані по частоті шини, по функціях,об'єму кеш-пам'яті – все це сильно б'є по продуктивності, особливо в іграх і«важких» програмах.
Азараз – сакраментальне питання. AMD або Intel? Питання тут не в якості – обидвікомпанії випускають цілком якісну продукцію. А ось продуктивність… Доводитьсявизнати, що Intel поступово здає позиції, і лідерство Athlon 64 на даний моментне викликає сумнівів. Особливо – в ігровому плані. До того ж процесори Athlonспоживають менше енергії, а технологія Cool'n'Quiet дозволяє ефективніше їїекономити. Складніший вибір – узяти два ядра або одне? Перші дорожче, але, зіншого боку, зараз вже повним ходом з'являються ігри і програми, оптимізованіпід багатоядерні процесори.
Спочаткурозглянемо одноядерні лінійки. AMD випускає Athlon 64 для Socket 939 і Socket754. Другий варіант ми не рекомендуємо: заощадивши копійки, ви отримаєте модельз одноканальним контролером пам'яті і меншою продуктивністю.
Розглянемопроцесори Intel. Ця компанія у свою чергу пропонує дві лінійки Pentium 4 — 5ххі 6хх. Основна відмінність між ними – розмір кеша (1 Мбайт проти 2 Мбайт). Уплані продуктивності «шоста» серія помітно краще, причому різниці цін між нимипрактично немає. Отже, якщо ви віддаєте перевагу процесорам Intel, оптимальнимвибором стане Pentium 4 630. Старша версія з індексом 670 обійдеться набагатодорожче, а зайві 800 МГц нікого не рятують.
Ситуаціяз двоядернимимоделями не менш цікава. Якщо AMD пропонує досить дорогі, зате продуктивніAthlon 64 Х2, то Intel узяла на озброєння іншу стратегію, випустивши лінійкупростеньких двоядерних процесорів Pentium D серій 8хх і 9хх. Остання краще,оскільки у неї вдалося понизити споживання енергії, а різниці в цінах приоднаковій частоті немає.
Особливодорогі процесори – Athlon 64 FX і Pentium Extreme Edition. Їх суть не в тому,щоб бути процесорами, а в тому, щоб коштувати по тисячі доларів. На практицівони не особливо потужніші за старші версії Athlon 64/64 Х2 і Pentium 4/D.Переплата йде за «ексклюзивність»і трохи більшу частоту [7].
2.3Флеш-пам’ять
Технологіяфлеш-пам’яті з'явилася близько 20-ти років тому. Наприкінці 80-х років минулогосторіччя флеш-пам’ять почали використовувати як альтернативу UV-EPROM. З цьогочасу інтерес до флеш-пам’яті з кожним роком неухильно зростає. Увага, якаприділяється флеш-пам'яті, цілком зрозуміла – адже це сегментнапівпровідникового ринку, який найбільш швидко зростає. Щорічно ринокфлеш-пам’яті зростає більш ніж на 15 %, що перевищує сумарне зростання всієїрешти напівпровідникової індустрії.
Сьогодніфлеш-пам’ять можна знайти в самих різних цифрових пристроях. Її використовуютьяк носій мікропрограм для мікроконтролерів HDD і CD-ROM, для зберігання BIOS вПК. Флеш-пам’ять використовують в принтерах, КПК, відеоплатах, роутерах,брандмауерах, стільникових телефонах, електронних годинниках, записниках,телевізорах, кондиціонерах, мікрохвильових печах і пральних машинах… списокможна продовжувати нескінченно. А останніми роками флеш стає основним типомзмінної пам'яті, використовуваної в цифрових мультимедійних пристроях, таких якmp3-плеєри і ігрові приставки. А все це стало можливим завдяки створеннюкомпактних і потужних процесорів. Проте при покупці якого-небудь пристрою, щопоміщається в кишені, не варто орієнтуватися лише на процесорну потужність,оскільки в списку пріоритетів вона стоїть далеко не на першому місці.
Почалосяце в 1997 році, коли флеш-карти вперше стали використовувати в цифровихфотокамерах.
Привиборі портативних пристроїв найважливішим є час автономної роботи при розумнихмасі і розмірах елемента живлення. Багато залежить від пам'яті, яка визначаєоб'єм збереженого матеріалу, і тривалість роботи без заряджання акумуляторів.Можливість зберігання інформації в кишенькових пристроях обмежується скромнимиенергоресурсами. Пам'ять, звичайно використовувана в ОЗП комп'ютерів, вимагаєпостійної подачі напруги. Дискові накопичувачі можуть зберігати інформацію ібез безперервної подачі електрики, зате при записі і зчитуванні данихвитрачають її за трьох. Гарним рішенням проблеми виявилася флеш-пам’ять, що нерозряджається довільно. Носії на її основі називаються твердотільними, оскількине мають рухомих частин. На жаль, флеш-пам’ять – коштовне задоволення: середнявартість її мегабайта складає 2 долари, що у вісім разів вище, ніж у SDRAM, некажучи вже про жорсткі диски. А ось відсутність рухомих частин підвищуєнадійність флеш-пам’яті: стандартні робочі перевантаження дорівнюють 15 g, а короткочасні можуть досягати 2000 g, тобто теоретично карта повинна чудово працювати примаксимально можливих космічних перевантаженнях, і витримати падіння зтриметрової висоти. Причому в таких умовах гарантується функціонування карти до100 років.
Багатовиробників обчислювальної техніки бачать пам'ять майбутнього виключнотвердотільною. Внаслідок цього відбувається практично одночасна поява на ринкукомплектуючих декількох стандартів флеш-пам’яті.2.3.1Що таке flash-пам'ять?
Флеш-пам’ять– особливий вид енергонезалежної перезаписуваної напівпровідникової пам'яті.
Енергонезалежна– що не вимагає додаткової енергії для зберігання даних (енергія потрібнатільки для запису).
Перезаписувана– що допускає зміну (перезапис) даних, що зберігаються в ній.
Напівпровідникова(твердотільна) – що не містить механічно рухомих частин (як звичайні жорсткідиски або CD), побудована на основі інтегральних мікросхем (IC—Chip).
Навідміну від багатьох інших типів напівпровідникової пам'яті, елемент флеш-пам’ятіне містить конденсаторів – типовий елемент флеш-пам’яті складається всього лишез одного транзистора особливої архітектури. Елемент флеш-пам’яті чудовомасштабується, що досягається не тільки завдяки успіхам в мініатюризаціїрозмірів транзисторів, але і завдяки конструктивним знахідкам, що дозволяють водному елементі флеш-пам’яті зберігати декілька біт інформації. Флеш-пам’ятьісторично походить від ROM (Read Only Memory) пам'яті, і функціонує подібно доRAM (Random Access Memory). Дані флеш зберігає в елементах пам'яті, схожих наелементи в DRAM. На відміну від DRAM, при відключенні живлення дані зфлеш-пам’яті не зникають. Заміни пам'яті SRAM і DRAM флеш-пам'яттю невідбувається через дві особливості флеш-пам’яті: флеш працює досить повільно імає обмеження за кількістю циклів перезапису (від 10.000 до 1.000.000 длярізних типів). Інформація, записана на флеш-пам’ять, може зберігатися дужетривалий час (від 20 до 100 років), і здатна витримувати значні механічнінавантаження (які у 5-10 разів перевищують гранично допустимі для звичайнихжорстких дисків). Основна перевага флеш-пам’яті над жорсткими дисками і носіямиCD-ROM полягає в тому, що флеш-пам’ять споживає значно (приблизно у 10-20 ібільше разів) менше енергії під час роботи. У пристроях CD-ROM, жорсткихдисках, касетах і інших механічних носіях інформації, велика частина енергіїйде на приведення в рух механіки цих пристроїв. Крім того, флеш-пам’ять є більшкомпактною за більшість інших механічних носіїв. Флеш-пам’ять історичноз’явилася від напівпровідникового ROM, проте ROM-пам'яттю не є, а всього лишемає схожу на ROM організацію. Безліч джерел (як вітчизняних, так і зарубіжних)часто помилково відносять флеш-пам’ять до ROM. Флеш ніяк не може бути ROM хочби тому, що ROM (Read Only Memory) переводиться як «пам'ять тільки для читання».Ні про яку можливість перезапису в ROM мови бути не може! Невелика, з початку,неточність не звертала на себе уваги, проте з розвитком технологій, колифлеш-пам’ять стала витримувати до 1 мільйона циклів перезапису, і сталавикористовуватися як накопичувач загального призначення, цей недолік вкласифікації почав впадати в очі. Серед напівпровідникової пам'яті тільки дватипи відносяться до «чистого» ROM – це Mask-ROM і PROM. На відмінувід них, EPROM, EEPROM і Flash відносяться до класу енергонезалежноїперезаписуваної пам'яті (англійський еквівалент – nonvolatile read-writememory, або NVRWM). 2.3.2ROM
ROM(Read Only Memory) – пам'ять тільки для читання. Український еквівалент – ПЗП(Постійно Запам'ятовуючий Пристрій). Якщо бути зовсім точним, даний вид пам'ятіназивається Mask-ROM (Масочні ПЗП). Пам'ять побудована у вигляді масивуелементів (матриці), що адресуються, кожен елемент якого може кодувати одиницюінформації. Дані на ROM записувалися під час виробництва шляхом нанесення замаскою (звідси і назва) алюмінієвих з’єднувальних доріжок літографічнимспособом. Наявність або відсутність у відповідному місці такої доріжки кодувала«0» або «1». Mask-ROM відрізняється складністю модифікаціївмісту (тільки шляхом виготовлення нових мікросхем), а також тривалістювиробничого циклу (4-8 тижнів). А також у зв'язку з тим, що сучасне програмнезабезпечення часто має багато недоробок і часто вимагає оновлення, даний типпам'яті не набув широкого поширення.
Переваги:
— Низька вартість готової запрограмованої мікросхеми (при великих об'ємах виробництва).
— Висока швидкість доступу до елемента пам'яті.
— Висока надійність готової мікросхеми і стійкість до електромагнітних полів.
Недоліки:
— Неможливість записувати і модифікувати дані після виготовлення.
— Складний виробничий цикл.
PROM– Programmable ROM, або одноразово Програмовані ПЗП. Як елементи пам'яті вданому типі пам'яті використовувалися плавкі перемички. На відміну відMask-ROM, в PROM з'явилася можливість кодувати («перепалювати»)елементи за наявності спеціального пристрою для запису (програматора).Програмування елемента в PROM здійснюється руйнуванням(«пропаленням») плавкої перемички шляхом подачі струму високоїнапруги.
Можливістьсамостійного запису інформації в них зробило їх придатними для штучного ідрібносерійного виробництва. PROM практично повністю вийшов з використаннянаприкінці 80-х років (рис. 2.7).
/>
Рисунок2.7–ProgrammableROM
Переваги:
— Висока надійність готової мікросхеми і стійкість до електромагнітних полів.
— Можливість програмувати готову мікросхему, що зручно для штучного і дрібносерійноговиробництва.
— Висока швидкість доступу до елемента пам'яті.
Недоліки:
— Неможливість перезапису.
— Великий відсоток браку.
— Необхідність спеціального тривалого термічного тренування, без якого надійністьзберігання даних була б невисокою.2.3.3NVRWM: EPROM
Різніджерела по-різному розшифровують абревіатуру EPROM – як Erasable ProgrammableROM або як Electrically Programmable ROM (програмовані ПЗП, що можна стирати,або електрично програмовані ПЗП). Перед записом EPROM необхідно провестистирання (відповідно з'явилася можливість перезаписувати вміст пам'яті).Стирання елементів EPROM виконується відразу для всієї мікросхеми за допомогоюопромінювання чіпа ультрафіолетовими або рентгенівськими променями протягомдекількох хвилин. Мікросхеми, стирання яких проводиться шляхом засвічуванняультрафіолетом, були розроблені Intel в 1971 році, і носять назву UV-EPROM(приставка UV (Ultraviolet) – ультрафіолет). Вони містять віконця з кварцовогоскла, які після закінчення процесу стирання заклеюють.
Переваги:
— Можливість перезаписувати вміст мікросхеми.
Недоліки:
— Невелика кількість циклів перезапису.
— Неможливість модифікації частини даних, що зберігаються.
— Висока вірогідність «не дотерти» (що зрештою приведе до збоїв) абоперетримати мікросхему під УФ-світлом (т.з. overerase – ефект надмірноговидалення, «перепалювання»), що може зменшити термін службимікросхеми і навіть привести до її повної непридатності.
EEPROM(EEPROM або Electronically EPROM) – ППЗУ, які можна електрично витирати, булирозроблені в 1979 році в тому ж Intel. У 1983 році вийшов перший 16Кбітнийзразок, виготовлений на основі FLOTOX-транзисторів (Floating Gate Tunnel-OXide– «плаваючий» затвор з тунелюванням в оксиді).
Головноювідмінною особливістю EEPROM та Flash від раніше розглянутих нами типівенергонезалежної пам'яті є можливість перепрограмування при підключенні достандартної системної шини мікропроцесорного пристрою. У EEPROM з'явиласяможливість проводити стирання окремого елемента за допомогою електричногоструму. Для EEPROM стирання кожного елемента виконується автоматично при записідо нього нової інформації, тобто можна змінити дані в будь-якому елементі, незачіпаючи інші. Процедура стирання звичайно є істотно довшою процедурою, ніжзапис.
ПеревагиEEPROM в порівнянні з EPROM:
— Збільшений ресурс роботи.
— Простіше у використанні.
Недолік:
— Висока вартість Flash (повна історична назва Flash Erase EEPROM).
Винахідфлеш-пам’яті часто несправедливо приписують Intel, називаючи при цьому 1988рік. Насправді пам'ять вперше була розроблена компанією Toshiba в 1984 році, івже наступного року було почате виробництво 256Кбіт мікросхем flash-пам'яті впромислових масштабах. У 1988 році Intel розробила власний варіантфлеш-пам’яті.
Уфлеш-пам’яті використовується дещо відмінний від EEPROM типелемента-транзистора. Технологічно флеш-пам’ять схожа як з EPROM так і з EEPROM.Основна відмінність флеш-пам’яті від EEPROM полягає в тому, що стирання вмістуелементів виконується або для всієї мікросхеми, або для певного блоку(кластера, кадру або сторінки). Звичайний розмір такого блоку складає 256 або512 байт, проте в деяких видах флеш-пам’яті об'єм блоку може досягати 256КБ.Слід відмітити, що існують мікросхеми, що дозволяють працювати з блоками різнихрозмірів (для оптимізації швидкодії). Стирати можна як блок, так і вміст всієїмікросхеми відразу. Таким чином для того, щоб змінити один байт, спочатку вбуфер зчитується увесь блок, де знаходиться байт, який підлягає зміні, стираєтьсявміст блоку, змінюється значення байта в буфері, після чого проводиться записзміненого в буфері блоку. Така схема істотно знижує швидкість запису невеликихоб'ємів даних в довільні ділянки пам'яті, проте значно збільшує швидкодію припослідовному записі даних великими порціями.
Перевагифлеш-пам’яті в порівнянні з EEPROM:
— Вища швидкість запису при послідовному доступі за рахунок того, що стиранняінформації у флеш проводиться блоками.
— Собівартість виробництва флеш-пам’яті нижче за рахунок простішої організації.
Недолік:Повільний запис в довільні ділянки пам'яті. 2.3.4Організація flash-пам'яті
Елементифлеш-пам’яті бувають як на одному, так і на двох транзисторах.
Унайпростішому випадку кожен елемент зберігає один біт інформації і складаєтьсяз одного польового транзистора із спеціальною електрично- ізольованою ділянкою(«плаваючим» затвором – floating gate), здатною зберігати зарядбагато років (рис. 2.8). Наявність або відсутність заряду кодує один бітінформації.
Призаписузаряд поміщається на плаваючий затвор одним з двох способів (залежить від типуелемента): методом інжекції «гарячих» електронів або методом тунелюванняелектронів. Стирання вмісту елемента (зняття заряду з «плаваючого»затвора) проводиться методом тунелювання.
Якправило, наявність заряду на транзисторі ідентифікується як логічний«0», а його відсутність – як логічна «1». Сучасна флеш-пам’ятьзвичайно виготовляється за 0,13- і 0,18-мікронним техпроцесом.
/>
Рисунок2.8– Схема флеш-елемента2.3.5Загальний принцип роботи елемента флеш-пам’яті
Розглянемопростий елемент флеш-пам’яті на одному n-p-n транзисторі. Елементи подібноготипу найчастіше застосовувалися в flash-пам'яті з NOR-архітектурою, а також вмікросхемах EPROM (рис.2.9). Поведінка транзистора залежить від кількостіелектронів на «плаваючому» затворі. «Плаваючий» затворвідіграє ту ж роль, що і конденсатор в DRAM, тобто зберігає запрограмованезначення. Поміщення заряду на «плаваючий» затвор в такому елементіпроводиться методом інжекції «гарячих» електронів (CHE – channel hotelectrons), а зняття заряду здійснюється методом квантомеханічного тунелюванняФаулера-Нордхейма (Fowler-Nordheim (FN)).
Підчас зчитування, при відсутності заряду на «плаваючому» затворі, підвпливом позитивного поля на затворі, що управляє, утворюється n-канал впідкладці між витоком і стоком, і виникає струм.
/>
Рисунок2.9 – Зчитування інформації flash-пам'яті з NOR-архітектурою
Наявністьзаряду на «плаваючому» затворі міняє вольт-амперні характеристикитранзистора таким чином, що при звичайній для зчитування напрузі канал нез'являється, і струму між витоком і стоком не виникає (рис. 2.10).
/>
Рисунок2.10 – Ілюстрація неможливості зчитування інформації
Припрограмуванні (рис. 2.11) на стік і затвор, що керує, подається висока напруга(причому на затвор, що керує, напруга подається приблизно в два рази вище).«Гарячі» електрони з каналу інжектуються на плаваючий затвор ізмінюють вольт-амперні характеристики транзистора. Такі електрони називають«гарячими» за те, що мають високу енергію, достатню для подоланняпотенціального бар'єру, створюваного тонкою плівкою діелектрика.
/>
Рисунок2.11– Схема програмування елемента flash-пам'яті
Пристиранні висока напруга подається на витік. На затвор, що керує, подаєтьсявисока напруга з зарядом “-”(рис. 2.12).Електрони тунелюють на витік.
/>
Рисунок2.12Схема стирання інформації з елемента flash-пам'яті
Ефекттунелювання – один з ефектів, що використовують хвильові властивості електрона.Сам ефект полягає в подоланні електроном потенціального бар'єру малої«товщини». Для наочності уявимо собі структуру, що складається з двохпровідних ділянок, розділених тонким шаром діелектрика (збіднена ділянка).Подолати цей шар звичайним чином електрон не може – не вистачає енергії. Алепри створенні певних умов (відповідна напруга і т.п.) електрон проскакує шардіелектрика (тунелює крізь нього), створюючи струм.
Важливовідмітити, що при тунелюванні електрон з’являється «по інший бік», непроходячи крізь діелектрик. Така ось «телепортація».
Відмінністьметодів тунелювання Фаулера-Нордхейма (FN) і методу інжекції«гарячих» електронів:
— Channel FN tunneling – не вимагає великої напруги. Елементи, що використовуютьFN, можуть бути менше елементів, що використовують CHE.
— CHE injection (CHEI) – вимагає вищої напруги, в порівнянні з FN. Таким чином,для роботи пам'яті потрібна підтримка подвійного живлення.
Програмуванняметодом CHE здійснюється швидше, ніж методом FN.
Слідвідмітити, що, окрім FN і CHE, існують інші методи програмування і стиранняелементів, які успішно використовуються на практиці, проте два описаних намизастосовуються найчастіше.
Процедуристирання і запису сильно зношують елемент флеш-пам’яті, тому в новітніхмікросхемах деяких виробників застосовуються спеціальні алгоритми, що оптимізуютьпроцес стирання-запису, а також алгоритми, що забезпечують рівномірневикористання всіх елементів в процесі функціонування.
Деяківиди осередків флеш-пам’яті на основі МОП-транзисторів з «плаваючим»затвором:
— StackedGateCell– елемент з багатошаровимзатвором. Метод стирання– Source-Poly FN Tunneling, метод запису– Drain-Side CHE Injection.
— SST Cell,або SuperFlashSplit-GateCell (SiliconStorage Technology– компанія-розробник технології) – елементс розщепленим затвором. Метод стирання– Interpoly FN Tunneling, метод запису– Source-Side CHE Injection.
Two Transistor Thin Oxide Cell – двотранзисторнийелементзтонким шаром окислу. Методстирання– Drain-Poly FN Tunneling, метод запису– Drain FN Tunneling.
Окрімелементів, що найбільш часто зустрічаються, з «плаваючим» затвором,існують також елементи на основі SONOS-транзисторів, які не містять плаваючогозатвору. SONOS-транзистор нагадує звичайний МНОП (MNOS) транзистор. УSONOS-елементах функцію «плаваючого» затвору і оточуючого його ізоляторавиконує композитний діелектрик ONO. Розшифровується SONOS (Semiconductor OxideNitride Oxide Semiconductor) як Напівпровідник-Діелектрик-Нитрид-Діелектрик-Напівпровідник.
Замістьнитрида в майбутньому планується використовувати полікристалічний кремній.2.3.6Багаторівневі елементи (MLC – Multi Level Cell)
Останнімчасом багато компаній почали випуск мікросхем флеш-пам’яті, в яких один елементзберігає два біти. Технологія зберігання двох і більш біт в одному елементі одержаланазву MLC (multilevel cell – багаторівневий елемент). Достовірно відомо проуспішні тести прототипів, що зберігають 4 біта в одному елементі. Зараз багатокомпаній знаходяться у пошуках граничного числа біт, які здатні зберігатибагаторівневий елемент.
Утехнології MLC використовується аналогова природа елемента пам'яті. Як відомо,звичайний однобітний елемент пам'яті може приймати два стани – «0»або «1». У флеш-пам’яті ці два стани розрізняються за величиноюзаряду, який поміщено на «плаваючий» затвор транзистора. На відмінувід «звичайної» флеш-пам’яті, MLC здатна розрізняти більше двохвеличин зарядів, поміщених на «плаваючий» затвор, і, відповідно,більше число станів. При цьому кожному стану у відповідність ставиться певнакомбінація значень біт.
Підчас запису на «плаваючий» затвор поміщається кількість заряду,відповідна необхідному стану. Від величини заряду на «плаваючому»затворі залежить порогова напруга транзистора. Порогову напругу транзистораможна заміряти при читанні і визначити за ним записаний стан, а значить ізаписану послідовність бітів.
Основніпереваги MLC мікросхем:
— Низьке співвідношення $/МБ.
— При рівному розмірі мікросхем і однаковому техпроцесі «звичайної» іMLC-пам'яті, остання здатна зберігати більше інформації (розмір елемента тойже, а кількість біт, що зберігаються в ньому – більше).
Наоснові MLC створюються мікросхеми більшого об'єму, ніж на основі однобітнихелементів.
Основнінедоліки MLC:
— Зниження надійності, у порівнянні з однобітними елементами, і, відповідно,необхідність вбудовувати складніший механізм корекції помилок (чим більше бітівна елемент – тим складніше механізм корекції помилок).
— Швидкодія мікросхем на основі MLC частіше нижча, ніж у мікросхем на основіоднобітних елементів.
Хочарозмір MLC-елемента такий же, як і у однобітного, додатково витрачається місцена специфічні схеми читання/запису багаторівневих елементів (рис. 2.13).Технологія багаторівневих елементів від Intel (для NOR-пам'яті) носить назвуStrtaFlash, аналогічна від AMD (для NAND) – MirrorBit.
/>
Рисунок2.13– Порівняльна схема одно- та багаторівневих елементів

