Podzespoły graficzne

Tekst, grafika oraz inne rodzaje wyników są oglądane na monitorze. Interfejs pomiędzy komputerem i monitorem stanowi karta graficzna. Poniżej omówiono następujące tematy:

• monitory/ urządzenia wyświetlające,

• karty graficzne.

Monitory/urządzenia wyświetlające

Komputery są zazwyczaj podłączone do urządzeń wyświetlających, zwanych również monitorami. Monitor to urządzenie współpracujące z zainstalowaną kartą graficzną przed­stawia wyniki działania komputera. Przejrzystość obrazu monitorów CRT wynika z kilku czynników, które są opisane w dalszej części.

Monitor jest przedstawiony na rysunku 2.18. Monitory są dostępne w różnych rodza­jach i rozmiarach, mają też różne charakterystyki. Kupując nowy komputer, możesz osob­no kupić monitor.

Rysunek 2.18. Monitor HP

Zrozumienie charakterystyki dobrego monitora może pomóc określić, jaki monitor jest najlepszy do danych zastosowań. Poniższe terminy odnoszą się do monitorów:

• Piksele - składniki obrazu. Obraz na ekranie składa się z pikseli czyli małych kropek.
  Piksele są ułożone w rzędy. Każdy piksel składa się z trzech kolorów: czerwonego,
  zielonego i niebieskiego (RGB).

• Plamka - miara odległości między sąsiednimi pikselami na ekranie. Im mniejsza
  plamka, tym lepszy obraz. Większość nowych monitorów ma plamkę o rozmiarze

0,25 mm, a niektóre nawet 0,22 mm, co pozwala osiągnąć znakomitą rozdzielczość i doskonały obraz.

• Częstotliwość odświeżania - miara tego, jak często obraz jest odświeżany. Jednostką
  częstotliwości jest herc (Hz), czyli liczab cykli na sekundę. Im wyższa częstotliwość
  odświeżania, tym bardziej stabilny obraz. Obraz powinien wyglądać na stabilny, ale
  w rzeczywistości miga za każdym razem, gdy strumień elektronów oświetla
  maskownicę. Częstotliwość odświeżania jest również zwana częstotliwością poziomą
  lub częstotliwością odświeżania poziomego.

• Głębia kolorów - miara liczby różnych kolorów, które każdy piksel może wyświetlić,
  wyrażona w bitach. Im większa głębia, tym więcej kolorów może być wyświetlonych.

• Pamięć wideo RAM (VRAM) - rozmiar pamięci w karcie graficznej. Im więcej karta
  ma pamięci VRAM, tym więcej kolorów może wyświetlić. Karta graficzna wysyła
  również sygnał odświeżania kontrolując częstotliwość odświeżania.

• Rozdzielczość - zależy od liczby pikseli. Im więcej pikseli na ekranie, tym lepsza
  rozdzielczość. Wyższa rozdzielczość oznacza ostrzejszy obraz. Najniższą dostępną
  rozdzielczością w nowych komputerach jest 640x80 pikseli, określane jako tryb VGA
  (Video Graphic Array). Występują również inne tryby: SVGA (Super Video Graphic
  Array) oraz XGA (eXtended Graphic Array) o rozdzielczościach do 1600x1200
  pikseli (patrz tabela 2.13).

• Rozmiar ekranu monitora - mierzony w calach. Najczęściej stosowane ekrany
  o rozmiarach 14, 15, 17, 19, i 21 calowe ekrany, mierzone po przekątnej. Rozmiar
  widzialnego ekran jest jednak mniejszy z powodu otaczającej ekran maskownicy.
  Pamiętaj o tym podczas zakupu monitora komputerowego.

• Kolory wyświetlane - kolory te są tworzone przez zmianę natężenia światła trzech
  kolorów podstawowych. Kolory 24- i 32-bitowe są zazwyczaj wybierane przez
  artystów grafików i fotografów. Dla większości pozostałych programów 16 bitowy
  kolor jest wystarczający. Poniżej przedstawiono zestawienie najczęściej występujących
  głębi kolorów:

• 256 kolorów: 8-bitowy kolor.

• 65 536 kolorów: 16-bitowy kolor, zwany również 65K lub High Color.

• 16 milionów kolorów: 24-bitowy kolor, zwany również TrueColor.

• 4 miliardy kolorów: 32-bitowy kolor, zwany również TrueColor.

Aby uzyskać wysoką rozdzielczość i wysoką częstotliwość odświeżania, wymagane są monitory i karty graficzne o wysokiej jakości.

Tabela 2.13. Podsumowanie charakterystyki monitorów

Standard Rozdzielczość Liczba pikseli Rozmiar ekranu Częstotliwość

(piksele) (cale) odświeżania (Hz)

VGA 640x480 307 200 14 60-72

SVGA 800x600 480 000 15,17 75-85

SVGA 1024x768 786 432 17,19 75-85

XGA 1152x864 995 328 17,19,21 75-85

XGA 1280x1024 1310 720 19,21 75-85

XGA 1600x1200 1920 000 21 75-85

Karty graficzne

Karta graficzna, pokazana na rysunku 2.19, jest interfejsem pomiędzy komputerem a monitorem. Karta graficzna mówi monitorowi, które piksele oświetlić, jaki kolor powi­nien mieć dany piksel, oraz z jaką intensywnością powinien świecić. Karta graficzna mo­że być kartą rozszerzeń montowaną w jedno ze złączy na płycie głównej lub może być wbudowana na płycie głównej. Możliwości graficzne komputera zależą zarówno od karty graficznej jak i monitora. Monitor monochromatyczny nie może wyświetlić kolorów nie­zależnie od tego jak potężna jest karta graficzna. Pamięć wideo jest terminem ogólnym, odnoszącym się do pamięci systemu graficznego komputera. Pamięć graficzna to nie to samo co pamięć VRAM.

