Средства передачи данных при прокладке и настройке ЛВС: оптоволокно, коаксиальный кабель, витая пара

Оптоволокно 1.doc

Методическое пособие для студентов
по теме «Средства передачи данных при прокладке и настройке ЛВС.
Оптоволокно. Коаксиальный кабель. Витая пара»
по дисциплине «Информационная безопасность»
История оптоволокна 3
Технология производства оптоволокна 3
Строение оптоволокна 8
Классификация оптических волокон 10
Многомодовое оптическое волокно со ступенчатым показателем преломления
Многомодовое оптическое волокно с градиентным показателем преломления 12
Одномодовое оптическое волокно 12
Гибкость оптического волокна. 13
Затухание в оптоволокне 14
Достоинства оптоволокна 14
Недостатки оптоволокна 15
Применение оптического кабеля 15
Преимущества оптического кабеля. 15
Принцип работы устройств на базе оптоволокна. 16
Коаксиальный кабель 17
Строение коаксиального кабеля 18
Основные параметры коаксиального кабеля 19
Назначение коаксиального кабеля 19
Классификация коаксиальных кабелей 20
Параметры определяющие электрические свойства витой пары 23
Виды кабеля который применяется в сетях 24
Требования к маркировке кабеля 25
Волоконная оптика сегодня получила широкое развитие и применяется в
различных областях науки и производства таких как: связь
радиоэлектроника энергетика термоядерный синтез медицина космос
машиностроение летающие объекты вычислительные комплексы и т. д.
Принцип передачи света используемый в волоконной оптике был впервые
продемонстрирован во времена королевы Виктории (1837—1901 гг.) но развитие
современной волоконной технологии началось в 1950-х годах. Изобретение
лазеров сделало возможным построение волоконно-оптических линий передачи
превосходящих по своим характеристикам традиционные проводные средства
В 1966 году уроженец Шанхая Чарльз Као работая в британской
лаборатории открыл возможность передавать свет на большие расстояния
используя сверхчистое стекло как оптоволоконный материал. Таким способом
учёные стали отправлять сигналы на расстояние более 100 километров и это
был прорыв по сравнению со всего лишь 20-метровым волокном доступным в
60-х годах. Энтузиазм Као вдохновил других исследователей на работу по
практическому осуществлению его замысла.
Первое сверхчистое волокно было успешно произведено всего четыре года
спустя в 1970-м. И с тех пор нашу планету трудно представить без
оптического волокна. Интернет телефония кабельное телевидение — всё это
было бы лишь мечтой без гения Чарльза Као.
Оптоволокно (оптика стекло оптическое волокно fiber ) - одно из
самых современных и надежных сред передачи данных при прокладке и настройке
ЛВС. Она представляет собой многопарный кабель состоящих из жил -
обернутых в специальную оплетку. Жилы производятся из специального полимера
- и сделаны таким образом - что ее "стенки" получаются идеально гладкими
Технология производства оптоволокна
Изготовление преформ для оптоволокна
Наиболее распространен метод создания оптоволокна с малыми потерями
путем химического осаждения из газовой фазы. При этом методе осаждение
стекла может происходить на внешней поверхности вращающегося затравочного
стержня на торцевой поверхности стержня из кварцевого стекла или на
внутренней поверхности вращающейся опорной трубки из кварцевого стекла.
Далее описан метод осаждения на внутренней поверхности трубки (IVD method
Inside Vapor Deposition)
Процесс производства начинается с изображённой на рисунке полой
кварцевой трубки с показателем преломления внешнего слоя оптоволокна
длиной 05 2 м и диаметром 16 18 мм.
Рис. 1 Заготовка для производства оптоволокна (ещё не преформа)
Трубку очищают от всевозможных загрязнений путём погружения в раствор
фтористо-водородной кислоты. Так как из одной такой трубки можно изготовить
преформу для небольшую длинны оптоволокна то трубки-заготовки свариваются
посредством специальной газовой горелки с водородно-кислородным пламенем.
Рис. 2. Процесс сварки заготовок для преформ при производстве оптоволокна
Рис. 3 Сварной шов заготовки преформы
Далее внутрь трубки подается струя хлорированного кварца SiCl4
кислорода (O2) и добавок изменяющих кофициент преломления сердцевины..