2.4Магнітний запис інформації2.4.14,4 Мегабайта вагою в тонну
Несекрет, що жорсткі диски – найпоширеніші засоби зберігання інформації всучасних комп'ютерах. Перший в світі жорсткий диск (рис. 2.14), RAMAC 350 DiskFile – пристрій зберігання даних з довільним доступом – випустила компанія IBMу вересні 1956 року. Місткість вінчестера для тих часів була величезна – 4,4Мбайт.
Данізаписувалисяна 50 залізних пластинах діаметром 24 дюйми. Швидкість обертання шпінделяскладала 1200 об/хв, а середній час доступу – 1 секунду. Сьогодні виробникивінчестерів у всьому світі хваляться ще і таким параметром, як щільністьзапису. Якщо RАМАС характеризувався 2 Кбіт/кв. дюйм, то сучасні HDD – більше100 Гбіт/кв дюйм.
Недивлячись на революційність винаходу, розлучатися з перфокартами і магнітнимистрічками публіка не поспішала. Вартість і громіздкість (як два великіхолодильники) жорсткого диска були основними перешкодами. І, хоча попит на новусистему відразу ж з'явився (у банків, космічних агентств і авіакомпаній),вартість оренди 1 Мбайт була неприйнятною [5].
РозробленийRAMAC 350 Disk File був у Сан-Хосе, штат Каліфорнія. У 1953 році дослідницькугрупу, яка працювала над створенням жорсткого диска, очолив старший інженер IBMЛ’юісСтівенс. Як частенько це бувало в період розвитку комп'ютерної індустрії,фінансувався проект з перебоями. Треба віддати ученим належне – перший в світіжорсткий диск був створений виключно на ентузіазмі.

/>
Рисунок2.14– Перший в світі жорсткий диск; вартість оренди 3200 доларів в місяць
Цецікаво: достовірно невідомо, як і чому до жорстких дисків міцно присталарозмовна назва «вінчестер». За однією з версій, слово запропонував один ізспівробітників IBM – Кенет Хоутон. Річ у тому, що в 1973 році в продаж поступивдвомодульний жорсткий диск (рис. 2.15),який працівники IBM між собою називали модель «30-30», що означало два модуліпо 30 Мбайт. У цей же час на прилавки поступила гвинтівка «30-30». За іншоюверсією, назва пішла від одного з дослідницьких центрів IBM, розташованого вмісті Вінчестері, у Великобританії. До речі, на Заході слово «вінчестер» вийшлоз ужитку ще на початку дев'яностих, але в СНД прижилося і еволюціонувало доскороченого «винт» [5].
/>
Рисунок2.15 – Вінчестер IBM3380. Поступив у продаж в жовтні 1981 року за 142000$.Ємність – 2,52 Гбайт, швидкість передачі даних 3 Мбайти/с

2.4.2 Механіка HDD
Зчасом швидкість обертання шпінделя зростала, підвищувалася точністьпозиціонування зчитуючої головки, додавалася «розумна» електроніка. Але основнийпринцип устрою жорстких дисків практично не змінився.
Жорсткийдиск – це гранично точна електронно-механічна система. Всередині розташованийшпіндель – це вісь, на яку жорстко нанизуються круглі пластини. Чим швидшемаленький двигун шпінделя розкручує пластини, тим, в більшості випадків,жвавіше працює вінчестер. Для сучасних дисків характерні швидкості 5400 або7200 обертів за хвилину. Шпінделі HDD для серверів і робочих станцій працюютьшвидше – на 10 і навіть 15 тисячах об/хв.
Яктільки вмикається комп'ютер, двигун починає розкручувати диски. Спочаткуненадовго активується форсований режим – вінчестер споживає максимум енергії,набираючи «крейсерську» швидкість. Працювати доводиться надзвичайно багато, безщонайменших відхилень, тому ресурс у механіки жорсткого диска величезний.
Пластинможе бути декілька, а може бути всього одна: у більшості сучасних вінчестерівїх від однієї до п'яти. Виготовляються пластини з металу, покритогоферомагнітним шаром завтовшки близько 10 мікрон. Раніше для цих цілейвикористовувався оксид заліза, сьогодні найчастіше кобальт. Всього в пластинічотири шари: перший – основа (залізо або кераміка), другий – магнітний (служитьдля запису інформації), третій – захисний (оберігає від розмагнічування), ну, ічетвертий – особливе мастило, яке відповідає за відведення тепла і захист відкорозії. Товщина захисного шару – 5 нм, а мастила – близько 2 нм.
Доуваги: 1 нанометр (нм) – це однатисячна мікрона, або ж /> метра.
Інформаціяна пластини записується у вигляді намагнічених концентричних ділянок – доріжок.Оксид заліза, або будь-яке інше феромагнітне покриття, складається з ділянок, вкожному з яких вектора магнітних моментів диполів направлені в один бік.Візуально це можна уявити як велику кількість стрілок, напрямлених строгоуперед або назад. Кожна стрілка – це біт інформації, одиниця або нуль.
Зчитуючаголовка диска – непростий елемент. Спеціальний моторчик (привод головки) регулюєположення головки над доріжкою диска з точністю до пари мікрон. За відсутностіструму головка «спить» в особливій паркувальній зоні пластини – поряд з віссю.Звичайно, в цій ділянці “млинця” інформація не записується.
Яктільки шпіндель починає розкручувати диски, створюється потік повітря, якетисне на аеродинамічну конструкцію – важіль головки. В результаті важільголовки, форма якого нагадує крило літака, в буквальному розумінні злітає.Зчитування даних відбувається на відстані декількох мікрон від поверхні,щонайменше торкання пластини викликає непоправну втрату даних і псування самоїголовки. Тому шпінделю і доводиться весь час обертатися.
Максимальнонаблизити головку до зчитуючої поверхні не так давно вдалося інженерам компаніїFujitsu, які розробили спеціальний змащувальний шар. Теоретична відстань міжголовкою і пластиною зменшилася до 8 нм.Чим ближче головка до пластини, тим меншого розміру магнітні ділянки можнавикористовувати. Отже, на одну концентричну доріжку поміститься більше бітінформації [5].
Якщов жорсткому диску декілька «млинців», над кожним ширятиме власна головка. Всіголовки переміщаються одночасно, і це не дивно, адже пластини нанизані наєдиний привод. Переміщатися головка в процесі зчитування може тількигоризонтально, по дузі.
Уодному дюймі пластини знаходиться близько восьми тисяч доріжок. Для наведенняголовки на доріжку в даний час використовується акустичний мотор. Вінскладається з двох потужних магнітів і дротяної котушки. Конструкція нагадуєзвичайний динамік – звідси і назва «Акустичний мотор».
Котушкапід дією струму створює електромагнітне поле, унаслідок чого починаєзміщуватися у бік магнітів. Упевнитися, наскільки точно встановилася головканад пластиною, вінчестер може за допомогою зворотного зв'язку. Прочитуючи спеціальніслужбові мітки, записані на “млинці”в заводських умовах, привод головки повідомляє електроніку вінчестера про своємісцезнаходження. У разі потреби головка робить ще одну спробу добратися домети. І тут дуже важливий параметр часу пошуку (seek time) – час, за якийпривод виводить головку на доріжку.
Длязчитування інформації досить часто використовуються індуктивні тонкоплівковіголовки. Принцип дії схожий з магнітною головкою касетного магнітофона. Головкавінчестера проходить над «стрілками», які своїм магнітним полем генерують вобмотці головки електричний струм. Сигнал, що поступив, посилюється,пропускається через фільтри і потім розшифровується електронною «начинкою»вінчестера.
Сьогодністворюються якісніші головки. Один з нових типів активно застосовує компаніяSeagate. Це магніто-резистивні головки, які використовують фізичний ефект,відкритий лордом Уїльямом Кельвіном в 1857 році. А саме, що магнітне поле міняєопір металевого провідника. Коли магніторезистивна головка потрапляє в магнітнеполе, сила струму в ланцюзі змінюється, що і дозволяє відрізнити «одиницю» від«нуля». Зчитаний таким чином біт інформації тут же потрапляє в електроннусхему. Основна перевага нового типу головок – можливість щільніше записуватиінформацію, тому що роздільна здатність магніторезистивнихголовок вища, ніж у індуктивних. Крім того, електричний сигнал магніторезистивнихголовок чистий і практично не потребує додаткової фільтрації. Нарешті, новіголовки не чутливі до швидкості обертання пластин, тоді як точність зчитуванняв індуктивних елементах залежить від швидкості проходження головки надповерхнею пластини.
Єдинийгнучкий елемент всієї конструкції жорсткого диска – це провідник, який пов'язуєважіль головки з електронікою. Важіль весь час перебуває в русі, кидається відоднієї доріжки до іншої, тому дріт повинен бути міцним, але таким, що не сковуєрухи важеля [5].2.4.3Електроніка HDD
Яквідомо, розбирати вінчестери зазвичай строго не рекомендується. Адже відстаньміж головкою (рис. 2.16) і пластиною – декілька мікрон, і достатньо всьогооднієї порошинки, щоб зіпсувати складне устаткування. А відновленнярозгерметизованого жорсткого диска коштує у декілька разів дорожче, ніж покупканового, і навіть сервісні центри зазвичай обмежуються тільки порятункомінформації.
/>