VRAM

Pamięć wideo RAM - VRAM jest specjalnym rodzajem pamięci, używanym w kar­tach graficznych. Większość nowoczesnych kart graficznych posiada pamięć VRAM, która jest specjalną formą pamięci DRAM, mającą dwa osobne porty danych. Jeden port służy do uaktualniania obrazu widzianego na monitorze, a drugi port służy do zmiany obrazu przechowywanego w karcie graficznej.

Pamięć VRAM przechowuje obraz, uwal­niając od tego pamięć systemu. 64-bitowa karta graficzna z interfejsem AGP i 4 MB RAM powinna być wystarczająca dla większości komputerów. Jednakże bardziej wymagające graficznie gry mogą działać lepiej na karcie graficznej posiadającej 32 MB lub więcej VRAM. Niektóre karty graficzne zawierają również koprocesor graficzny, służący wyko­nywaniu obliczeń graficznych. Adaptery takie noszą nazwę akceleratorów graficznych. Nowszą formą pamięci VRAM jest pamięć WRAM (Windows RAM).

Port AGP

Port AGP (Accelerated Graphics Port), jak mówiono wcześniej, jest złączem rozsze­rzeń na płytach głównych Pentium II, przeznaczonym do instalacji karty graficznej. Jest on zaprojektowany wyłącznie dla kart graficznych. Dzięki karcie AGP, gry i programy 3D mogą przechowywać i uzyskiwać bardziej realistyczne tekstury w pamięci systemowej niż w pamięci karty graficznej, bez stwarzania problemów z wydajnością. Dużą zaletą AGP jest to, że szyna PCI nie musi obsługiwać danych graficznych i dlatego PCI może skon­centrować się na innych zadaniach. AGP podwaja również szybkość przesyłu szyną PCI.

Karty graficzne zwane są również kartami wideo. Jako minimum, karta graficzna po­winna posiadać złącze PCI i przynajmniej 4 MB RAM, w zależności od rodzaju grafiki.

Podzespoły złączy

Zewnętrzne komponenty komputera podłączone są do niego za pomocą określonych przewodów do konkretnych portów. Rodzaj wykorzystywanego interfejsu zależy od ro­dzaju podłączanego urządzenia. Poniżej omówiono następujące zagadnienia:

• porty szeregowe i równoległe,

• porty PS/2 (6-pinowy mini-DIN) oraz 5-pinowy port DIN,

• porty USB oraz FireWire,

• kontrolery IDE, EIDE, Ultra i SCSI,

• rodzaje dysków SCSI.

Porty szeregowe i równoległe

Port wejścia/wyjścia jest ścieżką prowadzącą do i z komputera poprzez złącze znaj­dujące się zazwyczaj na tyle obudowy. Nowsze obudowy mają dodatkowe porty, zazwy-czaj dla urządzeń USB lub słuchawek, umieszczone z przodu. Wszystkie urządzenia pery­feryjne podłączane do komputera korzystają z portów wejścia/wyjścia. Różne rodzaje portów służą różnym celom. Podrozdział ten omawia różne rodzaje portów i urządzeń z nich korzystających.

Porty szeregowe

Rysunek 2.20. 9-pinowe męskie złącze szeregowe.

Porty szeregowe służą podłączenia urządzeń używających interfejsu szeregowego, ta­kich jak modem, skaner lub mysz. Generalnie, komputer może zidentyfikować do czterech portów szeregowych, natomiast typowy komputer ma takie dwa porty szeregowe, ozna­czone jako C0M1 i C0M2. Porty szeregowe są również czasami nazywane portami RS-232, ponieważ korzystają ze standardu RS-232C określonego przez Stowarzyszenie Prze­mysłu Elektronicznego EIA (Electronics Industry Association). Port szeregowy transmi­tuje dane bit za bitem przez pojedynczą linię. Rysunek 2.20 przedstawia złącze DB-9 (9-pinowe) używane w większości nowych komputerów jako port szeregowy. Starsze drukarki używają 25-pinowego złącza jako interfejsu szeregowego (patrz rysunek 2.21). Zazwyczaj na pierwszym porcie szeregowym (9-pinowym złączu męskim) podłącza się mysz, a do drugiego portu szeregowego podłączany jest modem. Oba porty szeregowe znajdują się z tyłu obudowy komputera.

Rysunek 2.21. 25-pinowe męskie złącze szeregowe.

Porty równoległe

Port równoległy jest gniazdem w komputerze służącym do podłączania nowszych dru­karek lub innych urządzeń peryferyjnych, takich jak przenośne dyski twarde, streamery, skanery lub napędy CD-ROM. Port równoległy zawiera osiem linii przeznaczonych do

transmisji 8 bitów (bajtu) przez te wszystkie osiem linii. Port równoległy oferuje 8-bitowy transfer (8 linii) oraz linię kontrolną wejścia/wyjścia na złączu DB-25 lub 25-pinowym złączu żeńskim. Złącze to można znaleźć z tyłu obudowy komputera. Rysunek 2.22 przed­stawia port równoległy DB-25. Na rysunku 2.23 przedstawiono 36-pinowe złącze żeńskie Centronics, występujące zazwyczaj w drukarkach. Porty równoległe mogą być skonfigu­rowane jako LPT1, LPT2 lub LPT3.