В результате химической реакции при высокой температуре
(1500 1700°С) на внутренней поверхности трубки слоями осаждается чистый
кварц SiO2.Схематически эту операцию изображают так:
Рис. 4. Схема представления химической реакции (1)
Рис. 5. Схема представления химической реакции (2)
Рис. 6. Разогретая и наполненная смесью газов трубка выглядит подобным
Осаждением заполняется внутренняя полость трубки кроме самого центра.
Чтобы ликвидировать этот оставшийся воздушный канал подается еще более
высокая температура: 1900° С за счет которой происходит схлопывание и
трубчатая заготовка превращается в сплошную цилиндрическую.
Рис. 7. Последствия процесса схлопывания трубки под действием температуры
Чистый осажденный кварц при этом становится сердечником оптоволокна с
необходимым показателем преломления а сама трубка выполняет роль оболочки
с другим показателем преломления.
Получившийся стеклянный прут называют преформой.
Вытяжка оптоволокна из преформы
Для получения оптоволокна его разогревают до температуры 1800 2200°
С и вытягивают из него стеклянную нить.
Рис. 8. Момент погружения преформы в плавильную печь
Схематически этот процесс изображают так:
Рис. 9. Вытягивание нити
Изображение это очень упрощено. Вытягиваемое оптоволокно должно иметь
строго определённый и маленький диаметр (125 мкм). Для того чтобы диаметр
волоконного световода оставался постоянным и требуемой величины
обеспечивается возможность точной регулировки скорости вытяжки и подающего
механизма с помощью автоматической системы.
Рис. 10. Вытяжка оптоволокна
(В центре грузик под действием которого происходит вытягивание)
Система роликов аппарата контролирующего вытяжку оптоволокна
Во время вытягивания геометрические соотношения стекла сердцевины и
оболочки остаются неизменными хотя уменьшение диаметра заготовки по
отношению к диаметру волоконного световода происходит в соотношении до 300
: 1. То есть профиль показателя преломления не изменяется.
Непосредственно за измерительным прибором для контроля диаметра
вокруг волокна наносится первичное защитное покрытие. Такое полимерное
покрытие предназначено для увеличения прочности оптоволокна для защиты его
от внешних воздействий механических микроизгибов и упрощения операций по
дальнейшей работе с оптоволоконной нитью. Это покрытие полимеризуется под
воздействием тепла или ультрафиолетового излучения.
Рис.11. Намотка волокна на барабан
Последний этап в производстве оптоволокна это намотка его на барабан
Далее получившееся оптоволокно используется для производства шнуров кабеля
или в других оптоволоконных изделиях.
Волокно различается по типам маршрутов световых лучей или способам их
прохождения по сердечнику волокна. Существует 2 основных типа волокон:
многолучевое и однолучевое (в литературе более распространены термины
многомодовое и одномодовое волокна. — ред.). Волокна с сердечником
многолучевого типа делятся на шаговые и ступенчатые. Многолучевой шаговый
тип волокна получил свое название из-за резкой подобно скачку разности в
показателях преломления сердечника и оболочки.
В более распространенном ступенчатом сердечнике световые лучи также
распространяются по волокну многолучевыми трассами но в отличие от
шагового ступенчатый сердечник содержит много слоев стекла каждый с более
низким коэффициентом преломления в направлении от оси.
В результате такой градации световые лучи ускоряются на внешних слоях
с тем чтобы совпасть с лучами проходящими более короткими траекториями
идущими вблизи от оси.
Волокно со ступенчатым сердечником диаметром 50 62.5 и 100 микрон
выпускается серийно.
Волокно однолучевого типа позволяет передавать по сердечнику единичные
световые лучи. Это фактически устраняет любое искажение из-за наложения
световых импульсов друг на друга. Сердечник волокна однолучевого типа
чрезвычайно мал по размеру приблизительно 5 10 микрон.
Волокно однолучевого типа обладает более высокой пропускной
способностью и мощностью по сравнению с многолучевыми. Например
телекоммуникационный кабель для подводного использования может передавать
до 60000 каналов телефонной радиосвязи на паре волокон однолучевого типа.
При подборе компонентов для оптоволоконных систем учитываются 2
параметра оптоволокна влияющие на эффективность трансляции: ширина полосы
пропускания и затухание.