Рисунок2.16– Головкаяка зчитує: розміри передньої частини головки, яказчитує – 0,3×1 мм. У центрі – нанесена літографією мідна котушка, якавикористовується для запису даних. Пластини з боків виготовлені із золота
Електронікавінчестера представлена на печатній платі (текстоліті) з нижнього бокупристрою. Тут знаходиться справжнісінький мініатюрний комп'ютер: центральнийпроцесор, пам'ять і цифровий сигнальний процесор (Digital Signal Processor), щовідповідає за сигнали читання/запису. Працює вінчестер під управлінням власноїпрограми, записаної в мікросхему ПЗП або в службові ділянки жорсткого диска.
Спочаткузапитані комп'ютером дані прочитуються з пластини, потім поступають вкеш-пам'ять і тільки потім прямують в ОЗП комп'ютера. На швидкодію вінчестеравпливає швидкість обертання шпінделя, процесор і об'єм пам'яті. Буваютьекзотичні випадки, коли жорсткі диски з 5400 об/хв працюють швидше, ніж моделіз 7200 об/хв, але це скоріше виключення з правил.
Об'ємбуфера коливається в межах від 2 до 16 Мбайт. Чим більше пам'яті, тим більше данихголовка може зчитати на випередження [5].2.4.4Різноманітність видів HDD
Вінчестериможна класифікувати за шириною. Форм-фактор 3,5 дюйма – стандарт для настільнихсистем. Жорсткі диски цього типу мають найбільшу продуктивність і місткість.
2,5-дюймовімоделі традиційно застосовуються в ноутбуках, автомобільних ПК і різнійпобутовій техніці. Радіус «млинців» там менше, відповідно, і інформаціїміститься менше. Що ж до швидкості обертання шпінделя, вона тільки недавнонаблизилася до швидкостей настільних моделей і складає 7200 об/хв. Місткість –до 500 Гбайт.
Існуютьтакож жорсткі диски (рис. 2.17) форм-факторів 1,8, 1 і 0,8 дюймів. Таківінчестери не можуть похвалитися місткістю і швидкістю, зате частенькознаходять застосування в МР3-плеєрах, ультра портативних ноутбуках і переноснихзовнішніх дисках.
Зовнішнімижорсткими дисками можуть бути вінчестери будь-якого форм-фактора. Вонивипускаються з інтерфейсами USB 1.1/2.0, FireWire і eSATA. Основні їх переваги– мобільність і легкість підключення до ПК. Операційна система сама визначаєдиск і миттєво дозволяє працювати з ним. Мінус же більшості зовнішніх вінчестерів– невисока швидкість: приблизно у два рази нижче, ніж у вбудованих аналогів[5].

/>
Рисунок2.17– Жорсткий диск у розібраному вигляді; якщо ви бачите важіль головки, шпіндельі пластину, це означає, що вашому жорсткому диску вже нічого не допоможе – він розгерметизований
Каналпередачі інформації зазвичай обмежується інтерфейсами USB і FireWire. Але інодішвидкодія мобільних вінчестерів явно нижче із-за технологій захисту пластин відтрясіння.
Внутрішніжорсткі диски, як для ноутбуків, так і для настільних ПК, обладнані абопаралельним інтерфейсом PATA, або послідовним SATA. Перший відомий також як IDEі поки що присутній у всіх сучасних комп'ютерах. Але зараз стандарт вжевичерпав себе, і його активно витісняє SATA, пропонуючи в потенціалі швидкістьдо 300 МБ за секунду проти максимальних 133 Мбайт/с по каналу IDE.
З'єднуєтьсяжорсткий диск з материнською платою двома кабелями. Один з них подає напругу,інший, інтерфейсний, відповідає за обмін даними. На відміну відIDE-вінчестерів, SATA працюють з напругою 3,3, 5 і 12 В замість 5 В. Новий типінтерфейсних кабелів включає всього сім дротів, тоді як стандарт IDE вимагав80-жильного дроту.
Паралельнийінтерфейс РАТА здатний приймати наодин порт два вінчестери. В цьому випадку номінальна швидкість, наприклад, 133Мбайт/с, ділиться на два. З SATA цей номер поки не пройде. Щоб підключити дважорсткі диски, потрібно два незалежні порти (у так званому SATA 2.5 вже можнапідчіплювати декілька дисків на канал). Кожен вінчестер отримує повноціннийканал обміну даних і не втрачає в швидкості. Відпадає і необхідність призначатижорстким дискам статусу master (той, що веде), і slave (ведений), що позбавляєвід багатьох проблем, пов'язаних з сумісністю різних вінчестерів.
Цецікаво: теоретична швидкість інтерфейсу, як PATA,так і SATA, ще ніколи не вимагалася повною мірою. Навіть найновіший вінчестернавряд чи може задіювати 30 % пропускної спроможності SATA[5].2.4.5Гучні імена виробників HDD
Яквідомо, компанія IBM, що свого часу була лідером на ринку жорстких дисків, докінця дев'яностих розгубила минуле завзяття. Численні збої підірвали довіру, іIBM була вимушена продати свій бізнес. Придбала спадок компанія Hitachi.
Укомп'ютерних магазинах сьогодні найчастіше доводиться бачити моделі WesternDigital, Seagate, Hitachi і Samsung. Компанія Seagate випускає недорогі жорсткідиски з високою продуктивністю. На ринку цей виробник займає лідируючеположення і недавно скупував одного з конкурентів – компанію Maxtor. Застатистикою саме вінчестери Seagate мають в Росії найбільший попит.
ПродукціяWestern Digital славиться швидкодією, за яку, втім, доведеться платити. Справикомпанії йдуть успішно, і WesternDigital упевнено тримається на плаву.
Довінчестерів Samsung недавно відносилися скептично із-за їх невисокої надійностіі низької продуктивності. Але сьогодні їх продукція вже не поступаєтьсяконкурентам. Що стосується Hitachi, то і у неї справи йдуть непогано. Жорсткідиски не б'ють рекордів швидкості, але забезпечують високу стабільність.
Продукціякомпаній досить рівна в плані співвідношення ціна/якість. Хіба що зустрічаютьсяокремі невдалі моделі, так що, підібравши симпатичну позицію в прайс-листі, неполініться зібрати про неї інформацію в Інтернеті [5].2.4.6Перпендикулярні перспективи запису
Щільністьзапису на пластини вінчестерів підходить до своєї межі. Як би низько виробникине опускали зчитуючу головку до поверхні “млинця”,до нескінченності зменшувати розмір магнітних ділянок неможливо. На певнійстадії диполі магнітних ділянок починають самодовільно змінювати напряммагнітних ліній, і дані в цьому випадку безповоротно втрачаються.
Щобвдихнути нові сили в жорсткі диски, інженери звернулися до давно відомоїтехнології перпендикулярного магнітного запису, яку активно досліджували в70-80-х роках минулого століття. Сенс її полягає в тому, щоб вектори (ранішезгадані «стрілки») не лежали в площині пластини, а були перпендикулярні їй. Прицьому магнітні ділянки займають менше місця, і до того ж не міняють напряму піддією супермагнетизма, оскільки різнойменні полюси не напрямлені один до одного.Інновація була навіть випробувана, що привело до випуску 2,88-мегабайтних«перпендикулярних» дискет. Правда, їх вартість була непомірною, і ємкі дискетине прижилися.
Дляроботи з новими “млинцями”потрібні головки абсолютно іншої конструкції. Склад магнітного шару пластинитакож зазнав зміни: тепер це двошарова антиферомагнітна підкладка длястабільності магнітного поля і шар запису, який складається із сплавівкобальту, платини і хрому.
Жорсткідиски з перпендикулярним записом форм-факторів 3 і 2,5 дюймів вже поступили впродаж[5].2.4.7SSD проти HDD
Майбутнєжорстких дисків не безхмарне. У спину дихають твердотільні накопичувачі (SSD,solid-state disk), які побудовані на мікросхемах незалежної флеш-пам'яті NAND.Компанія Samsung вже запустила виробництво 32 Гбайт SSD у форм-факторі2,5-дюймових вінчестерів. Зчитування даних з флеш-пам'яті відбувається в трирази швидше, ніж із звичайних пластин жорстких дисків, а запис – в півтора разишвидше.
Перевагитвердотільних накопичувачів очевидні – вони легкі, невимогливі до живлення і немістять механічних деталей. А це і несприйнятливість до трясіння, і повна безшумність,і несхильність до магнітних полів. Проблем з сумісністю немає –SSD-накопичувачі підключаються до знайомих інтерфейсів SATA або РАТА.
Єдинаперешкода до розповсюдження нової технології – вартість. Сьогодні 32 Гбайт SSDSamsung обійдеться в 1000$. Але вартість модулів NAND падає з кожним місяцем,так що вже через пару років ми напевно розпрощаємося з «механічним» жорсткимдиском, як би не було його шкода.
Заразкомпанія Samsung спільно з Microsoft готує проміжну ланку – гібридний диск(HHD, Hybrid Hard Disk). Накопичувач – звичайний жорсткий диск, а флеш-пам'ятьвиконує функцію буфера, знижуючи навантаження на механіку. Більшу частину часушпіндель крутитиметься на знижених обертах, набираючи штатну швидкість лише вмоменти перевантаження буфера. Можна чекати, що гібридний диск стане споживатизначно менше енергії і працювати швидше за традиційні жорсткі диски[5].
Недивлячись на явне технічне застарівання, HDD можуть супроводити нас ще впродовжбагатьох десятиліть. Так, наприклад, котушкові накопичувачі на магнітнихстрічках до цих пір активно застосовуються для архівації даних в крупнихкомпаніях. Жорсткі диски цілком можуть прийти на зміну магнітній стрічці в галузізберігання величезних масивів інформації...2.4.8Перпендикулярний Hitachi
Hitachi(рис. 2.18) не відстає від лідерів індустрії жорстких дисків. Компаніяпредставила модель Travelstar 5K160 для ноутбуків місткістю 160 Гбайт ішвидкістю шпінделя 5400 об/хв. Цей жорсткий диск використовує методперпендикулярного запису для нанесення інформації на пластини, а також головкудругого покоління, що знаходилася на стадії тестування з 2004 року.
/>
Рисунок2.18 – Hitachi Travelstar 5K160
Методперпендикулярного запису повинен був стати перехідною технологією від старогометоду запису до лазерних носіїв, але, судячи з усього, затримається. Уперспективі цей метод дозволить нанести до 500 Гбайт даних на квадратний дюйм[5].2.5Прилади, в яких використовується лазер
 2.5.1Мирний лазер
Філігранноточний лазер; шпіндель, що скажено обертається; здатність зчитувати десятьфільмів з одного носія – все це властиво оптичному приводу. Жорсткий дискпримушує захопитися генієм інженерної думки, але начинка оптичного привода неменш складна і унікальна. Потрібна високоякісна система лінз (рис. 2.19) дляправильного наведення промінця над «болванкою», стабільно функціонуючіелектронні схеми, які стежать за пропаленням диска і зчитуванням інформації, ібагато що інше. У століття транзисторів розміром в декілька десятків нанометріві гігабайтних флеш-карт з ніготь, громіздкі оптичні приводи як і раніше дужепопулярні. Лазерний диск – недорогий універсальний засіб передачі інформації.Портативні міні-вінчестери і флеш-карти все активніше заповнюють прилавки, але9,4 Гбайт DVD-диск обходиться раз в сто дешевше гігабайтної «флешки». Ще однавагома причина – музичні альбоми і новинки кіно з'являються виключно на СD- іDVD-дисках. Окремі компанії намагаються продавати мультимедіа записи наспеціально захищених від копіювання флеш-картах, проте ентузіазму середпокупців це не викликає [6].
/>
Рисунок2.19– Оптична система: лазерний діод випускає промінь, котрий падає на компакт-диск2.5.2Як все починалося
Принципроботи оптичного привода і – віддалено – жорсткого диска і магнітофоназапозичений у фонографа. Перший в світі прилад для запису і відтворення звуку,якщо не враховувати музичних шкатулок (рис. 2.20),був представлений громадськості Томасом Едісоном 21 листопада 1877 року. Звукзберігався на поверхні циліндра у вигляді спіральної доріжки; глибина борозенкипри цьому була пропорційна силі звуку. Читаюча голка рухається канавкою і іншоюстороною тисне на мембрану. Механічні коливання перетворюються на електричніімпульси, які проходять через підсилювач, і перетворюються на звук. Швидкістьобертання барабана досягала 78 об/хв. У дію він приводився уручну або задопомогою пружини. Борозенки наносили спочатку на фольгу, яка витримувала відсили десяток циклів, а потім на більш довговічне воскове покриття. Тривалістьзапису не перевищувала пари хвилин. Винахід Едісона удосконалив в тому ж 1877році Еміль Берлінер. Він створив грамофон, де вперше носієм інформаціївиступила ебонітова пластинка – стародавній прообраз лазерного диска. Грамофонинабули величезного поширення. З'явився портативний варіант – патефон. Услід бувстворений електрофон, який перетворював механічні коливання в звук за допомогоюелектричних імпульсів. Електрофон здатний відтворювати моно-, стерео- іквадрофонічні записи. Покоління 60-80-х років минулого століття ще слухало наньому альбоми Beatles і Rolling Stones. Сьогодні електрофони продовжуютьвикористовувати в музичних клубах і студіях запису[6].
/>
Рисунок2.20—Фонограф Едісона: барабанз восковим покриттям – предок компакт-диска. Замість лазера використовуєтьсяголка2.5.3Історія невидимки
Методизчитування і запису інформації за допомогою лазера розробили відразу декількадослідницьких груп, але світ підкорився Sony і Philips на початку 1980-х.Історія не завжди буває справедливою: щорічно продається оптичних приводів ідисків на суму в декілька мільярдів доларів, але винахідники не отримують нікопійки. Так, фізик Джим Рассел на десяток років випередив обидві компанії.Вчений розробив фундамент оптичної цифрової технології зберігання інформації інавіть створив прототипи. У 1953 році були зроблені перші кроки – Джим в рамкахроботи на General Electric ввів в експлуатацію комп'ютерну систему контролюядерного реактора і електронно-променевий зварювальний апарат. У 1965 році вінвикористав попередні досягнення і оголосив про початок робіт над оптичнимнакопичувачем. Вже через рік на рахунку Джима було 25 патентів в галузіцифрового оптичного запису. Перший зразок оптичного привода представилинауковій громадськості в 1973 році. Потім відбулася демонстрація технологіїпотенційним покупцям. Джим записав на 78- і 127-міліметрові диски з скляноюосновою декілька трансляцій телешоу. За словами фізика, представники Sony іPhilips активно зацікавилися розробкою, проте відмовилися від подальшихпереговорів. У 1977 році Sony і Philips об'єдналися для створення єдиногоцифрового оптичного формату. Через два роки почалося створення цифровогоаудіодиска. Продажі компакт-дисків почалися в 1982 році з подачі Sony[6].
Потенціалінновації відмітили відразу. За просування нового стандарту узялися гіганти,такі як Microsoft і Apple Computer. Результат виправдав найсміливіші прогнози –в 1985 році з прилавків було зметено не 10 млн. носіїв, як передбачалося, а всі59 млн. У 2002 ж році пішло більше 8 млрд. болванок. Але повернемося до ДжимаРассела. Його дослідження спонсорував підприємець Єлі Якобс. У 1980 роцібізнесмен створив компанію Digital Recording і запросив Джима на роботу. Вченийвважав, що Sony і Philips використали його запатентовані розробки для створеннялазерних дисків. Проте юрист компанії не бачив шансів виграти справу, і судоватяжба так і не почалася. Вік Digital Recording був коротким, в 1985 роціпідприємство розорилося. Компанію придбала фірма Optical Recording з Торонто.Джим залишився в штаті, а нові юристи охоче почали терзати Sony і Philips. У1988 році Optical. Recording стала отримувати непогані «відступні» від лідерівринку, але зоряна година Джима так і не пробила – його контракт закінчився рокомраніше, і винахідник подався на вільні хліби. Інший відомий учений – Девід ПолГрегг – запатентував в 1961 році оптичний диск для запису відео. Як і винаходиДжима, розробки Девіда випередили час. Компанія МСАмала намір використати патенти Девіда для створення нового стандарту. Але, як іу вище згаданого Digital Recording, доля у МСА сумна. Компанія почала співпрацюз Philips в 1975 році. Через три роки публіці представили довгоочікуванийLaserdisc. МСА виробляла носії,Philips(рис. 2.21) – плеєри. Ринок холодно відреагував наоптичну технологію, і вигадка швидко провалилася.
/>
Рисунок2.21 –Новітні приводи Philips; вони здатні пропалювати і записувати три види дисків – CD,DVD та Blu-ray
Ащо ж Радянський Союз? Невже найбільша країна в світі могла опинитися непопереду всієї планети? Створення оптичних дисків почалося в 1975 році у ВНІІРПАім. С.О. Попова. Перед групою дослідників поставили завдання створити оптичнітехнології запису і відтворення звукової інформації студійної якості. У країнібуло скрутно з «тонкою» технікою, зокрема, з напівпровідниковими лазерами.Співвітчизникам довелося використовувати 200-мм газовий лазер ЛГ-75.Переміщати махину було важко, тому застосували мотори, які переміщали картриджз самим лазерним диском. Прототип оптичного програвача Промінь-002 представилина ВДНГв 1980 році – раніше, ніж Sony і Philips почали серійне виробництво. На дискурадянські учені записали музику з кінофільму «Мій ласкавий і ніжний звір».Виробляти приводи в СРСР так і не почали. У жодного з підприємств не знайшлосябази для випуску напівпровідникових лазерів і необхідних механічнихкомпонентів. Фінансування проекту припинилося [6].2.5.4 Компакт-диск
Сьогоднікомпакт-диски виглядають так само, як і двадцять років тому. Виготовляютьсяносії з прозорого полікарбонату, який покривають тонким напиленням алюмінію,срібла або золота, що відбиває. Потім наносять захисний шар лаку, щоб повністюзахистити від контактів із зовнішнім середовищем і випадкових пошкоджень.
Доуваги: діаметр дисків – 120 мм, товщина – 1,2 мм. Випускають також невеликі «болванки» (80 мм). Будь-який сучасний привод читає обидва типидисків.
Існуєдекілька версій, чому діаметр компакт-диска зазвичай рівний саме 120 мм. За однією з них, директор Sony Акіо Моріта вирішив, що лазерні диски чудово підійдутьцінителям класичної музики. У Японії провели опитування і з'ясували, щонайбільш популярний твір – дев'ята симфонія Бетховена, яка триває рівно 74хвилини. Цікавий варіант, відповідно до якого діаметр лазерного диска дорівнюєдіагоналі аудіокасети, символізуючи спадкоємність. Але право на життя є і убільш життєвої версії – компакт-диск повинен був поміщатися в кишеню сорочки.Стандартний компакт-диск вміщає 650 Мбайт (ті самі 74 хвилини) цифровоїінформації. Зараз широко поширені 700-мегабайтні (80 хвилин аудіо) диски,випускаються моделі і по 800 Мбайт (90 хвилин аудіо). Формат зберігання данихна аудіодиска називається Red Book (Червона книга). Його запропонували фахівціз Philips. У цьому форматі можна записати двоканальний звук з 16-бітовоюімпульсно-кодовою модуляцією і частотою дискретизації стереоканалів 44,1 кГц.Всього розробили два режими зчитування. Перший застосовувався для програмних носіїві вимагав запис надмірних бітів коду Ріда-Соломона. Вони дозволяють відтворитидані навіть з пошкодженого диска. Другий режим використовувався з аудіодискамиі справлявся без захисного коду. Швидкість зчитування інформації в першомурежимі – 150 Кбайт/с; для позначення швидкості запису ввели параметр 1х. Приводіз швидкістю 36х прочитує дані на 36x150 Кбайт/с (5400 Кбайт/с). Для порівняння– одношвидкісний DVD-диск прочитується на швидкості 1,32xМбайт/с. Поступово компакт-диски стали використовувати для відеофільмів,закодованих в MPEG, графічних зображень і аудіодисків з текстовою інформацієюпро композиції. З'явилися специфікації, які описують перезаписувані і один раззаписувані диски. Зміну CD почали вже готувати на початку 1990-х. Розвернулася боротьбасеред двох форматів – Multimedia Compact Disc від Sony і Philips, а також SuperDisc, творіння восьми учасників, в числі яких були Toshiba і Time Warner. Надопомогу ворогуючим форматам прийшла компанія IВМ. Повторення війни відеокасетVHS і Betacam не повторилось [6].Про абсолютно новий формат лазерних дисків стало відомо у вересні 1995 року. Улистопаді наступного року в Японії почалися продажі DVD, через рік дискиприйшли і на ринок США. Виробники наполегливо розробляли власні формати, і урезультаті з'явилися «плюсові» і «мінусові» диски – DVD+R і DVD-R, DVD-RAM іDVD-ROM. На щастя, проблеми сумісності були вирішені відносно швидко.2.5.5Усередині оптичного привода
Інформаціяна диску записана у вигляді спіральної доріжки на металевому шарі, що відбиваєсвітло, який несе інформацію в двійковому коді у вигляді ямок (pits) і ділянокрівної поверхні (flats). Дані прочитуються лазерним променем.
Лазерможе потрапляти на ділянки «flat» або «pit». У першому випадку фотодетекторреєструє відбитий від поверхні металу промінь, в другому – нічого. Для дискаглибина ямки повинна бути не більше однієї шостої довжини хвилі лазера(вимірюється в сотнях нанометрів). Співвідносяться «pit» з компакт-диском –приблизно як піщинка і стадіон.
Анатоміяоптичного привода нагадує нутрощі жорсткого диска. На борту та ж буфернапам'ять, шпіндель, електронні схеми і ділянка, де записана прошивка – програмауправління приводом. Підключення до системної плати відбувається за допомогоютих же інтерфейсних кабелів (IDE, SATA) і стандартних шлейфів живлення.
Налицьовій панелі будь-якого привода (рис. 2.22)в обов'язковому порядку знаходяться лоток механізму завантаження диска інепримітна дірочка. Призначений отвір для вивільнення диска, у випадку якщовідключилася електрика або привод заклинило. Досить вставити голку і натиснути –лоток відкриється.
Основнімеханічні елементи: сервоприводвідповідає за завантаження диска; повзун служить для переміщення лазерноїоптичної системи, ну а шпіндель розкручує компакт-диск. Лоток з диском заходитьвсередину привода так, що шпіндель може встати в отвір в серединікомпакт-диска. Оптична система з лазером знаходиться під диском.
Отже,шпіндель розкручує носій, і промінь лазера починає ковзати по «пітам» і «флетам»,прочитуючи збережений двійковий код. Для перемикання між доріжкамивикористовується повзун. Оптична система додатково регулюється чотирмакотушками і магнітами. При подачі струму на першу пару, об'єктив оптичноїсистеми зрушується вгору або вниз завдяки магнітному полю. В результатізмінюється фокусування. Другі дві котушки відповідають за горизонтальні зсувилазера, точно позиціонуючи систему на потрібній доріжці компакт-диска.
«Млинці»жорсткого диска обертаються з постійною кутовою швидкістю (CAV, ConstantAngular Velocity). Компакт-диск же зазвичай розкручують зі змінною кутовоюшвидкістю, що забезпечує фіксовану швидкість зчитування (CLV, Constant LinearVelocity), яка гарантує постійний потік даних. Зчитування ділянок носія білякраю диска проходить із зменшеним числом обертів, внутрішніх,– з максимальною швидкістю.