Pierwotnie porty równoległe były przeznaczone dla drukarek, jednakże obecnie uży­wane są do urządzeń wysyłających i odbierających dane. Taki rodzaj portu nazywany jest portem dwukierunkowym. Port równoległy jest zazwyczaj stosowany do szybkiej transmi­sji danych na niewielką odległość. Nowsze, ulepszone porty równoległe mogą być zamie­nione z jednokierunkowych na dwukierunkowe poprzez zmianę ustawień w BlOS-ie. W starszych komputerach port równoległy znajdował się z tyłu karty graficznej na karcie wejścia/wyjścia lub na dedykowanej karcie drukarki równoległej.

Porty PS/2 i DIN

Porty PS/2 myszy lub klawiatury podłączają te urządzenia do komputera. Chociaż oba porty wyglądają identycznie, nie można ich zamieniać . Zazwyczaj są oznaczone kolora­mi, aby łatwiej było je rozróżnić (patrz rysunek 2.24). Przewód łączący klawiaturę lub mysz PS\2, używa złącza PS/2. Złącze PS/2, czyli 6-pinowy mini-DIN, stało się bardzo popularne od momentu jego wprowadzenia w 1987 r. przez firmę IBM w komputerach IBM PS/2. lednakże wciąż popularne są złącza DIN XT/AT klawiatury i szeregowy my­szy. 5-pinowe złącze DIN AT łączy zazwyczaj bezpośrednio klawiaturę z płytą główną. Jedną z zalet portu PS/2 jest to, że mysz może zostać bezpośrednio podłączona do kom­putera bez użycia portu szeregowego.

Rysunek 2.24. Porty PS/2 klawiatury i myszy

Porty uniwersalnej szyny szeregowej (USB) oraz szyna FireWire.

Nowsze rodzaje interfejsów obejmują porty USB (Universal Serial Bus) oraz szynę Fire Wire. Porty USB wykorzystywane są przez urządzenia, które nie mają dużych wyma­gań dotyczących szybkości, takie jak: klawiatura, mysz, joystick, skaner, drukarka i urządzenia telefoniczne. FireWire jest również znana jako standard IDEE 1394. Bardzo szybka szyna danych opracowana przez firmy Apple i Teras Instruments jest szeroko sto­sowana do przegrywania materiału wideo z cyfrowych kamer do komputera.

Porty USB

Uniwersalna szyna szeregowa (USB), przedstawiona na rysunku 2.25, jest portem ze­wnętrznym, umożliwiającym użytkownikowi podłączenie do 127 urządzeń zewnętrznych do komputera. Mogą to być:

• klawiatury,

• myszy,

• drukarki,

• modemy,

• skanery,

• aparaty cyfrowe,

• kamery cyfrowe,

• zewnętrzne dyski twarde.

Rysunek 2.25. Port USB

USB jest nową technologią, która oferuje szybkość transferu do 12 MB/s. Ostatnia wersja, oznaczona USB 2.0, jest znacznie szybsza od wersji 1.0 i przesyła dane z szybko­ścią do 480 Mb/s. Zazwyczaj do portu USB można podłączyć bezpośrednio do siedmiu urządzeń. Korzystając z zewnętrznych koncentratorów, każda siódemka urządzeń może zostać podłączona do innej, tworząc łańcuch 127 urządzeń. Zewnętrzny koncentrator zo­stał omówiony jest w dalszej części rozdziału. Urządzenia USB mogą być wymieniane „na gorąco", tzn. podczas normalnej pracy komputera. Są one również zgodne z technologią PnP. USB 2.0 obsługuje trzy tryby pracy: wolny (1,5 Mb/s), normalny (12 Mb/s) i szybki (480 Mb/s). Jest również wstecznie zgodny ze standardem USB 1.0.

Długość kabla pracującego z normalną szybkością jest ograniczona do 5 m. Długość przewodu USB pracującego w trybie wolnym wynosi ok. 3 m.

Standard USB, wprowadzony w późnych latach 90. nie był obsługiwany przez syste­my operacyjne Windows 95 i Windows NT 4.0. Wsparcie dla USB jest jednym z powo­dów, dla których Windows 98 i 2000 są systemami preferowanymi. Porty te mogą zastąpić wszystkie pozostałe porty, z wyjątkiem portu karty graficznej. Większość urządzeń pery­feryjnych PC w standardzie USB może być również używana na platformie Macintosh, jednak niektórym z pośród nich brakuje odpowiednich sterowników.

Port FireWire

FireWire jest bardzo szybką, niezależną od platformy, szyną komunikacyjną. FireWire łączy ze sobą urządzenia cyfrowe takie jak kamery cyfrowe, drukarki, skanery, aparaty cyfrowe i twarde dyski. FireWire, przedstawiona na rysunku 2.26, jest również znane jako IDEE 1394. Szyna ta, opracowana przez firmę Apple, została przeznaczona podłączenia urządzeń zewnętrznych do komputera. Odpowiednikiem FireWire jest iLink, opracowany przez koncern Sony. Korzyści ze stosowania FireWire są następujące:

• kompatybilne, mniejsze złącza,

• połączenia „na gorąco",

• współdzielona pamięć,

• pojedyncze połączenie,

• wsteczna zgodność,

• szybkość.