Ширина полосы — это параметр пропускной способности волокна. Чем больше
ширина полосы тем больше информационная емкость.
Пропускная способность характеризуется соотношением: частотарасстояние
(МГцкм). Например волокно 200 МГцкм способно передавать данные в полосе
0 МГц на расстояние до 1 км и в полосе 100 МГц на расстояние до 2 км.
Физические параметры оптических волокон.
Все распространенные типы волокон характеризуются двумя важнейшими
параметрами: затуханием и дисперсией.
Затухание сигнала в оптоволоконном кабеле зависит от свойств материала
и от внешних воздействий. Затухание характеризует потерю мощности
передаваемого сигнала на заданном расстоянии и измеряется в дБкм где
Децибел - логарифмическое выражение отношения мощности выходящей из
источника Р1 к мощности входящей в приемник Р2 дБ = 10*log(P1P2).
Потери в 3 дБ означают что половина мощности потеряна. Потеря 10 дБ
означает что только 110 мощности источника доходит до приемника потери
%. Волоконно-оптические линии как правило способны нормально
функционировать при потерях в 30 дБ (прием всего 11000 мощности).
Есть два принципиально различных физических механизма вызывающих
Потери на поглощение. Связаны с преобразованием одного вида энергии в
другой. Электромагнитная волна определенной длины вызывает в некоторых
химических элементах изменение орбит электронов что в свою очередь ведет
к нагреву волокна. Естественно что процесс поглощение волны тем меньше
чем меньше ее длина и чем чище материал волокна.
Потери на рассеяние. Причина снижения мощности сигнала в этом случае -
означает выход части светового потока из волновода. Обусловлено это
неоднородностями показателя преломления материалов. И с уменьшением длины
волны потери рассеивания возрастают.
Строение оптоволокна
Волоконная оптика - раздел оптики рассматривающий распространение
электромагнитных волн оптического диапазона по световодам - оптическим
волокнам. Конструкция отдельно взятого оптического волокна достаточно
проста. Сердечник из оптически более плотного материала окружен оболочкой с
меньшим коэффициентом преломления и все это покрыто защитной оболочкой.
Оптическое волокно - типичный диэлектрический волновод электромагнитных
Когда поток света пересекает границу раздела двух сред с показателями
преломления n1 и n2 то как известно наблюдаются два явления: преломление
и отражение. Если световой поток пересекает границу раздела со стороны
оптически более плотной среды то угол преломления больше угла падения. С
ростом угла падения преломленный луч будет прижиматься к границе раздела.
И наконец при определенном угле падения называемом критическим
преломленный луч начнет скользить вдоль поверхности раздела. При углах
падения больших критического преломленный световой поток отсутствует (в
идеализированном случае) поверхность раздела приобретает свойства зеркала
- вся переносимая лучом энергия остается в отраженном потоке. Это явление
носит название полного внутреннего отражения. На эффекте полного
внутреннего отражения построены все оптические волокна. Условно оптическим
волокном называют световоды диаметр которых менее 0.5 мм.
Рис. 12. Волоконная оптика основывается на эффекте полного отражения
Оптоволокно представляет собой оптический волновод – круглый стержень
из оптически прозрачного диэлектрика. Оптические волноводы из-за малых
размеров поперечного сечения принято называть волоконно-оптическими
светодиодами или оптическими волокнами.
Оптическое волокно состоит из небольшой по размеру кварцевой трубочки.
Из-за добавления различных легирующих добавок оптическая плотность у
кварцевой трубочки меняется. Образуется как бы две трубочки имеющие
разную оптическую плотность. Внутренняя трубочка – это сердцевина (ядро) и
она более темная а внешняя – это оболочка и она более светлая. Световой
импульс находится практически все время внутри сердцевины и на границе двух
сред сердцевины и оболочки отражается внутрь сердцевины. Назначение
оболочки – создание лучших условий отражения на границе «сердцевина-
оболочка» и защита от излучения в окружающее пространство. Поверх оболочки
оптического волокна наложено первичное защитно-упрочняющее покрытие
которое повышает прочность волокна.
Рис.13. Срез оптоволоконного кабеля
Для лучшего представления процессов происходящих в оптическом
волокне удобно использовать законы геометрической оптики. Согласно этим
законам световые волны(моды) изображают лучами которые отражаются и
преломляются на границах раздела сред с разными оптическими свойствами.