/>
Рисунок2.22– Зовнішній оптичний привод; їх можна встановлювати як горизонтально, так івертикально
Сучасніприводи працюють по-різному – можуть крутити диск завжди з однією і тією жчастотою, що означає падіння швидкості при зчитуванні доріжок біля центрадиска, а можуть відповідати фіксованій швидкості зчитування, регулюючи частотуобертів. Знаходять популярність змішані технології (Zone-САV) – дискрозбивається на зони, в кожній з яких дотримується певна частота обертання.Якщо в характеристиках привода заявлена максимальна швидкість САV 32х, цеозначає, що виробник лукавить, – дисккрутиться завжди з однією і тією ж швидкістю, максимальна швидкість зчитування32х досяжна лише в деяких ділянках. Якщо ж в документації сказано, що читання(або запис) ведеться при CLV 16х, можна бути спокійним – швидкість роботи зданими буде 16х в будь-яких ділянках.
Напруги,що поступає на пристрій, недостатньо для функціонування механічних двигунів,тому всі приводи включають чіп підсилювача напруги. На «борту» присутняфлеш-пам'ять із записаною прошивкою – програмою, яку використовує мікропроцесорпривода для управління всіма елементами системи. Місткість мікросхеми зазвичайне перевищує 128 Кбайт. Підвищити ефективність привода можна в домашніх умовах,самостійно замінивши прошивку. Викачати програмку можна на веб-сайті виробника.У будь-якому оптичному приводі є буфер.
Вінвикористовується для тимчасового зберігання інформації. Алгоритми роботи приводаз власною буферною пам'яттю життєво важливі для пропалення «болванок». Процесзапису диска повинен йти безперервно. Комп'ютер зобов'язується справнопоставляти інформацію, що йде на запис, в буфер привода. Якщо трапляється казусі відбувається спустошення буфера, то «випечений» диск можна сміливо викидати.Втім, більшість сучасних приводів хваляться фірмовими технологіями захисту відспустошення буфера [6].2.5.6Вибираємо привод
Сьогоднівибрати привод не проблема. Практично будь-яка сучасна модель здатнапрочитувати і пропалювати все різноманіття дисків. Проте все ще можна побачитизвичайні CD/DVD-приводи, CD, що пишуть, комбо-приводи, які пропалюють звичайніCD, але не уміють зберігати дані на DVD, великого поширення набулимультиформатні моделі. Вони здатні записувати як CD, так і DVD, найсучаснішінавчилися працювати і з DVD-RAM.
Усучасних моделях використовується ряд технологій для швидкого і надійногочитання і запису дисків. Приводи уміють гасити вібрації, самостійно вибиратистратегію пропалення для кожної «болванки» і не бояться спустошення буфера. Привиборі варто придивитися до заявлених технологій. Кожен виробник називаєтехнологію по-своєму, насправді вони розрізняються мінімально. Цікаво, що деякіприводи можна використовувати для знищення дисків – лазер випалює поверхнютаким чином, що дані зчитати не вдасться.
З'явиласятакож унікальна можливість наносити малюнок на поверхню диска прямо в лотку.Для цього необхідний Lightscribe-сумісний привод і диск з особливим покриттям.Носій вставляється етикеткою вниз, а лазер робить малюнок, який завантажуєтьсяз графічного редактора. Вартість таких приводів прийнятна, але купувати їхнемає особливого сенсу – подібні «болванки» продаються не на кожному розі істоять дорожче. Простіше використовувати маркери. До речі кажучи, на ринкуприсутній аналог Lightscribe – технологія Labelflash.
Внутрішніприводи складають завширшки стандартні 5,25 дюймів і стоять практично у всіхПК. Випускають також приводи компактних розмірів, які відрізняються меншоютовщиною, довжиною і вагою. Коштують вони дорожче, встановлюють їх зазвичай вноутбуки і компактні мультимедіа-центри. Останніми роками поширення набулизовнішні приводи, які можна підключати до включеного комп'ютера через «гарячі»порти USB, FireWire і eSATA. Зовнішні приводи вимагають джерело живлення.
Дорогіі якісні оптичні приводи випускає компанія Plextor. Виробник обіцяє довгийтермін служби і видатну швидкодію. Відмінно себе зарекомендувала компанія NEC.Деякі моделі виробника виявилися такими вдалими, що Інтернет наповнилиаматорські сайти, які описують навіть способи установки і переваги різнихпрошивок! Уваги заслуговують приводи компаній BENQ, Lite-On, НРі LG. Трохи здають позиції колишні лідери – Sony, Теас і ASUS [6].2.5.7Майбутнє сьогодні
Несекрет, що на прилавки вже приходить нове покоління оптичних дисків – Blu-ray(рис.2.24) і HD-DVD. Обидва стандарти стали логічним розвиткомDVD. Діаметр дисків і товщина залишилися такими ж – 120 мм і 1,2 мм. Не змінився і спосіб запису інформації – «піти» і «флети». Переваги – значнозбільшена місткість носіїв: 25 Гбайт для Blu-rау і 15 Гбайт для HD-DVD на одиншар. Нові формати стануть актуальними, як тільки користувачі перейдуть наHD-телевізори, що підтримують розподіл аж до 1920x1080. Тут вже всі огріхи іслабкості сучасних DVD (MPEG2) стануть помітні неозброєним оком [6].