Rysunek 2.26. Kabel i złącze FireWire

FireWire może obsłużyć do 63. urządzeń, korzystając z przewodów o długości do 4 m. Urządzenia FireWire mogą być wymieniane „na gorąco".

FireWire korzysta z modelu pamięci współdzielonej co umożliwia urządzeniom bezpo­średni dostęp do obszarów pamięci. Chroni to przed oczekiwaniem na strumień informacji. FireWire jest szybszy od oryginalnej wersji USB przesyłając dane z szybkością 400 Mb/s.

Kontrolery IDE, EIDE, Ultra i SCSI

IDE, EIDE, Ultra oraz SCSI odnoszą się do interfejsu pomiędzy komputerem i urządzeniem, takim jak twardy dysk, napęd CD-ROM czy streamer. Użyty kontroler zależy od rodzaju płyty głównej i zainstalowanego sprzętu. Należy znać różnice pomiędzy odmianami interfejsów ATA.

Kontrolery IDE

IDE (Integrated Drive Electronics) jest typem interfejsu sprzętowego łączącego twarde dyski, napędy CD-ROM oraz napędy taśmowe do komputera. IDE jest popularny, ponie­waż jest ekonomicznym sposobem na łączenie urządzeń. Obecnie powszechne są modele

twardych dysków o pojemności od 20 do 120 GB; jednostki takie kosztują mniej niż pół grosza za 1 MB. Interfejs IDE jest oficjalnie znany jako specyfikacja ATA (AT Attachment). ATAPI (ATA Packet Interface) definiuje standard IDE dla napędów CD-ROM oraz napędów taśmowych. ATA-2 (Fast ATA) określa większe szybkości przesyłu niż te zdefiniowane w specyfikacji EIDE. ATA-3 wprowadziło ulepszenia interfejsu włączając możliwość raportowania możliwych problemów.

Wraz z IDE elektronika kontrolera została wbudowana w dysk twardy, wymagając je­dynie prostego układu w komputerze. We wczesnych komputerach dyski IDE były podłą­czane przez kartę kontrolera IDE. Obecnie na płycie głównej wbudowane są dwa złącza EIDE. Każde z nich dołącza dwa urządzenia za pomocą 40-pinowej taśmy. Począwszy od dysków ATA-66 taśma składa się z 80. przewodów i złączy 39-pinowych. Podłączane są do tego samego złącza z jednym usuniętym pinem.

Dyski IDE stosują do przesyłu danych trybu PIO (Programmed Input/Output), który korzysta z rejestrów procesora do transferu danych. PIO różni się od trybu DMA (Direct Access Memory), w którym transfer danych odbywa się bezpośrednio pomiędzy pamięcią główną i urządzeniem peryferyjnym.

Kontrolery EIDE

Dyski EIDE (Enhanced Integrated Drive Elektronics), zwane również dyskami ATA-2, to ulepszona wersja interfejsu IDE. Interfejs EIDE może obsłużyć dysk o pojemności 8,4 GB, podczas gdy interfejs IDE tylko 528 MB. IDE obsługuje tylko dwa dyski, podczas gdy EIDE aż do czterech urządzeń, używając dwóch 40-pinowych kabli IDE o maksymal­nej długości 40 cm. Ponadto EIDE obsługuje peryferia bezdyskowe zgodne z protokołem ATAPI. Interfejs EIDE jest często określany jako ATAPI (AT Attachment Packet Inter-Face) lub Fast ATA (Fast AT Attachment). ATAPI jest protokołem wykorzystywanym przez urządzenia EIDE, takie jak napędy CD-ROM EIDE oraz zewnętrzne napędy taśmo­we EIDE.

Specyfikacja EIDE/ATA-2, opracowana w 1994 r., była wciąż zmieniana aż do swojej ostatecznej postaci w roku 1995. Specyfikacja ta obejmuje: sygnały interfejsu na 40 cm, 40-pinowym przewodzie, polecenia wydawane napędom przez system BIOS, specyfikację przewodów oraz obwody konfiguracyjne w napędach. ATA-3 wniosło ulepszenia w inter­fejsie, dając możliwość raportowania możliwych problemów.

Każdy dysk podłączony do kontrolera IDE/ATA, EIDE/ATA-2 lub EIDE/ATA-3 mu­si posiadać zworkę umieszczoną w tylnej części napędu. Ustawienie tej zworki określa rolę jaką pełni ten dysk w stosunku do innego dysku na tym samym kanale. Pojedynczy dysk IDE lub EIDE jest zazwyczaj ustawiony w pozycji nadrzędnej. Drugi napęd IDE lub EIDE dołączany do tego samego kanału musi być ustawiony w roli podrzędnej. Elektronika dysku nadrzędnego kontroluje zarówno dysk nadrzędny, jak i podrzędny.

Opcja o nazwie Cable Select (CSEL) pozwala adapterowi IDE wybrać, który napęd IDE lub EIDE będzie funkcjonował jako napęd nadrzędny, a który jako podrzędny. Jeżeli oba napędy IDE lub EIDE występują na tym samym kanale i oba są ustawione jako nadrzędne podsystem dyskowy nie będzie działał. Taka sama sytuacja wystąpi, jeżeli oba są ustawione w pozycji podrzędnej. Aby ta funkcja działała, dysk musi zostać ustawiony w pozycji Cable Select, a kabel IDE musi obsługiwać tę funkcję.

Przeczytaj uważnie instrukcję napędu, ponieważ standardy przemysłowe nie mają za­stosowania do ustawień zworek w napędach IDE i EIDE.