Оптические свойства среды принято характеризовать показателем преломления.
Среда с большим показателем преломления называется оптически более плотной.
Оптические волны распространяются в оптическом волокне при условии что
сердцевина оптически более плотна по отношению к оптической плотности
Чтобы защитить кварцевые трубочки от влаги и внешних воздействий на
внешнюю оболочку кварцевой трубочки наносят слой лака 2-3 мкм а затем
покрывают ее первичным защитным буфером что позволяет придать эластичность
и гибкость волокну. Внешний диаметр оптического волокна в первичном буфере
— 250 мкм. Некоторые оптические волокна покрывают вторичным слоем защитного
буфера. Внешний диаметр оптоволокна с вторичным буфером составляет 900 мкм.
Диаметр внешней оболочки для всех оптоволокон имеет стандартный размер 125
мкм что позволяет использовать в структурированной кабельной системе
стандартизованные разъемные и неразъемные соединения.
Передача данных в оптоволокне производится с помощью света - как
известно - одной из самых быстрых материй во Вселенной. электрический
сигнал медного кабеля проходит через специальный конвертер и превращается в
свет. Каждая жила оптики подобна стеклянной трубе в зеркальной трубе.
(Полимер разной плотности. Напр 9125 микрон) Свет проникая в нее -
отражается от стыка границ жил жилы и летит все дальше. В конце путешествия
он принимается приемным устройством и обратно перекодируется в
электрический сигнал.
Тем не менее передача данных по оптоволокну осуществляется медленнее
скорости света (~1млрд.кмч). По причине того что микролазеры
использующиеся для передачи света по оптоволокну не производят свет с такой
скоростью. А также по причине потерь в результате преломления лучей.
Скорость затухания сигнала в оптоволокне различается в зависимости от
типа оптической жилы. Так многомодовый кабель (50125 62125) позволяет
передавать сигнал на 2-3 километра без существенных потерь. Одномодовый
кабель (9125) - работает на расстоянии до 10км. Скорее всего многое
зависит от материала который используется при производстве кабелей.
Указанные длины соответствуют кабелям из современных полимеров. Скорее
всего жила из более плотного материала позволит передавать свет на более
длинные расстояния. Также все зависит о источника сигнала. Соответственно
- чем он мощнее тем дальше "полетит" свет.
Классификация оптических волокон
Существует два типа оптических волокон: многомодовые (ММ) и
одномодовые (SM) отличающиеся диаметрами световедущей сердцевины.
Многомодовое волокно в свою очередь бывает двух типов: со ступенчатым и
градиентным профилями показателя преломления по его сечению.
Рис. 14. Графическое изображение прохождения световых лучей по волокнам
Несмотря на огромное разнообразие оптоволоконных кабелей волокна в них
практически одинаковы. По типу конструкции (по размеру серцевины)
оптические волокна делятся на одномодовые (ОМ) и многомодовые (ММ) (рис. ).
Рис. 15. Одномодовые и многомодовые оптические волокна
У многомодового волокна диаметр сердечника (обычно 50 или 625 мкм)
почти на два порядка больше чем длина световой волны. Это означает что
свет может распространяться в волокне по нескольким независимым путям
(модам). И так как разные моды имеют разную длину то сигнал на приемнике
будет заметно "размазан" по времени. Из-за этого тип ступенчатых волокон
(вариант 1) с постоянным коэффициентом преломления (постоянной плотностью)
по всему сечению сердечника уже давно не используется из-за большой
Градиентное волокно (вариант 2) имеет неравномерную плотность
материала сердечника. На рисунке хорошо видно что длины пути лучей сильно
сокращены за счет сглаживания. Хотя лучи проходящие дальше от оси
световода преодолевают большие расстояния они при этом имеют большую
скорость распространения. Происходит это из-за того что плотность
материала от центра к внешнему радиусу уменьшается по параболическому
закону. А световая волна распространяется тем быстрее чем меньше плотность
В результате более длинные траектории компенсируются большей
скоростью. При удачном подборе параметров можно свести к минимуму разницу
во времени распространения. Соответственно межмодовая дисперсия
градиентного волокна будет намного меньше чем у волокна с постоянной
плотностью сердечника.