2.5.8Оптичний принцип запису та зчитування інформації
Улазерних дисководах CD-ROM і DVD-ROM використовується оптичний принцип запису ізчитування інформації. В процесі запису інформації на лазерні диски длястворення ділянок поверхні з різними коефіцієнтами відбиття застосовуютьсярізні технології: від простого штампування до зміни здібності відбиванняділянок поверхні диска за допомогою потужного лазера. Інформація на лазерномудиску записується на одну спіралевидну доріжку (як на грамплатівці), що міститьділянки з різною здатністю відбиття. При дотриманні правил зберігання (уфутлярах у вертикальному положенні) і експлуатації (без нанесення подряпин ізабруднень) оптичні носії можуть зберігати інформацію протягом десятків років.
Впроцесі зчитування інформації з лазерних дисків промінь лазера в дисководіпадає на поверхню диска, що обертається, і відбивається. Оскільки поверхнялазерного диска має ділянки з різними коефіцієнтами відбиття, то відбитийпромінь також змінює свою інтенсивність (логічні 0 або 1). Потім відбитісвітлові імпульси перетворяться за допомогою фотоелементів в електричніімпульси і по магістралі передаються в оперативну пам'ять.2.5.9CD і DVD-ROM
Нацих накопичувачах використовується оптична система запису даних.Самдиск складається з дзеркальної поверхні, на якій є поглиблення. Дископромінюється лазером, і залежно від наявності або відсутності, фотодіодуловлює або не уловлює відбите світло (рис. 2.23). Таким чином формуютьсяодиниці і нулі.

/>
Рисунок2.23– Схема зчитування даних з диска
Таблиця2.2— Порівняльні характеристики CDта DVD дисківПараметри CD DVD Діаметр диска 120 мм 120 мм Товщина диска 1.2 мм 1.2 мм Структура диска Один шар Два шари по 0.6 мм Довжина хвилі лазера 708 нм 650 і 635 нм Числова апертура 0.45 0.60 Ширина доріжки 1.6 мкм 0.74 мкм
Довжина одиничного
 «поглиблення» 0.83 мкм 0.4 мкм «Шарів» даних 1 1 або 2 Ємність Близько 680 мегабайт При одному шарі даних: 2*4.7 Gb, при двох – 2*8.5Gb
Зрозуміло,що розміри «поглиблень» повинні бути порівнянні з довжиною хвилі лазера, щоб вповній мірі виявлялися корпускулярні властивості світла, а хвильові себепрактично не виявляли. Втім, це і виходить з таблиці 2.2.

2.5.10 ТехнологіяBlu-Ray – наступник DVD
Таквже повелося, що еволюція в галузі комп'ютерних технологій відбувається швидше,ніж в решті технічних галузей. І з часом проміжок часу, за який потужністькомп'ютера подвоюється, стає все менше і менше. До 1 ГГц процесори йшли 22роки, а до 2 ГГц – всього лише півтора. Об'єм вінчестера росте як на дріжджах,160-180 гігабайт – це вже повсякденність, адже зовсім недавно для досягненнятаких об'ємів конструювалися цілі RAID-масиви з десятків жорстких дисків.Мініатюризація, збільшення швидкодії, швидкості передачі даних, збільшеннящільності запису – ось що ми чуємо щодня, ось що з'являється щодня на сторінкахновин Інтернету. Об'єми, швидкості, частоти – все це подвоюється,почетверяється, подесятиряється і все це нікого вже не дивує. Але є галузь, вякій на тлі успіхів на інших фронтах до останнього часу панував, здавалося б,повний застій. Це галузь змінних носіїв інформації.
Дійсно,в цій галузі, як і двадцять років тому продовжує лідирувати старичок CD-ROM.Правда, за ці роки він підріс з 650 Мб до 700 Мб, а завдяки старанням TDKмісцями навіть і до 800 Мб, але, на жаль, в наше насичене інформацією століттятакі об'єми стають явно недостатніми. Таким довгим життям CD-ROM зобов'язанийне в останню чергу форматам стиснення звуку (MP3) і відео (MPEG4, DivX),завдяки яким в такий мізерний об'єм стало можливим втиснути величезні масивимузики і цілі фільми. Звичайно, якість страждає, але народ у нас невимогливий ізрештою все одно виходить якіснішим і довговічнішим за переписані аудіо тавідеокасети.
Останнімчасом вимогливіша публіка відкрила для себе DVD (digital versatile disc). Самеостаннім часом, хоча цьому формату налічується вже 8 років. Причин такогоповільного просування багато. Спочатку на ринку панував дикий різнобій форматівDVD. Якщо у випадку з CD компанія-винахідник SONY чітко дала специфікаціїданого пристрою, яких дотримувалися всі виробники, то у випадку з DVD вийшло зточністю навпаки – кожний з виробників пропонував свою версію DVD-привода, зрізним максимальним об'ємом носія, з різною механікою і навіть з різноюдовжиною хвилі зчитуючого лазера, що на початку частенько приводило доситуації, коли на DVD приводі з 10 дисків читалися тільки один-два. Нанаступному етапі розповсюдження DVD стримуючим чинником стала, прямо скажемо,безглузда спроба приборкати піратство за допомогою введення зон. За декількароків експансії DVD диски з різних зон настільки перемішалися між собою, щостало проблематичним знайти диски саме під свій дисковод. До того ж миттєво вмережі Інтернет з'явилися зламані прошивки DVD-приводів і спеціальні програми,що очищують лічильники програних дисків. Досвідчені користувачі вирішилипроблеми із зонами в обхід виробників, ну а недосвідчених ця проблема тількивідштовхнула від придбання DVD-привода. Не в останню чергу в повільномупросуванні DVD зіграли висока вартість дисків і їх відносна рідкість.
Алепоступово все стало налагоджуватися. Виробники самостійно стали зніматиобмеження на зони з своїх приводів. Так, наприклад, програма PowerDVDповідомила про один DVD-привод NEC, який недавно вийшов, що «данийпристрій має номери зон 1, 2, 3, 4, 5». Приводи сталі сумісні, з'явилосящось схоже на єдиний стандарт. DVD фільми з'явилися в широкому продажу, їх почалинавіть дублювати російській мовою. Ціна на диски впала. З'явилися піратськідиски, які склали цінову конкуренцію (на жаль, тільки цінову, про якістьговорити не доводиться) ліцензійним дискам. Користувачі, виявивши, щоDVD-приводи не набагато дорожче за CD-ROM стали поступово купляти даніпристрої. З'явилися DVD-приводи, що пишуть, але за шалені гроші і відразу вособі трьох несумісних між собою форматів: DVD-RAM (Panasonic), DVD-RW(Pioneer) і DVD+RW (Philips). Нарешті для DVD з’явилось світле майбутнє. Але цемайбутнє було стрімко перекреслено у лютому 2002 року синім променем –технологією Blu-Ray Disc.
Японія,Токіо, 19 лютого 2002… Представники дев'яти лідируючих високотехнологічнихкомпаній Sony, Matsushita (Panasonic), Samsung, LG, Philips, Thomson, Hitachi,Sharp і Pioneer на сумісній прес-конференції оголосили про створення івпровадження нового формату оптичних дисків великої місткості під назвоюBlu-Ray Disс, цим самим можливо підписавши смертний вирок DVD. Згіднооголошеної специфікації Blu-Ray Disс – перезаписуваний диск наступногопокоління із стандартним CD/DVD розміром 12 см з максимальною місткістю запису на один шар і одну сторону до 27 Гб.
НазватиBlu-Ray (рис. 2.24)принципово новим форматом не можна – це швидше еволюція формату DVD. Яквипливає з назви в Blu-Ray для запису і відтворення диска замість червоноголазера, який використовується в DVD і CD-ROM, застосований синій лазер(blue-violet laser). У синього лазера довжина хвилі складає 405 нанометрів(див. табл. 2.3), що значно менше довжини хвилі червоного лазера (650 нм).Менша довжина хвилі – відповідно менша інтерференція відбитого променя,відповідно можна зробити товщину доріжки даних тонше, що приводить до значногозбільшення місткості носія. Товщина доріжки у Blu-Ray диска в два рази менша,ніж у DVD. Єдино, що застерігає – той факт, що енергетика синього лазера вища,ніж у червоного, що повинно призводити до значного розігрівання поверхні диска.Мабуть, Blu-Ray приводи вимагатимуть потужного охолоджування.
/>
Рисунок2.24 – Диск Blu-Ray
ПокриттяBlu-Ray, на яке записуються дані (optical transmittance protection layer), дужетонке – 0.1 мм. З цього факту можна зробити 3 висновки. Перший – чим тоншийшар, тим менше розсіяння відбитого променя і більше даних можна вміщати наквадратний дюйм, тобто тонкий шар – це необхідність для досягнення великоїмісткості диска. Другий – настільки тонкий шар дозволить без проблем зробитидиск багатошаровим (хоча б двошаровим, як DVD), оскільки зменшується рефракціяпроменя, відбитого від глибшого шару. Третє – настільки тонкий шар легкопошкодити, отже Blu-Ray Disс вимагатиме захисту, тобто буде упакований впластикову оболонку, на зразок MiniDisk від Sony.
Останнійфакт, на жаль, говорить про те, що ціни на Blu-Ray приводи можливо будутьістотно вищі, ніж на DVD, оскільки, якби Blu-Ray Disc залишався б диском беззахисної оболонки, то виробники змогли б використовувати корпуси і механіку відDVD-приводів без переробки, змінивши лише лазер і мікросхему, що декодує, а такдоведеться починати практично з нуля. Можливий компромісний варіант, колиодносторонні диски відносно малої місткості (23-27 Гб) вироблятимуться безупаковки і будуть відповідні приводи, що мало відрізняються від DVD-приводів навигляд і за ціною, такі об'єми для домашніх мультимедійних комп'ютерів наперших порах більш ніж достатні, об'єм Blu-Ray диска в рази перевершує DVD, адля користувачів вельми важлива ціна. Споживачі голосують грошима, неважливо якоговони кольору, відповідно, чим менше буде початкова вартість Blu-Ray длядомашнього і мультимедійного сектора, тим швидше він набере популярність. Таксамо диски цього формату використовуватимуться для цифрових відеоплеєрів новогопокоління, що пишуть, оскільки на одному Blu-Ray Disc уміщається до 13 годинвідеоінформації якості VHS (MPEG-2 з bitrate 3.8Mbps) або ж 2 години відео вмодному зараз в Японії форматі HDTV (телебачення високої роздільної здатностідо 1600х1200х32bit MPEG-2 з bitrate від 8Mbps і вище).
Дляhi-tech установ, підприємств, систем управління, освітніх закладів і інших, депотрібні великі об'єми інформації, знадобляться більш ємні – двосторонні,двошарові (або багатошарові) Blu-Ray диски з місткістю від 100 Гб. Такі дискибудуть поміщені в прозорий картридж і будуть використовувати спеціальні Blu-Rayприводи, оснащені лазерами з різною довжиною хвилі (в межах синьої частиниспектру) для читання різних шарів. Перші прототипи 100 Гб дисків вже створені.Вони здаються зараз величезними з приводу об'єму інформації, але може вже внайближчому майбутньому це стане нормою, так само як швидко звикли довеличезного стрибка між 3,5’’ дискетою (1.44 Мб) і CD-ROM (650 Мб). Черездеякий час і домашній сектор стане одним із споживачів багатошарових Blu-rayдисків, коли впадуть спочатку високі ціни на приводи і носії інформації цьогоформату.
ТехнологіїBlu-Ray створювалися в першу чергу для запису, зберігання і відтворення відео іаудіо інформації, тобто в наявності сильна орієнтація у бік мультимедіа, хоча,зрозуміло, на Blu-Ray Disc можна записати і просто дані. Основними форматамизберігання відео, як і в DVD, є MPEG2, формати звуку, відповідно – AC3, MPEG1,MPEG Layer2. Для цифрових відеоплеєрів формату Blu-Ray декодуванняздійснюватиметься апаратно, для комп'ютерних приводів – програмно.
Неможна не згадати про високу швидкість пересилки даних, яка буде здійснена вBlu-Ray пристроях. Так, згідно специфікації, максимальна швидкість пересилкиданих між Blu-Ray приводом і цільовим пристроєм (MPEG-2 декодер або комп'ютер)досягатиме 36Mbps, що при величезних об'ємах носія дуже актуально. Такійшвидкості пересилки даних, повинна повною мірою відповідати швидкістьзчитування. На жаль, не вказується, яким чином буде досягнута така високашвидкість, оскільки якщо цей спосіб підвищення швидкості обертання диска, тобоюся, що Blu-Ray диски, що вибухнули, і опалені приводи вже не за горами, хібащо в гру вступить який-небудь невідомий чинник, наприклад новий складматеріалу, з якого робитимуться диски. Але тоді виникає питання сумісності зпопередніми поколіннями носіїв. Звичайно, можна додати логічні схеми, яківизначатимуть тип носія CD/DVD/Blu-Ray і відповідно міняти максимальнушвидкість обертання для кожного типа, але це приведе до подорожчання привода.Напрям до збільшення числа лазерів, що зчитують, як ми бачимо на прикладітехнології True-X, веде до вибухоподібного збільшення вартості привода.
Длязворотної сумісності з попередніми носіями інформації, а це обов'язкова умовамайбутньої популярності Blu-Ray, привод повинен мати хоча б два лазери –основний синій і додатковий червоний. Сумнівно, що диски для читання якихпотрібен червоний лазер, читатимуться синім. Багато чинників заважає, меншатовщина синього променя, інші відбивні властивості поверхні, грубіша структурасамого диска і т.д. В результаті знову вилка – обереш сумісність із старимиформатами – програєш в ціні, зате придбаєш прихильну увагу консервативних шарівсуспільства, відмовишся від сумісності – спростиш конструкцію, але відіб’єшпокупців, окрім найбільш радикально-hi-tech екстремальних. Для користувача цеозначає і те, що доведеться платити за кожний з приводів та п'ятидюймовий слот.Для відеоплеєрів ніяких вилок немає – сумісність з попередніми форматамипотрібна у будь-якому випадку, бібліотека DVD і Video CD фільмів вже дужевелика і ніхто не захоче відмовлятися від неї через примарну перспективуобіцяну Blu-Ray.
Нажаль, ті граблі, на які наступив свого часу DVD, нічому новий формат не навчили– в Blu-Ray включений захист від нелегального копіювання. На щастя, це будутьне зони, як раніше, а якийсь індивідуальний номер, який проставлятиметься навсіх записаних відео-дисках. Не зовсім ясно, для чого це робиться, але впрес-релізі гордо сказано, що «ця мітка здійснюватиме реальнийвисокоякісний захист авторських прав». Мабуть для того пристрою, на якомубув записаний диск, число відтворень буде не обмежено, а для інших – якесьчисло раз, те ж саме буде з легально придбаними фірмовими дисками, на якихнапевно стоятиме захист від запису і перезапису. Незрозуміла ситуація іззаписом даних – буде там ця мітка чи ні?
Підводячипідсумок вищесказаному. Переваги Blu-Ray Disc полягають не тільки у величезніймісткості, але і в тому, що його розробляли відразу дев'ять найбільшихелектронних корпорацій, які повинні застрахувати користувачів від проблемнесумісності приводів.
НедолікиBlu-Ray не очевидні і компенсуються перевагами. Це передбачувана висока цінаприводів і дисків і проблеми зворотної сумісності з попередніми носіямиінформації. Щодо ціни – ситуація повинна покращати після залучення сторонніхвиробників, які так само можливо допоможуть розібратися і з захистом відкопіювання, хоча навряд чи – дев'ять основних компаній зможуть наполягти надотриманні умови повної відповідності формату. А щодо сумісності – все залежитьвід масовості старту Blu-Ray, його розрекламованістю і майбутньою популярністю.Якщо Blu-Ray з'явиться на кожній машині (що маловірогідне, користувачі – народдуже консервативний), то, можливо, старі формати вимруть, як динозаври, іпідтримувати сумісність з ними немає ніякої потреби. На масовість старту дужесильно впливатиме ціна пристроїв, дисків і жорсткість ліцензійної політикидев'ятки виробників. Отже доля формату цілком в руках його творців. У кожної здев'яти компаній є величезний досвід за плечима, успіхи і провали, так щодавати поради їм безглуздо, а ось чи здатні вони вчитися на власних і чужихпомилках – покаже майбутнє, майбутнє формату Blu-Ray...
Таблиця2.3 – Характеристики Blu-rayЄмність носія 23.3 Гб / 25 Гб / 27 Гб / 50 Гб / 100 Гб Довжина хвилі лазера 405 nm (blue-violet laser) Апертура лінзи 0.85 NA (numerical aperture) Швидкість передачі даних 36 Mbps Діаметр диска 120 mm Товщина диска 1.2 mm (товщина оптично активного шару – 0.1 mm) Товщина трека 0.32 nm Мінімальна довжина точки 0.160/0.149/0.138 nm Щільність запису 16.8/18.0/19.5 Gbit/inch2 Формат запису відео MPEG2 video (для відеоплеєра), Формат запису аудіо
AC3, MPEG1, Layer2 (для відеоплеєра),
для комп’ютера – будь-які формати Розмір картриджа 129 x 131 x 7 mm 2.5.11Вік голографії
Технологіїоптичного запису CD, DVD, Blu-ray і HD-DVD по суті однакові. Кардинально новерішення пропонує компанія InPhase Thecnologies – спосіб голографічногозчитування і запису інформації за допомогою лазерів.
Головнаособливість – неймовірно висока щільність запису (515 Гбіт в 6,44 кв. см) іможливість використання носіїв будь-яких форм-факторів, хоч квадратних, хочкруглих. Чим товще диск – тим більше інформації він вміщає.
InPhaseTeсhnologies продемонструвала на виставці СЕ5 2006 привод PolyTopic, здатнийпрочитувати диск завтовшки 1,5 мм за допомогою 407-нм лазера. Швидкістьпередачі інформації варіюється від 20 Мбайт/с до 23xМбайт/с. Відкладати справи у довгий ящик компанія не має наміру – до кінця рокув продаж повинні поступити голографічні приводи і диски місткістю від 300 Гбайтдо 1,6 Тбайт. Коштувати привод буде близько 8000$.
Алемайбутнє оптики не безхмарне. Людство поступово переходить до зберіганняінформації в енергонезалежних мікросхемах пам'яті, які працюють швидко,захищені надійним корпусом і не вимагають багато енергії. Пристрої читання ізапису мікросхем пам'яті чудово працюють в умовах трясіння і вібрації, вмагнітних полях і при різних температурах. Тобто в умовах, де жорсткі диски іоптичні приводи не здатні працювати в принципі. Що стосується архівногозберігання інформації, то і до цього дня з своїм завданням непоганосправляються магнітострічкові накопичувачі і звичайні вінчестери. Тому цілкомможливо, що голографія так і не знайде практичного застосування. Ну а поки мипостежимо за битвою титанів – Blu-ray і HD-DVD [6]! 2.5.12Фізичний принцип роботи лазерного принтера
Середсучасної комп'ютерної периферії навряд чи знайдеться пристрій, що увібрав всебе більше технологічних досягнень, ніж лазерний принтер. Своєю назвою ціпринтери зобов'язані маленькому лазеру, що входить до їх складу (потужністю небільше декількох сот міліват). Лазер, що дає дуже вузький напрямлений пучокмонохромного випромінювання, використовується як найтонше перо, яким нафотобарабані малюється задане зображення.2.5.13Стисла історія розвитку лазерного принтера
Поштовхом до створення перших лазернихпринтерів послужила поява нової технології, розробленої фірмою Canon. Фахівцямицієї фірми, що спеціалізується на розробці копіювальної техніки, був створениймеханізм друку LBP-CX. Фірма Hewlett-Packard в співпраці з Canon приступила дорозробки контролерів, що забезпечують сумісність механізму друку зкомп'ютерними системами PC і UNIX. Принтер HP LaserJet вперше був представленийна початку 1980-х років. Спочатку конкуруючи з матричними принтерами, лазернийпринтер швидко завоював популярність у всьому світі. Інші компанії-розробникикопіювальної техніки незабаром наслідували приклад фірми Canon і приступили додосліджень у галузі створення лазерних принтерів. Toshiba, Ricoh і деякі інші,менш відомі компанії, теж були залучені до цього процесу. Проте успіхи фірмиCanon у галузі створення високошвидкісних механізмів друку і співпраця зHewlett-Packard дозволили їм досягти поставленої мети. В результаті на ринкулазерних принтерів модель LaserJet аж до 1987-88 років займала домінуючеположення. Наступною віхою в історії розвитку лазерного принтера з'явилосявикористання механізмів друку з більшою роздільною здатністю під керуваннямконтролерів, що забезпечують високий ступінь сумісності пристроїв. Іншоюважливою подією стала поява кольорових лазерних принтерів. Фірми XEROX іHewlett-Packard (далі скорочено звана HP) презентували нове поколінняпринтерів, які використовували мову опису сторінок PostScript Level 2, щопідтримує кольорове представлення зображення і що дозволяє підвищити якпродуктивність друку, так і точність передачі кольорів. Мова принтера PCL 6також підтримує розширені колірні можливості представлення зображень дляпринтерів серії HP Color LaserJet.2.5.14Формування зображення
Лазерні принтери формують зображенняшляхом позиціонування точок на папері (растровий метод). Спочатку сторінкаформується в пам’яті принтера і лише потім передається до механізму друку.Растрове представлення символів і графічних образів проводиться під керуваннямконтролера принтера. Кожен образ формується шляхом відповідного розташуванняточок в чарунках сітки або матриці, як на шахівниці.
Растрова технологія(рис. 2.25) значною мірою відрізняється відвекторної, яка використовувалась в пір’яних графічних пристроях. Привикористанні векторної технології зображення формується шляхом побудови ліній зоднієї точки в іншу.
/>