Począwszy od kontrolerów ATA-4, dodano do nazwy słowo „Ultra" lub wskaźnik szybkości w różnych kombinacjach. Na przykład przy szybkości 33MB/s, używa się okre­śleń Ultra ATA, Ultra DMA, UDMA, ATA-33, DMA-33, Ultra ATA-33 oraz Ultra DMA-33.

Napędy Ultra ATA

Napędy dysków Ultra ATA są zazwyczaj znacznie szybsze od starszych dysków ATA i ATA-2. Są one instalowane i konfigurowane w identyczny sposób jak dyski ATA-2: nadrzędny (ang. master), podrzędny (ang. slave) oraz CSEL. Szybsze wersje ATA-66 i ATA-100 wymagają jednak użycia specjalnej taśmy służącej do podłączenia dysku do kontrolera ATA. Taśma taka zawiera 80 przewodów, chociaż przewód używa tego same­go, 40-pinowego złącza używanego we wcześniejszych dyskach ATA. Brak specjalnego przewodu dla tych dysków może powodować problemy z systemem dyskowym i możliwą utratę danych.

Translacja sektorów oraz ciągłe ulepszenia technologiczne pozwalają na zwiększanie pojemności dysków.

Kontrolery SCSI

Kontroler SCSI (Smali Computer System Interface) został opracowany w 1979 r. przez Shugart Associates Standard Interface (SASI). Podobnie jak urządzenia IDE, SCSI mają wbudowaną elektronikę kontrolną w każdy dysk. SCSI jest jednak bardziej zaawansowa­nym kontrolerem niż ATA-2/EIDE. Jest on idealnym rozwiązaniem dla komputerów wyż­szej klasy, włączając w to serwery sieciowe.

Urządzenia SCSI są zazwyczaj podłączone w szereg, tworząc łańcuch, popularnie na­zywany kaskadą. Pokazano to na rysunku 2.27. Urządzenia SCSI na obu końcach kaskady muszą zostać zakończone jeżeli korzysta się z zewnętrznego przewodu. Pozostałe urzą­dzenia nie muszą być zakończone.

W przypadku użycia kabla wewnętrznego, należy zakończyć jedynie kartę kontrolera oraz urządzenie na końcu przewodu. Nie należy zakańczać żadnego pośredniego urządzenia.

Jeżeli używasz zarówno przewodu wewnętrznego, jak i zewnętrznego, dwa urządzenia znajdujące się na końcach obu przewodów muszą zostać zakończone. Nie należy zakań­czać pozostałych urządzeń, włączając w to kartę kontrolera.

Każdy koniec szyny SCSI musi zostać zakończony. Kontroler SCSI znajduje się na jednym końcu szyny SCSI i zazwyczaj posiada zakończenie na płycie. Drugi koniec prze­wodu SCSI jest zakończony opornikiem na ostatnim urządzeniu w łańcuchu lub przez fizyczne zakończenie na końcu szyny SCSI.

Numery identyfikacyjne SCSI

Szyna SCSI identyfikuje każde urządzenie poprzez numer identyfikacyjny. Większość szyn SCSI może obsłużyć łącznie siedem urządzeń oraz jeden kontroler na kanał. Kanały są ponumerowane od 0 do 7. Niektóre odmiany SCSI obsługują do 15. urządzeń oraz je­den kontroler na kanał. Kanały takie są ponumerowane od 0 do 15. Każde urządzenie w kanale SCSI musi mieć niepowtarzalny numer SCSI ID. Urządzeniami mogą być twarde dyski, napędy CD-ROM, napędy taśmowe, skanery oraz napędy przenośne. Każde urzą­dzenie, łącznie z kontrolerem SCSI, ma numer identyfikacyjny z zakresu od 0 do 7. Nu­mer 0 jest przeznaczony dla podstawowego urządzenia rozruchowego lub twardego dysku, a numer 7 dla karty kontrolera SCSI.

Każde urządzenie w kanale SCSI musi mieć niepowtarzalny numer SCSI ID. Nie muszą być to kolejnymi numerami, jednak dwa urządzenia nie mogą mieć takiego samego numeru.

Numery identyfikacyjne ustawia się zazwyczaj za pomocą zworek na napędzie SCSI. Powtórzenie numeru w danym kanale SCSI, może spowodować, że kanał ten przestanie być dostępny. Jeżeli użytkownik chce uruchomić system z dysku SCSI, dysk powinien mieć identyfikator równy 0 lub 1.

Zakańczanie SCSI

Wyróżniamy trzy rodzaje zakończenia SCSI:

• Pasywne - kontroluje rezystancję na końcach szyny SCSI przez użycie rezystorów.
  Sposób ten jest tani do wdrożenia, ale powinien być używany tylko dla wolniejszych
  kanałów SCSI z krótkimi przewodami.

• Aktywne — kontroluje impedancję na końcach szyny SCSI przez wykorzystanie
  regulatora napięcia, a nie tylko przez dostarczoną przez kontroler moc. Metoda ta jest
  preferowana, gdyż obsługuje większe szybkości i dłuższe przewody.

• FPT (Forced Perfect Termination) - to najlepsza metoda, chociaż jest bardziej
  skomplikowana od pozostałych. FPT może skompensować różnice w impedancji
  spowodowane różnymi przewodami, urządzeniami i terminatorami, stosowanymi
  w szybkich systemach SCSI. Chociaż koszty tego rozwiązania są wyższe, zapewnia
  bardziej stabilny system.

Uwaga

Impedancja jest miarą oporu, jaki stawia element elektroniczny, obwód lub system prądowi zmiennemu lub stałemu. Impedancja jest obliczana na podstawie rezystancji i reaktancji.

Zakończenie szyny SCSI może być wykonane na kilka sposobów. Oba końce muszą zostać zakończone, a kontroler SCSI musi być jednym końcem szyny. Dlatego jeden punkt zakończenia znajduje się w kontrolerze SCSI. Jest to zazwyczaj robione automatycznie. Nie są potrzebne żadne zmiany w kontrolera SCSI na tym końcu przewodu. Na drugim końcu szyny SCSI należy zakończyć ostatni napęd w kanale SCSI.

Jest to zazwyczaj ro­bione za pomocą zworki na napędzie lub specjalnego terminatora montowanego w ostat­nim złączu przewodu SCSI. Niskonapięciowe różnicowe urządzenia SCSI bardzo często nie mają możliwości zakończenia szyny danych SCSI w urządzeniu. W takim wypadku należy użyć specjalnego terminatora, wkładanego w ostatnie złącze w przewodzie SCSI.

Rodzaje dysków SCSI

Obecnie na rynku funkcjonują trzy główne wersje standardu SCSI: SCSI-1, SCSI-2 oraz SCSI-3. Instalacja urządzeń z tych trzech grup jest bardzo podobna. Różnice głównie występują w rozmiarze złącza SCSI, łączącym napęd SCSI z przewodem.

Urządzenia SCSI mogą korzystać z trzech metod sygnalizacji:

• jednostronnej (Single-ended - SE,)

• różnicowej (DIFF), znanej również jako wysokonapięciowa różnicowa (HVD),

• niskonapięciowej różnicowej (LVD).

Pomiędzy złączami używanymi przez te trzy systemy sygnalizacji nie występują żad­ne różnice. Aby identyfikować różne systemy sygnalizacji, używane przez kontrolery i napędy SCSI, opracowano system symboli (patrz rysunek 2.28).

Rysunek 2.28. Symbole SCSI

SCSI-1

SCSI-1, znany jako SCSI, był używany przez wiele komputerów Apple we wczesnych latach 80. Przy obecnych standardach można uznać, że był powolny. Szyna SCSI praco­wała z częstotliwością 5 MHz i 8-bitową ścieżką danych. Pozwalało to na transfer danych rzędu 5 Mb/s. SCSI-1 obsługiwało pojedynczy kanał na kontrolerze SCSI. Wewnętrzny kabel SCSI był taśmą podłączaną do kontrolera dysków za pomocą 50-pinowego złącza. Wiele wczesnych kontrolerów SCSI korzystało ze złącza DB-25 dla zewnętrznych urzą­dzeń SCSI. Na terminator składały się zazwyczaj trzy oporniki na kontrolerze. Dwa pozo­stałe możliwe sposoby zakończenia to zestaw trzech oporników montowanych do ostat­niego napędu SCSI na szynie, lub terminator dołączany do końca szyny SCSI. Długość maksymalna przewodu SCSI-1 wynosiła 6 m.

SCSI-2

SCSI-2 korzysta z dwóch różnych systemów sygnalizacji. Systemy te są znane jako pojedynczo zakończony interfejs lub interfejs różnicowy. Są one wzajemnie niekompaty­bilne i nie mogą być łączone na jednej szynie SCSI. Wszystkie urządzenia, włączając w to kontrolery SCSI-2, powinny używać albo jednego, albo drugiego systemu sygnalizacji.

Z powodu ograniczenia długości przewodu pierwsza metoda sygnalizacji występuje we­wnątrz obudowy serwera. Druga metoda pozwala na większe długości przewodów i ge­neralnie ma zastosowanie przy podłączaniu serwera do zewnętrznych urządzeń SCSI. SCSI-2 korzysta z tego samego 50-pinowego złącza na przewodzie wewnętrznym co urządzenia SCSI-1.

SCSI-2 ma również odmianę zwaną Wide SCSI-2, która pozwala ona na jednoczesny transfer 16 bitów, w przeciwieństwie do 8 bitów w SCSI-1 i SCSI-2. Wymaga to użycia złącza 68-pinowego. Wide SCSI-2 umożliwia pracę 16. urządzeń na kanale. Zwykły SCSI-2 i SCSI-1 dopuszcza tylko 8 urządzeń na kanale. Zwykłe SCSI-2 jest również nazywane Narrow SCSI-2.

Inną odmianą SCSI-2 jest Fast SCSI-2. Podwaja ona szybkość szyny z 5 do 10 MHz. Fast SCSI-2 wymaga aktywnego terminatora. Z powodu zwiększonej szybkości, maksy­malna długość przewodu został skrócona z 6 m do 3 m. Dostępna jest również wersja Fast Wide SCSI-2. Wymaga ona 68-pinowego przewodu, aktywnego terminatora oraz krótkie­go przewodu (maksimum 3 metry). Odmiana ta może przesyłać dane z szybkością 20 MB/s. Zwykłe SCSI-2 używa 50-pinowego złącza dla wewnętrznych urządzeń SCSI-2, natomiast Wide SCSI-2 stosuje złącza 68-pinowe.

Rysunek 2.29 przedstawia przykład 50, 68 i 80 pinowego złącza SCA. Fast SCSI-2 oraz Fast Wide SCSI-2 wymagają aktywnego terminatora. Zwykły SCSI-2 oraz Wide SCSI-2 mogą używać pasywnego terminatora, chociaż preferowany jest aktywny .