Рисунок 2.25– Растровий метод формування образу2.5.15Принцип дії
Лазерні принтери, що набули найбільшогопоширення, використовують технологію фотокопіювання, звану щеелектрофотографічною, яка полягає в точному позиціонуванні точки на сторінці задопомогою зміни електричного заряду на спеціальній плівці з фотопровідногонапівпровідника. Подібна технологія друку застосовується в ксероксах. Принтерифірм HP і QMS, наприклад, використовують механізм друку ксероксів фірми Canon.
Найважливішим конструктивним елементомлазерного принтера (рис. 2.26, 2.28)є фотобарабан, що обертається, за допомогою якого відбувається перенесеннязображення на папір. Фотобарабан є металевим циліндром, покритим тонкою плівкоюз фотопровідного напівпровідника (звичайно оксид цинку). По поверхні барабанарівномірно розподіляється статичний заряд за допомогою тонкого дроту або сітки,званої коронуючим дротом. На цей дріт подається висока напруга, що викликаєвиникнення навколо нього іонізованої ділянки, яка світиться, званою короною.
Лазер, керований мікроконтролером,генерує тонкий світловий промінь, який відбивається від дзеркала, що обертається.Цей промінь, потрапляючи на фотобарабан, засвічує на ньому елементарні ділянки(точки), і в результаті фотоелектричного ефекту в цих точках змінюєтьсяелектричний заряд.
/>

Рисунок 2.26– Функціональна схема лазерного принтера
Для деяких типів принтерів потенціалповерхні барабана зменшується від 900 до 200 В. Таким чином, на фотобарабанівиникає копія зображення у вигляді потенціального рельєфу.
На наступному робочому кроці задопомогою іншого барабана, званого девелопером (developer), на фотобарабан(рис. 2.27) наноситься тонер — найдрібнішийфарбувальний пил. Під дією статичного заряду дрібні частинки тонера легкопритягуються до поверхні барабана в точках, що зазнали експозиції, і формуютьна ньому зображення.
/>

Рисунок2.27– Створення копії зображення на фотобарабані
Аркуш паперу з лотка, що подає, задопомогою системи валиків переміщується до барабана. Потім аркушу надаєтьсястатичний заряд, протилежний за знаком заряду засвічених точок на барабані. Приконтакті паперу з барабаном частинки тонера з барабана переносяться(притягуються) на папір.
/>

Рисунок2.28–Узагальнена схема роботи лазерного принтера

Для фіксації тонера на папері аркушузнов надається заряд і він пропускається між двома роликами, що нагрівають йогодо температури приблизно 180 — 200 °С (якщо ви хоч раз ставили пиріг з солодкоюначинкою в духовку, то знаєте, як важко розділити пропечені компоненти). Після власнепроцесу друку барабан повністю розряджається, очищується від прилиплих частиноктонера і готовий для нового циклу друку. Описана послідовність дій відбуваєтьсядуже швидко і забезпечує високу якість друку.
У світлодіодному принтері(рис. 2.29) для засвічування барабана замістьлазерного променя, керованого за допомогою системи дзеркал, використовуєтьсянерухомий світлодіодний рядок (лінійка), що складається з 2500 світлодіодів,який формує не кожну точку зображення, а цілий рядок (рис. 2.29).На цьому принципі, наприклад, працюють лазерні принтери фірми OKI.
/>
Рисунок 2.29– Формування зображення за допомогою LED-технології 2.5.16Кольоровий друк
Під час друку на кольоровому лазерному принтерівикористовуються дві технології. Відповідно до першої, широко використовуваноїдо недавнього часу, на фотобарабані послідовно для кожного окремого кольору(Cyan, Magenta, Yellow, Black) формувалося відповідне зображення, і листдрукувався за чотири проходи (рис. 2.30), що позначалося на швидкості і якостідруку./> />
Рисунок2.30– Універсальна тестова таблиця
У сучасних моделях (наприклад, HP ColorLaserJet 5) в результаті чотирьох послідовних прогонів на фотобарабан наноситьсятонер кожного з чотирьох кольорів. Потім при контакті паперу з барабаном нанього переносяться всі чотири фарби одночасно, утворюючи потрібні поєднаннякольорів на відбитку.
В результаті досягається рівнішапередача колірних відтінків, майже така ж, як при друці на кольорових принтерахз термопереносом фарбника.
Відповідно в кольорових лазернихпринтерах використовуються чотири ємності для тонерів. Принтери цього класуобладнані великим об'ємом пам'яті, процесором і, як правило, власним вінчестером.На вінчестері містяться різноманітні шрифти і спеціальні програми, які керуютьроботою, контролюють стан і оптимізують продуктивність принтера. Кольоровілазерні принтери мають досить крупні габарити і велику масу.
Технологія процесу кольорового лазерногодруку вельми складна, тому і ціни на кольорові лазерні принтери ще дуже високі.2.5.17Основні характеристики лазерних принтерів
Лазерний принтер є складнимоптико-механічним пристроєм, який, незалежно від конструктивного виконання,характеризується великою кількістю різних параметрів. Із споживчої точки зорувсі параметри можна розбити на групи, що визначають:
— якість друку;
— швидкість друку;
— зручність в експлуатації;
— економічність роботи;
— додаткові можливості.2.5.18Фізичні процеси, що відбуваються при роботі копіювального апарату та лазерногопринтера
Уоснові роботи, як копіювального апарату, так і лазерного принтера лежить процессухої ксерографії (лат. xeros – сухий і graphos – писати). У свою чергу вінбазується на електростатичній фотографії.
Уоснові електростатичної фотографії лежить здатність деяких напівпровідниківзменшувати свій питомий опір під дією світла. Такі напівпровідники називаютьфотопровідниками і використовують для виготовлення фоторецепторів.
Основніхарактеристики фотопровідників наведені нижче:
1.Спектральна чутливість – характеризує здатність фотопровідника реагувати навипромінювання різних довжин хвиль. Жоден фотопровідник не може однаковореагувати на різні довжини хвиль. Деякі типи фоторецепторів слабко реагують наблакитний колір, який взагалі не відтворюється на копії, деякі слабко реагуютьна жовтий колір. У ідеалі фотопровідник повинен однаково добре передавати всікольори, проте звичайно цього не відбувається.
2.Фотоелектрична чутливість (швидкість формування зображення) – це величина, щохарактеризує швидкість зменшення заряду на фоторецепторі при освітленні йогосвітлом заданої інтенсивності. Чим менше залишкова величина заряду нафоторецепторі після його експонування, тим вище якість копії. Ця величина можезалежати від матеріалу, терміну експлуатації і стану провідника.
3.Швидкість темнової втрати – величина, що характеризує, як швидко фотопровідниквтрачає заряд в темноті. Це пов'язано з тим, що напівпровідник, з якоговиготовлений фоторецептор, хоч і набуває в темноті властивості діелектрика, алевсе таки не може зберігати заряд так довго, як це можуть робити діелектрики.
4.Втома матеріалу – це явище, що виникає при багатократному і частому експонуванніфоторецептора. Втома матеріалу може виникати і при засвіченні сонячним світлом(користувач витягнув картридж і залишив його на сонці барабаном до гори). Втомаматеріалу приводить до збільшення швидкості темнової втрати заряду, а в деякихвипадках навпаки до збереження заряду на поверхні після експонування.
5.Стійкість до зовнішніх впливів – ця характеристика визначає здатністьфотопровідника зберігати свої властивості якомога довше при механічномуконтакті з папером. Папір, при правильному використанні апарату, є найбільшважливим чинником природного зносу фоторецептора. Тому шорсткий папір,неправильно обрізаний і т.д. скорочує термін служби фоторецептора. Хоча сампапір практично не контактує з фоторецептором, проте жорсткі волокна паперу можутьпотрапляти під ніж ракеля. Крім того, термін його служби скорочують різніхімічні речовини, які можуть потрапити на нього з паперу або з іншого джерела,а також механічні пошкодження.
6.Кристалізація – процес перетворення атомів фотопровідника з аморфної структуриу впорядковану, кристалічну. При цьому фотопровідник втрачає свої властивості.Такий процес не можна зупинити, але можна уповільнити при правильномуповодженні з провідником.
7.Початковий потенціал – це потенціал на поверхні фоторецептора, при якомунакопичуваний заряд дорівнює заряду, що витікає в підкладку. Звичайнофоторецептор заряджають до потенціалу нижче за початковий, щоб уникнути йогопошкодження.
8.Залишковий потенціал – потенціал, який залишається на освітлених ділянкахфоторецептора після експонування. При експонуванні фоторецептор швидко втрачаєзаряд до певної величини, потім швидкість втрати заряду значно знижується.Високий залишковий потенціал сприяє притяганню частинок тонера на освітленіділянки, що приводить до фону на копії.
Ціхарактеристики фотопровідника ретельно аналізуються при виборі його якфоторецептора для копіювального апарату або принтера. 2.5.19Технологія виготовлення фоторецепторів
Фоторецепторизвичайно наносяться на алюмінієвий порожнистий циліндр. Як фоторецепторвикористовують або селен і його з'єднання, або органічні сполуки (підкладка).
Органічнийфоторецептор двошаровий. Перший шар – шар, в якому здійснюється перенесеннязаряду, під ним – шар, в якому генерується заряд. За ним йде тонкий шароксидної плівки, який запобігає витіканню заряду в підкладку. Підкладка –останній алюмінієвий шар.
Селеновийфоторецептор складається з «пасткового шару», що є природною оксидноюплівкою. Цей шар зменшує швидкість темнової втрати заряду. За ним йдефотопровідний шар, алюмінієва оксидна плівка і підкладка.
Існуєдва види фоторецепторів: стрічкові і циліндрові. Перші звичайновикористовуються в апаратах з дуже високою швидкістю, оскільки дозволяютьзабезпечувати вищу швидкість експонування.2.5.20Зарядка
Зарядкафоторецептора – це процес нанесення рівномірного заряду певної величини наповерхню фоторецептора. Зарядка проводиться коротроном. Існує декілька їхвидів, які ми розглянемо нижче.
Длязарядки на коротрон подається високий потенціал за допомогою високовольтногоблоку. Між коротроном і фоторецептором утворюється різниця потенціалів вдекілька кіловольт, що приводить до ударної іонізації повітря (коронний розряд)і іони накопичуються на поверхні фоторецептора. Частина електронів іззаземленої підкладки стікає на землю, при цьому в матеріалі підкладки, поблизумежі з фотопровідником виникає надмірний заряд, протилежний заряду на поверхніфоторецептора. Екран коротрона заземляють, щоб різниця потенціалів міжфоторецептором і коронним дротом не зменшувалася, оскільки ця різниця повиннаперевищувати порогову напругу корони (напруга, нижче за яку не виникає короннийрозряд). 2.5.21Види коротронів
Звичайнийкоротрон є тонким дротом із стійкого до окислення матеріалу, який натягнутий наметалевому екрані. При забрудненні або окисленні дроту відбувається погіршенняякості копії. При забрудненні екрана можливо проскакування іскри між екраном ікоротроном, що призводить до необоротного вигорання фоторецептора.
Скоротрон– зарядний пристрій, що дозволяє одержати більш рівномірний заряд поверхніфоторецептора. У ньому окрім дроту використовується сітка, на яку такожподається напруга.
Дікоротрон– дозволяє ще точніше регулювати величину заряду. Він складається з двохактивних елементів: коронода і екрана. На коронод подається змінна напругаблизько 5-6 кВ, а на екран – постійна 1-3 кВ. При цьому позитивні іонипереміщаються від коронода до екрана, а негативні – до фоторецептора.
Коротронє джерелом характерного запаху озону, що виходить з копіювального апарату підчас роботи. Слід зазначити, що при використанні хороших фільтрів і їхсвоєчасній заміні запах не відчувається. Зараз фірми-виробники переходять набезозонову технологію. 2.5.22Формування зображення
Післязарядки на фоторецептор подається зображення, яке в копіювальних апаратахосвітлюється потужним джерелом світла і проектується через систему дзеркал. Длязбільшення і зменшення зображення використовують об'єктив із змінною фокусноювідстанню. Швидкість барабана повинна бути узгоджена. Зображення з склаекспонування освітлюється лампою і через систему дзеркал проектується нафоторецептор. Ті місця на фоторецепторі, на які падає світло, втрачають свій потенціал.Таким чином, на фоторецепторі залишається малюнок оригіналу у виглядізаряджених ділянок. 2.5.23Експонування
Наетапі експонування на поверхні фоторецептора виходить приховане електростатичнезображення. Розглянемо цей процес детальніше.
Допочатку експонування поверхневий заряд фоторецептора утримується на місці зарахунок взаємодії із зарядом протилежного знаку, що знаходиться на межізаземленої підкладки і фоторецептора.
Допопадання світла на фотопровідний шар кількість вільних носіїв зарядів в ньомумала, а питомий опір – великий. Фактично електрони у фотопровіднику післязарядки зміщуються з рівноважного положення, але вони ще знаходяться в своїхмолекулах. Такий зсув позитивних і негативних зарядів в молекулі називаєтьсяполяризацією.
Розглянемоспрощену модель процесу, який відбувається при освітленні фоторецептора.Вважатимемо, що фоторецептор заряджений позитивним зарядом.
Припопаданні світла на фотопровідник в ньому відбувається генерація вільних носіївзаряду. Електрон тієї молекули, яка розташована ближче до поверхні шару,переміщується у напрямку до позитивного іону на поверхні. Це переміщеннянейтралізує частину позитивних іонів на поверхні. В той же час іон у верхньомушарі залишається позитивно зарядженим. Відсутність електронів в молекуліназивають «діркою». Тип провідності, при якому основними носіємзаряду є дірки, називають дірковою. При дірковій провідності відбуваєтьсяпереміщення електронів з одного атома в сусідній. Результатом цього є переміщенняпозитивних зарядів – дірок – в напрямі, протилежному руху електронів.
Післяпопадання світла на фоторецептор електростатичне поле на поверхніфотопровідника змінюється. Воно діє вже не між зарядом на поверхніфоторецептора і підкладкою, а між «верхньою» молекулою і підкладкою.
Електрони,що знаходяться знизу від «верхньої» молекули, негайно реагують напозитивний заряд і починають переміщуватися до «верхньої» молекули,щоб нейтралізувати частину заряду, що виник. Міграція електронів призводить дотого, що позитивний заряд від «верхньої» молекули переходить домолекули з наступного, «другого» шару молекул фотопровідника.
Прицьому електростатичне поле виникає між молекулою «другого» шару іпідкладкою. Дірка відповідно переміщається від «верхньої» молекули домолекули з «другого» шару. Процес повторюється до тих пір, поки діркане перейде до молекули фотопровідника, найближчої до підкладки. В цьому випадкуелектрони переміщаються від підкладки до фотопровідника, щоб нейтралізуватипозитивний заряд. 2.5.24Прояв
Прояв– це процес формування зображення на фоторецепторі тонером (рис. 2.31). Тонер є дрібнодисперсним порошком,частинки якого складаються з полімеру або гуми і фарбувальної речовини (длячорного тонера звичайно використовується сажа).
Можливідва варіанти прояву – однокомпонентний і двокомпонентний. Розглянемо спочаткудвокомпонентний спосіб.
Двокомпонентнийспосіб використовується тільки у разі негативної зарядки фоторецептора.
Тонерз бункера через спеціальний дозуючий пристрій подається в бункер з носієм.Носій (девелопер) є частинками магнітного матеріалу, покритого полімером.
Прилипаннятонера до носія відбувається за рахунок трибоелектризації (електризаціїтертям). В процесі тертя частинки тонера і носія набувають різних зарядів ітонер рівномірно покриває носій.
Носійв свою чергу прилипає до магнітного валу, який є порожнистим з постійнимимагнітами всередині. Вал, покритий носієм з тонером, входить в безпосереднійконтакт з фоторецептором, внаслідок чого частинки тонера, що мають заряд,протилежний заряду фоторецептора, притягуються до його заряджених ділянок.
Чистийносій із залишками тонера знов потрапляє в бункер. Носій знов змішується зтонером і потрапляє на магнітний вал. Сам носій не витрачається в процесіпрояву. Проте в результаті тертя носій втрачає полімерний шар, що приводить дойого нездатності притягати тонер. Крім того, такий носій може викликатимеханічне пошкодження фоторецептора.
Длятого, щоб тонер не переносився на слабкозаряджені ділянки фоторецептора, намагнітний вал подається напруга зсуву близько 100-500 В, знак якої співпадає іззнаком заряду на фоторецепторі. За рахунок цього сила тяжіння тонера до валузбільшується, і тонер не переноситься на слабкозаряджені ділянки. Регулюючивеличину напруги зсуву можна регулювати насиченість копії, наприклад длястворення хорошої копії з поганого оригіналу. Сучасні апарати звичайно самідосить добре регулюють якість копії, практично не вимагаючи втручанняоператора.
Однокомпонентнийпрояв звичайно використовується в апаратах малого класу і лазерних принтерах. Вцьому випадку потрібен тонер іншого складу. Звичайно такий тонер коштуєдорожче. Однокомпонентний прояв не передбачає наявність носія. В цьому випадкутонер виготовляється із суміші частинок магнітного матеріалу, полімеру іфарбника.
Збункера тонер потрапляє на магнітний вал. Над валом, на виході з бункерарозташовується заряджаюче лезо (ракель), яке виконує дві функції:
— регулює кількість тонера на валу;
— заряджає частинки тонера.
Тертячастинок тонера об лезо приводить до зарядки тонера знаком, протилежним знакузаряду фоторецептора.
Перенесеннятонера з валу на фоторецептор здійснюється за допомогою напруги зсуву, щоприкладається до магнітного валу. В даному випадку напруга зсуву є змінноюнапругою з постійною складовою, яка по знаку відповідає знаку зарядуфоторецептора. Під час періоду, із знаком, протилежним знаку зарядуфоторецептора тонер переноситься на фоторецептор, під час періоду, із знаком,відповідним знаку заряду фоторецептора тонер з фонових ділянок повертається намагнітний вал.
Регулюванняякості копій відбувається за рахунок зміни постійної складової.
Слідвідзначити, що в двокомпонентній системі прояву набагато складніше досягтирівномірної заливки чорним кольором. Це пов'язано з тим, що носій не встигаєприйняти досить тонера. Ця проблема розв'язується використанням двох або трьохвалів, що обертаються в різні боки. Проте така конструкція збільшує вартістьапарату.
/>
/>
 
 
 
Рисунок 2.31– Фотографії тонера, значнозбільшені 2.5.25Перенесення
Процесперенесення – процес, при якому тонер переноситься на папір. Папір проходитьміж коротроном перенесення і фоторецептором, на якому знаходиться тонерниймалюнок. Коротрон перенесення надає паперу заряд, відповідний зарядуфоторецептора. У підкладці фоторецептора існує заряд, за знаком протилежний дозаряду паперу. За рахунок цього папір притягується до фоторецептора.
Длятого, щоб тонер переносився на папір, сила тяжіння між ним і тонером повиннабути більша за силу тяжіння між тонером і фоторецептором. Не весь тонерпереноситься на папір. Тому його залишки видаляються в процесі очищенняфоторецептора.
Дляполіпшення якості зображення і зменшення витрат тонера в деяких апаратахздійснюється попереднє перенесення, в процесі якого послаблюється зарядфоторецептора. Для цього або фоторецептор заздалегідь освітлюється, або накоротрон перенесення подається змінна напруга. 2.5.26Відділення
Відділенняпаперу від фоторецептора здійснюється як механічним, так і електричнимспособом.
Упершому випадку використовуються або пальці відділення, що знаходяться вбезпосередній близькості до фоторецептора, або ремінці, що встановлюються зодного краю фоторецептора. Кромка паперу ковзає ремінцем і потім легковідділяється від фоторецептора.
Удругому випадку використовується коротрон відділення, що звичайновикористовується спільно з механічними засобами. Для відділення паперу відфоторецептора на коротрон відділення подається змінна напруга. Він генеруєпозитивні і негативні іони. Частина з них ослаблює силу тяжіння паперу дофоторецептора, а частина – забезпечує прилипання тонера до паперу. 2.5.27Закріплення
Післяперенесення копія вже практично готова. Але зображення, одержане на папері,може бути стерто практично будь-якою механічною дією (наприклад, легкимтертям). Звичайно така копія не придатна для практичного використання. Длязбільшення зчеплення тонера з папером використовується механізм закріплення.
Існуєдекілька способів закріплення. Найбільш поширений – це термомеханічний спосіб,при якому копія піддається нагріву і механічному притиску.
Механізмзакріплення носить назву ф’юзер (піч). Механізм складається з тефлонового валу,що нагрівається, з кварцовою лампою всередині, і гумового притискного валу.Іноді замість тефлонового валу встановлюється спеціальний керамічнийтермоелемент, який відділяється від паперу термоплівкою. Такі копіри маютьменший термін прогрівання і менше енергоспоживання, проте термоплівка здатназробити значно меншу кількість копій і пошкодити її значно легше при неправильномувитяганні паперу.
Участині апаратів для валу, що нагрівається, передбачене силіконове мастило. Цедозволяє уникнути прилипання тонера до валика. Крім того, можевикористовуватися спеціальний рушник, для видалення залишків тонера або іншогобруду, що прилип до валу. Для відділення паперу від валу застосовуються пальцівідділення.2.5.28Очищення
Очищення– це процес видалення залишків тонера з фоторецептора після перенесення напапір.
Безпосередньоперед очищенням може використовуватися передочищення за допомогою засвіченняфоторецептора або коротрона передочищення, який генерує позитивні і негативнііони.
Частинкитонера, що залишилися, видаляються за допомогою ножа ракеля, що знаходиться вбезпосередньому контакті з фоторецептором. Ракель виготовляється і точнопозиціонується щодо фоторецептора, для того, щоб не пошкодити його.Відпрацьований тонер потрапляє в бункер відпрацювання.
Повторнейого використання не рекомендується, оскільки тонер злипається і забруднюється.
Можливетакож видалення тонера м'якою щіткою, усередині якої встановлюється системавакуумного відкачування.
Останнійетап очищення – це видалення залишкового заряду, яке здійснюється за допомогоюабо джерела світла, або коротрона, знак напруги якого протилежний знаку зарядуфоторецептора.
Принципдії лазерного принтера дещо відрізняється від принципів роботи копіювальногоапарату(рис. 2.32). Джерелом світла тут є лазер, якийзменшує потенціал в певних ділянках фоторецептора (рис. 2.33).При цьому фонові ділянки фоторецептора залишаються зарядженими. Тонерзаряджається протилежним зарядом.
/>

Рисунок2.32 – Загальна схема процесукопіювання
Прицьому фонові ділянки фоторецептора залишаються зарядженими. Тонер заряджаєтьсяпротилежним зарядом. При контакті тонер притягується підкладкою в ділянки знизьким потенціалом, пробиті лазером.
Лазернезасвічення здійснюється наступним чином: лазерна гармата світить на дзеркало,яке обертається з високою швидкістю. Відбитий промінь через систему дзеркал і призмупотрапляє на барабан і за рахунок повороту дзеркала вибиває заряди по всійдовжині барабана. Потім відбувається поворот барабана на один крок (цей кроквимірюється в долях дюйма і саме він визначає роздільну здатність принтера завертикаллю) і викреслюється нова лінія. У деяких принтерах окрім поворотубарабана використовується поворот дзеркала по вертикалі, яке дозволяє на одномукроці повороту барабана викреслити два ряди точок. Зокрема перші принтери зроздільною здатністю 1200 dpi використовували саме цей принцип.
Швидкістьобертання дзеркала дуже висока. Вона складає близько 7-15 тис. об./хв. Длятого, щоб збільшити швидкість друку, не збільшуючи швидкість дзеркала, йоговиконують у вигляді багатогранної призми.
/>

Рисунок2.33 Схема промальовування лазерним променем
Нарис. 2.33промені чорного і червоного кольору відповідають різним положенням дзеркала. Умомент А дзеркало повернене під одним кутом (червоне положення дзеркала). Унаступний момент часу, що відповідає частоті лазера, дзеркало повертається ізаймає чорне положення. Відбитий промінь попадає вже в іншу точкуфоторецептора. В реальності існують ще додаткові дзеркала, призми і світловоди,що відповідають за фокусування і зміну напряму променя.
/>