SCSI-3

SCSI-3 jest ostatnim standardem z rodziny SCSI. Łączy w sobie najlepsze cechy po­przednich standardów SCSI. Używa sygnalizacji LVD i obsługuje do 15 urządzeń na po­jedynczym kablu, który może mieć długość do 12 metrów. SCSI-3 obsługuje następujące trzy szybkości szyny:

• Ultra - 20 MHz,

• Ultra2 - 40 MHz,

• Ultra3 — podwójnie taktowane 40 MHz.

Każda z tych trzech szybkości SCSI-3 ma odmianę zwykłą, czyli wąską (8 bitów), oraz szeroką (16 bitów).

Ultra SCS-3 oraz Ultra2 SCSI-3 korzystają ze złącza 50-pinowego. Warianty 16-bitowe - Wide Ultra SCSI-3 oraz Wide Ultra2 SCSI-3 używają złącza 68-pinowego. Ultra3 oraz Ultral60 SCSI-3 również używają złącza 68-pinowego. Wszystkie odmiany SCSI-3 wymagają aktywnego zakończenia. Tabela 2.14 podsumowuje różne długości przewodów dla różnych rodzajów SCSI.

Napędy dyskowe SCSI-1, SCSI-2 oraz SCSI-3 mogą być łączone na tym samym ka­nale SCSI, ale nie jest to praktyka zalecana. Mieszanie dysków z różnych wersji SCSI może wpłynąć na wydajność kanału SCSI.

Tabela 2.14. Maksymalne długości kabli SCSI ze względu na typ

Typ SCSI Maksymalna długość przewodu (w metrach)

Standardowa 6

Fast 3

Wide Ultra 1,5

Różnicowa niskonapięciowa 12

Różnicowa 25

Podzespoły przechowujące dane

Pojęcia składowanie oraz pamięć mają różne znaczenia. Składowanie odnosi się do miejsca, w którym dane (pliki, dokumenty, grafiki itd.) są zapisywane na komputerze. W pamięci wykonywane są instrukcje oraz przetwarzane dane. Poniżej omówiono następują­ce zagadnienia:

• stacja dyskietek,

• twardy dysk,

• napęd CD-ROM,

• formaty oraz napędy DVD,

• sprzęt do kopii zapasowych.

Stacja dyskietek

Stacja dyskietek FDD (Floppy Disk Drive), pokazana na rysunku 2.30 odczytuje in­formacje z dyskietki magnetycznej oraz zapisuje na nią. Wprowadzone w 1987 r. stacje dyskietek są formą przenośnego nośnika przechowującego dane. Obecnie stosowane 3,5-calowe dyskietki mają twardą plastikową obudowę, która chroni wewnętrzny dysk, (patrz rysunek 2.31). Głównymi elementami typowej dyskietki są obudowa ochronna, cienki dysk magnetyczny, przesuwne drzwiczki oraz sprężyna.

Rysunek 2.31. Typowa dyskietka

Napęd FDD montuje się wewnątrz komputera i demontuje się tylko w celu naprawy lub wymiany. Dyskietka może zostać usunięta ze stacji, na zakończenie pracy z kompute­rem. Główną wadą dyskietek jest fakt, ze może pomieścić jedynie 1,44 MB informacji. Jest to wystarczająca ilość miejsca dla większości dokumentów tekstowych, takich jak

pliki MS Word czy Excel. Jednak dla plików zawierających bogatą grafikę dyskietka ma niewystarczającą pojemność.

Dysk twardy

Podrozdział ten przedstawia przegląd podzespołów, działanie, interfejsy oraz specyfi­kacje twardych dysków. Dysk twardy HDD (Hard Disk Drive) jest głównym elementem składującym dane w komputerze. HDD, przedstawiony na rysunku 2.32, ma wiele cech fizycznych i funkcjonalnych napędów dysków elastycznych FDD, ma jednak dodatkowe zalety:

• Ma bardziej złożony projekt i zapewnia większą szybkość dostępu.

• Posiada większą pojemność do przechowywania danych niż stacja dyskietek, co
  umożliwia dłuższe przechowywanie danych.

• Przechowuje programy i pliki, jak również system operacyjny.

HDD posiada talerze wykonane z aluminium lub szkła. Mogą być wykonane również z stopów aluminium, kompozytów szkła lub stopów magnezu. Nazwa dysków „twardych" wynika ze sztywności talerzy. Zazwyczaj dysk twardy nie jest napędem wymiennym. To dlatego IBM często określa twarde dyski jako dyski stałe. Krótko mówiąc, dysk twardy
jest urządzeniem składującym o dużej pojemności, ze stałym sztywnym nośnikiem o dużej gęstości.

Rysunek 2.33 przedstawia następujące podzespoły, wspólne dla wszystkich dysków twardych:

• talerze,

• głowice odczytujące/zapisujące,

• układ pozycjonujący głowice,

• silnik,

• układ sterujący,

• płyta czołowa

• zworki konfiguracyjne,

• złącze interfejsu.

Rysunek 2.33. Podzespoły twardego dysku

Talerze dysku (patrz rysunek 2.34) są nośnikiem, na którym są przechowywane dane. Twarde dyski mają zazwyczaj dwa do dziesięciu talerzy o następującej charakterystyce:

• Wymiar średnicy talerza jest równy 2,5" lub 3,5"; są one wykonane są z aluminium
  lub materiału kompozytowego szklano-ceramicznego.

• Pokryte są cienką warstwa nośnika magnetycznie czułego.