Рисунок2.34– Лазерна технологія друку

Лазерніпринтери(рис. 2.34) окрім механічної частини включаютьдостатньо серйозну електроніку. Зокрема на принтерах встановлюється пам'ятьвеликого об'єму, для того, щоб не завантажувати комп'ютер і зберігати завданняв пам'яті. На деякі принтери встановлюються вінчестери. Електронна начинкапринтера також містить різні мови опису даних (Adobe PostScript, PCL і тощо.).Ці мови знову ж таки призначені для того, щоб забрати частину роботи укомп'ютера і передати її принтеру.
Розглянемофізичний принцип дії окремих компонентів лазерного принтера.2.5.29Фотобарабан
Яквже писалося вище, найважливішим конструктивним елементом лазерного принтера єфотобарабан, що обертається, за допомогою якого проводиться перенесеннязображення на папір. Фотобарабан є металевим циліндром, покритим тонкою плівкоюз фотопровідного напівпровідника (звичайно оксид цинку). По поверхні барабанарівномірно розподіляється статичний заряд за допомогою тонкого дроту або сітки,званої коронуючим дротом. Про теорію напівпровідників можна прочитати в додаткуА. 2.5.30 Лазер
Лазер– квантовий генератор, джерело потужного оптичного випромінювання.Випромінювання надмірної енергії збуджених атомів виникає за рахунок зовнішньоїдії.
Лазервідрізняється від звичайних джерел світла (наприклад, лампи з вольфрамовоюниткою) двома важливими властивостями випромінювання. По-перше, вонокогерентно, тобто піки і провали всіх його хвиль з'являються погоджено, і цяузгодженість залишається незмінною протягом достатньо тривалого часу. Всізвичайні джерела світла емітують некогерентне випромінювання, в якому немаєузгодженості між піками і провалами різних хвиль. У некогерентному процесісвітлові хвилі випромінюються незалежно один від одного, енергіявипромінюваного пучка розсіюється у просторі і швидко убуває у міру віддаленнявід джерела. При когерентному випромінюванні хвилі випускаються не хаотично іможуть підсилювати одна одну. Промені лазерного пучка майже паралельні міжсобою, тому він майже не розходиться навіть на великих відстанях відвипромінювача. Так, лазерний пучок діаметром 30 см направили на Місяць, і він утворив на його поверхні світлову пляму діаметром всього 3 км (до Місяця близько 386 000 км; на такій відстані світло від звичайного джерела дало б плямудіаметром 402 000 км). Друга особливість лазерного випромінювання –монохромність; це означає, що від конкретного лазера виходять хвилі однієї ітієї ж довжини. В світлі майже всіх існуючих джерел звичайно присутні всідовжини хвиль видимого спектру і відповідно всі кольори, тому таке світло намздається білим. Лише небагато традиційних джерел (наприклад, лампи низькоготиску, наповнені розрідженими парами натрію) світять майже монохромно, але їхвипромінювання некогерентне і малоінтенсивне.
Щобстворити лазер – джерело когерентного світла – необхідно:
— робоча речовина з інверсною населеністю. Тільки тоді можна одержати посиленнясвітла за рахунок вимушених переходів;
— робочу речовину слід помістити між дзеркалами, які здійснюють зворотнийзв'язок;
— посилення, що дається робочою речовиною, а значить, число збуджених атомів абомолекул в робочій речовині, повинне бути більше порогового значення, якезалежить від коефіцієнта віддзеркалення напівпрозорого дзеркала.
Світло– особлива форма рухомої матерії. Воно виткане з окремих згустків, щоіменуються квантами. Атоми будь-якої речовини, випромінюючи (або поглинаючи)світло, випускають (або захоплюють) тільки цілісні кванти; у таких процесах(якщо немає якихось особливих умов) атоми не взаємодіють з частками квантів.Довжина хвилі (отже, колір) випромінювання визначається енергією його кванта.Атоми, однакові за своєю природою, випромінюють або поглинають кванти лишеконкретної довжини хвилі. Це наочно виявляється в свіченні газорозрядних ламп зоднорідним наповненням (наприклад, неоном), які використовуються в декоративнійілюмінації і рекламі. Коли атом випромінює квант світла, він витрачає енергію;поглинаючи квант світла, атом набуває додаткової енергії. Оскільки енергіяпереноситься до атома і від нього порційно, то і сам атом може перебувати лишев одному з дискретних енергетичних станів – або в основному (з мінімальноюенергією), або в якомусь із збуджених. Атом, що знаходиться в основному стані,при поглинанні кванта світла переходить в збуджений стан; при випромінюваннікванта світла все відбувається навпаки. Чим більше квантів поблизу атомів, тимбільше і тих атомів, які здійснюють подібні переходи – з підвищенням абопониженням енергії. (Світло своєю присутністю вимушує атоми брати участь венергетичних переходах, тому такі процеси називають вимушеними – вимушенепоглинання і вимушене випромінювання.) При вимушеному поглинанні число квантівзменшується і інтенсивність світла убуває, а енергія атомів зростає. Якщо деякакількість атомів, потрапивши в освітлення, вимушено випромінює сумарно більше,ніж вимушено поглинає, то виникає лазерний ефект – посилення світла вимушенимвипромінюванням (даної множини атомів). Лазерна генерація може виникнути тількив тій множині мікрочастинок, де збуджених атомів більше, ніж незбуджених. Отже,таку множину атомів треба наперед підготувати, тобто заздалегідь накачати донеї додаткову енергію, черпаючи її від якого-небудь зовнішнього джерела; цяоперація так і називається – накачування. Типи лазерів розрізняються восновному за видами накачування. Накачуванням можуть служити:
— електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі, що відрізняється від лазерної;
— електричний струм;
— пучокрелятивістських (надзвичайно швидких) електронів;
— електричний розряд;
— хімічнареакція в придатному для генерації середовищі.
Рисунки2.35 і 2.36 пояснюють дію рубінового лазера.Посріблені торці циліндрового стрижня з штучного рубіна служать дзеркалами.Одне з них покрите менш щільним шаром срібла, тому воно напівпрозоре і крізьнього випромінюється лазерне світло. Рубін – кристал, що складається з окислуалюмінію з домішками окислу хрому. Атоми алюмінію і кисню не відіграютьвизначальної ролі в лазерній генерації; головні енергетичні переходиреалізуються в хромі. При збудженні атоми хрому переходять з основного стану наодин з двох рівнів збудження, позначених F1 і F2 (рис. 2.36).
/>
Рисунок2.35– Рубіновий лазер: 1 – посріблений торець стрижня (глухе дзеркало); 2 –рубіновий стрижень; 3 – рідина, що охолоджує; 4 – газорозрядна лампанакачування; 5 – кожух (трубка) охолодження; 6 – слабо посріблений торець стрижня(напівпрозоре дзеркало)
Рубіновийлазер – вдосконалена схема конструкції Т.Меймана (1960). Основні його елементи– циліндричний рубіновий стрижень з плоскими посрібленими торцями, кожухохолоджування (його не було в пристрої Меймана) і газорозрядна лампа накачування.

/>
Рисунок2.36 – Дія лазера
Діялазера починається із збудження атомів хрому і їх переходів на енергетичнірівні F1 і F2. Потім кожен збуджений атом спонтанно (мимоволі, тобтоневимушено) випромінює квант (нелазерного випромінювання) і, втративши частинусвоєї енергії, переходить на метастабільний рівень E. Далі, під впливом кванта,що вимушує, з лазерною довжиною хвилі (такі кванти є у випромінюванні лампинакачування) атом випромінює ще один такий же квант, узгоджений за фазою з тим,що вимушує, і переходить на свій основний енергетичний рівень.
Рівнідосить широкі, і атоми хрому збуджуються багатьма довжинами хвиль світланакачування. Проте унаслідок нестабільності вони миттєво покидають рівні F іпереходять на нижчий рівень E; при цих переходах випромінювання невідбувається, а енергія, що вивільняється, передається кристалічній решітціокислу алюмінію, де і розсіюється у формі теплових втрат. Проте з рівня E атомхрому випромінює вимушено і переходить внаслідок цього на основний рівень.Кванти, емітовані атомами хрому, багато разів відбиваються між посрібленимидзеркалами рубінового стрижня і на своєму шляху вимушують багато збудженихатомів випускати такі ж кванти; процес наростає лавиноподібно і закінчуєтьсяімпульсом лазерного світла. Напівпрозоре дзеркало повинне добре віддзеркалюватилазерне випромінювання, щоб забезпечити необхідну інтенсивність його частки, щовимушує, але одночасно і більше пропускати його на вихід; звичайно його коефіцієнтвіддзеркалення – десь 80 %. При вимушеному випромінюванні атом хрому перебуваєна збудженому рівні E не більше /> с а привимушеному – в 10 тисяч разів довше (/> с).Тому у лазерного світла досить часу, щоб викликати вимушене випромінюваннявеличезного числа збуджених атомів активного середовища.
Лазерневипромінювання реалізоване в багатьох активних середовищах – твердих тілах,рідинах і газах.
Типи лазерів:
— твердотільні лазери з оптичним накачуванням;
— газові лазери;
— хімічні лазери;
— напівпровідникові лазери;
— лазери на фарбниках.
Улазерному принтері використовується напівпровідниковий лазер.2.5.31Напівпровідникові лазери
Якщокрізь напівпровідникову структуру транзисторного типу пропускати електричнийструм, то можна домогтися лазерного ефекту. Габарити і вихідна потужністьнапівпровідникових лазерів малі, але їх ККД високий. Такі лазери роблять восновному на арсеніді або алюмоарсеніді галію; застосовують їх головним чином всистемах зв'язку.
Підвпливом світла (у лазерних принтерах джерелом високочастотного когерентноговипромінювання є лазер) освітлені ділянки шару напівпровідника на фотобарабанізменшують електропровідність і різниця потенціалів між зовнішньою і внутрішньоюповерхнями шару також зменшується. На неосвітлених ділянках шару зменшеннязарядів не відбувається. Відомо, що кількість стікаючого заряду пропорційнападаючому світлу. Таким чином, при експонуванні на шарі напівпровідникаутворюється приховане електростатичне зображення.

3 РЕКОМЕНДАЦІЇ В ЯКИХКЛАСАХ ТА ПРИ ВИВЧЕНІ ЯКИХ РОЗДІЛІВ ФІЗИКИ МОЖНА ВИКОРИСТОВУВАТИ ПІДІБРАНИЙМАТЕРІАЛ
Таблиця3.1 – Теми нової навчальної програми з фізики до яких відносяться розділи тапідрозділи позаурочних занятьКлас Тема № Розділу і підрозділу 10 «Рідкі кристали та їх властивості», «Люмінесценція»
2.1 Дисплеї
2.1.1 Дисплей електронно- променевий
2.1.2 Дисплей плоский 11 «Власна і домішкова провідність напівпровідників», «Застосування напівпровідникових приладів»
2.2 Процесори
2.2.1 Техпроцес
2.2.2 Розмір КЕШа
2.2.3 Тактова частота
2.2.4 Два ядра і Hyper-Treading
2.2.5 NX/XD-BIT. Набори інструкцій
2.2.6 Вибір процесора
2.3 Флеш-пам’ять
2.3.1 Що таке flash-пам'ять?
2.3.2 ROM
2.3.3 NVRWM: EPROM
2.3.4 Організація flash-пам'яті
2.3.5 Загальний принцип роботи елемента флеш-пам’яті
2.3.6 Багаторівневі елементи (MLC – Multi Level Cell) 11 «Магнітний запис інформації»
2.4 Магнітний запис інформації
2.4.1 4,4 Мегабайта вагою в тонну
2.4.2 Механіка HDD
2.4.3 Електроніка HDD
2.4.4 Різноманітність видів HDD
2.4.5 Гучні імена виробників HDD
2.4.6 Перпендикулярні перспективи
2.4.7 SSD проти HDD
2.4.8 Перпендикулярний Hitachi 11 «Квантові генератори та їх застосування»
2.5 Прилади, в яких використовується лазер
2.5.1 Мирний лазер 11 «Квантові генератори та їх застосування»
2.5.2 Як все починалося
2.5.3 Історія невидимки
2.5.4 Компакт-диск
2.5.5 Усередині оптичного привода
2.5.6 Вибираємо привод
2.5.7 Майбутнє сьогодні
2.5.8 Оптичний принцип запису та зчитування інформації
2.5.9 CD і DVD-ROM/>2.5.10 Технологія Blu-Ray – наступник DVD
2.5.10 Технологія Blu-Ray – наступник DVD
2.5.11 Вік голографії
2.5.12 Фізичний принцип роботи лазерного принтера
2.5.13 Стисла історія розвитку лазерного принтера
2.5.14 Формування зображення
2.5.15 Принцип дії
2.5.16 Кольоровий друк
2.5.17 Основні характеристики лазерних принтерів
2.5.18 Фізичні процеси
2.5.19 Технологія виготовлення фоторецепторів
2.5.20 Зарядка
2.5.21 Види коротронів
2.5.22 Формування зображення
2.5.23 Експонування
2.5.24 Прояв
2.5.25 Перенесення
2.5.26 Відділення
2.5.27 Закріплення
2.5.28 Очищення
2.5.29 Фотобарабан
2.5.30 Лазер
2.5.31 Напівпровідникові лазери /> /> /> /> /> Данийкурс факультативу можна розбити на 10 занять, як показано у табл. 3.2. Кожнезаняття за часом займає дві години з 15-ти хвилинною перервою та проводитьсяодин раз за два тижня. Враховуючи те, що тема основного курсу з фізики, якавідповідає першому розділу факультативного курсу, починається приблизно ужовтні, то з урахуванням святкових днів, даний курс закінчується на початкуберезня.Таблиця3.2 – План позаурочних занять № Заняття № Розділів та підрозділів факультативного курсу 1 2.1, 2.1.1, 2.1.2 2 2.2, 2.2.1, 2.2.2, 2.2.3, 2.2.4, 2.2.5, 2.2.6 3 2.3, 2.3.1, 2.3.2, 2.3.3 4 2.3.4, 2.3.5, 2.3.6 5 2.4, 2.4.1, 2.4.2 6 2.4.3, 2.4.4, 2.4.5, 2.4.6, 2.4.7, 2.4.8 7 2.5, 2.5.1, 2.5.2, 2.5.3, 2.5.4 8 2.5.5, 2.5.6, 2.5.7, 2.5.8, 2.5.9, 2.5.10, 2.5.10, 2.5.11 9 2.5.12, 2.5.13, 2.5.14, 2.5.15, 2.5.16, 2.5.17 10 2.5.18, 2.5.19, 2.5.20, 2.5.21, 2.5.22, 2.5.23, 2.5.24, 2.5.25, 2.5.26, 2.5.27, 2.5.28, 2.5.29, 2.5.30, 2.5.31
ВИСНОВКИ
Результатироботи полягають у наступному:
1.        Вдалось з’ясувати переваги та недолікирізних форм позакласної роботи. Найпродуктивнішим та досконалим виявилосьпроведення факультативних занять з фізики у школі.
2.        Був знайдений матеріал про сучаснітехнології, які можна використовувати на позаурочних заняттях з фізики.
3.        Розроблено елементи методичногопосібника для проведення позаурочних курсів з фізики, який містить цікавіматеріали про сучасні технології, які використовуються в комп’ютерній техніці.
СПИСОКВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1.        Вахольский Б.М. Факультативные занятия «Основы электроники» встарших классах средней школы / Б.М. Вахольский, Г.И. Рах. – Ростов-на-Дону:Редакционно-издательский совет Ростовского-на-Дону (головного) государственногопедагогического института, 1973. – 143 с.
2.        Внеурочная работа по физике / О.Ф. Кабардин, Э.М. Браверман, Г.Р.Глущенко и др.; Под ред. О.Ф. Кабардина. – М.: Просвещение, 1983. – 223 с.
3.        Колесниченко О. Лазерные принтеры. Взгляд на принтер изнутри.Технология лазерной печати / О. Колесниченко, М. Шарыгин, И. Шишигин // Техникамолодежи. – 2004. – № 6. – С. 42 – 74.
4.        Ланина И.Я. Внеклассная работа по физике / И.Я. Ланина. – М.:Просвещение, 1977. – 224 с.
5.        Ланина И.Я. Не уроком единым. Развитие интереса к физике / И.Я.Ланина. – М.: Просвещение, 1991. – 223 с.
6.        Талан А.В. Все блины комом. Разбираем жесткий диск по полочкам /А.В. Талан // Лучшие компьютерные игры. – 2006. – №56. – С. 202-204.
7.        Талан А.В. Мирный лазер / А.В. Талан // Лучшие компьютерные игры.– 2006. – №57. – С. 208-210.
8.        http://www.ixbt.com/storage.shtml – 15.11.2008.
9.        http://www.krugosvet.ru; ОнлайнЕнциклопедія. –19.11.2008.
10.      http://microlux.bsolution.net – 21.03.2009.
11.      http://www.pctechguide.com – 25.03.2009.