• Są dwustronne z warstwą magnetyczną na obu stronach.

• Są zestawione w stos na piaście utrzymującej je w odpowiedniej pozycji i w pewnej odległości od siebie.

Piasta ta jest również nazywana wałkiem. Nowsze dyski twarde są produkowane z ta­lerzami, które mogą pomieścić nawet po 30 GB danych każdy.

Talerze wymagają głowicy do odczytu/zapisu każdej strony. Głowice te mają dostęp do nośnika. Są one zestawione w stos na specjalnym wsporniku. Ponieważ głowice są zamontowane razem, przesuwają się zgodnie nad talerzami. Głowice połączone są ze wspornikiem za pomocą ramion, wychodzących z układu pozycjonowania głowic. Głowi­ca jest urządzeniem w kształcie litery U lub V, wykonanym z materiału przewodzącego elektryczność, otoczonego przewodami. Przewody te powodują, że głowica jest wrażliwa na pole magnetyczne talerzy.

Uwaga

Użytkownicy nie powinni nigdy otwierać twardego dysku i próbować go naprawiać, ponieważ został złożony w czystym środowisku. Dyski są składane w szczelnych pomieszczeniach i nie powinny być nigdy wystawiane na działanie atmosfery. Naprawy wykonywane są w specjalnych warsztatach, w których usunięto nawet małe drobiny, takie jak dym, kurz oraz włosy.

Głowica uzyskuje bezpośredni kontakt z powierzchnią talerza, zachowując jednak niewielką od talerza. Dzieje się tak, ponieważ talerz obraca się zazwyczaj z szybkością 3600-15000 obrotów na minutę; większość dysków twardych działa z szybkością 5400, 7200 i 10000 obrotów na minutę. Szybkość ta powoduje wytworzenie poduszki powietrz­nej pomiędzy głowicą a talerzem. Wał, na którym zamontowane są talerze napędzany jest przez silnik. Nie wykorzystuje się żadnych pasów ani przekładni do łączenia silnika napę­dowego z wałem i z talerzami. Stanowią one niepotrzebny wydatek i mają tendencję do hałasowania. Mogą również stwarzać problemy z niezawodnością.

Zasada działania twardego dysku

Twardy dysk działa podobnie jak stacja dyskietek. Talerz dysku obraca się z dużą szybkością, podczas gdy głowica przesuwa się nad powierzchnią talerza i przeprowadza odczyt/zapis. Zrozumienie sposobu, w jaki głowica zapisuje i odczytuje struktury danych na talerzach, jest bardzo ważne w zrozumieniu zasady działania twardego dysku.

Nośnik, którym pokryty jest talerz, stanowi warstwa materiału magnetycznego. No­woczesne twarde dyski używają filmu ze stopu kobaltu, którym pokryty jest talerz w kilku warstwach o grubości mikrometrów. Gdy dysk jest pusty (nieużywany), jego cząstki ma­gnetyczne mają przypadkowe ułożenie, Jednakże w momencie, gdy głowica zapisuje dane w pewnym obszarze, powoduje ona, że cząstki są ustawiane w określonym kierunku. Kie­runek ten zależy od kierunku przepływu prądu elektrycznego w głowicy. Lokalny kieru­nek magnetyczny na nośniku jest określany jako linia pola. Prąd płynący w głowicy może zostać odwrócony, powodując odwrócenie linii pola magnetycznego. Odwrócenie stru­mienia to nadanie odwrotnego kierunku magnetycznego w nośniku. W miarę jak talerz się obraca, głowica układa wzór na całej długości ścieżki. Wzór ten reprezentuje zapisane dane.

Rozwój twardych dysków i ich pojemności

Komputery osobiste mają przynajmniej jeden twardy dysk zainstalowany wewnątrz systemu. Jeżeli wymagana jest większa pojemność do przechowywania danych, zazwyczaj dodaje się kolejny dysk twardy. Pojemność HDD jest miarą liczby danych, jaką może on przechować. Pojemność jest zazwyczaj wyrażana w megabajtach lub gigabajtach. Pierw­sze modele twardych dysków miały pojemność ok. 5 MB i używały talerzy o średnicy do 12 cali. Obecne twarde dyski korzystają z talerzy o średnicy 3,5 cala w komputerach sta­cjonarnych, oraz 2,5 cala w komputerach przenośnych. Nowoczesne twarde dyski mogą przechowywać kilka gigabajtów danych. Na przykład dysk 2 gigabajtowy (GB), może przechować blisko 2 147 483 648 znaków. Przy obecnych aplikacjach i systemach opera­cyjnych, pojemność 2 GB może zostać szybko zapełniona, pozostawiając niewiele miejsca do przechowywania danych.

Niektóre ze starszych dysków twardych używały interfejsu na poziomie urządzenia. Miały jednak wiele problemów z kompatybilnością, integralnością danych oraz szybko­ścią. Oryginalny interfejs twardych dysków, używany w IBM PC/XT, został opracowany przez firmę Seagate Technologies i określany jako MFM (Modified Frequency Modula-tion). MFM używał metody magnetycznego kodowania dysku z interfejsem ST-506.

RLL (Run Length Limited) jest schematem kodowania podobnym do MFM, lecz ma większą liczbę sektorów. RLL jest metodą kodowania powszechnie wykorzystywaną w dyskach magnetycznych. Zintegrowany z dyskiem kontroler określa, który schemat kodowania jest używany. Najczęściej stosowanymi obecnie standardami dysków twardych są IDE, EIDE oraz SCS

1

---