Однако как бы не были сбалансированы градиентные многомодовые волокна
полностью устранить эту проблему можно только при использовании волокон
имеющих достаточно малый диаметр сердечника. В которых при соответствующей
длине волны будет распространяться один единственный луч.
Реально распространено волокно с диаметром сердечника 8 микрон что
достаточно близко к обычно используемой длине волны 13 мкм. Межчастотная
дисперсия при неидеальном источнике излучения остается но ее влияние на
передачу сигнала в сотни раз меньше чем межмодовой или материальной.
Соответственно и пропускная способность одномодового кабеля намного
больше чем многомодового
Многомодовое оптическое волокно со ступенчатым
показателем преломления
В ступенчатом оптоволокне могут возбуждаться и распространяться до
тысячи мод с различным распределением по сечению и длине оптоволокна. Моды
имеют различные оптические пути и следовательно различные времена
распространения по оптоволокну что приводит к уширению импульса света по
мере его прохождения по оптоволокну. Это явление называется межмодовой
дисперсией и оно непосредственно влияет на скорость передачи информации по
оптоволокну. Область применения ступенчатых оптоволокон короткие (до 1 км)
линии связи со скоростями передачи информации до 100 Мбайтс рабочая длина
волны излучения как правило 085 мкм.
Рис. 16. Многомодовое оптоволокно
Многомодовое оптическое волокно с градиентным показателем преломления
Рис. 17. Многомодовое градиентное оптоволокно
Отличается от ступенчатого тем что показатель преломления изменяется
в нём плавно от середины к краю. В результате моды идут плавно межмодовая
Градиентное оптоволокно в соответствии со стандартами имеет диаметр
сердцевины 50 мкм и 625 мкм диаметр оболочки 125 мкм. Оно применяется во
внутриобъектовых линиях длиной до 5 км со скоростями передачи до 100
Мбайтc на длинах волн 085 мкм и 135 мкм.
Одномодовое оптическое волокно
Стандартное одномодовое оптическое волокно имеет диаметр сердцевины 9
мкм и диаметр оболочки 125 мкм
В этом оптоволокне существует и распространяется только одна мода
(точнее две вырожденные моды с ортогональными поляризациями) поэтому в нем
отсутствует межмодовая дисперсия что позволяет передавать сигналы на
расстояние до 50 км со скоростью до 25 Гбитс и выше без регенерации.
Рабочие длины волн λ1 = 131 мкм и λ2 = 155 мкм.
Рис. 18. Одномодовое оптоволокно
Окна прозрачности оптоволокна.
Говоря об окнах прозрачности оптического волокна обычно рисуют такую
Окна прозрачности оптоволокна
В настоящее время оптоволокно с такой характеристикой уже считается
устаревшим. Достаточно давно освоен выпуск оптоволокна типа AllWave ZWP
(zero water peak с нулевым пиком воды) в котором устранены гидроксильные
ионы в составе кварцевого стекла. Такое стекло имеет уже не окно а прямо
таки проём в диапазоне от 1300 до 1600 нм.
Все окна прозрачности лежат в инфракрасном диапазоне то есть свет
передающийся по ВОЛС не виден глазу. Стоит заметить что в стандартное
оптоволокно можно ввести и видимое глазом излучение. Для этого применяют
либо небольшие блоки присутствующие в некоторых рефлектометрах либо даже
слегка переделанную китайскую лазерную указку. С помощью таких
приспособлений можно находить переломы в шнурах. Там где оптоволокно
сломано будет видно яркое свечение. Такой свет быстро затухает в волокне
так что использовать его можно только на коротких расстояниях (не более 1
Гибкость оптического волокна.
Фотография надеюсь успокоит тех кто привык видеть стекло бьющимся и
Рис. 20. Оптоволокно. Гибкость оптоволокна
Здесь изображено стандартное одномодовое волокно. То самое 125 мкм
кварцевого стекла использующееся повсеместно. Из-за лакового покрытия
оптоволокно способно выдерживать изгибы радиусом в 5 мм (хорошо видно на
рисунке). Свет а значит и сигнал через такой изгиб увы уже не проходит.
Показатель преломления оболочки имеет постоянное значение а
показатель преломления сердцевины может оставаться постоянным или
изменяться вдоль радиуса по определенному закону. Изменение показателя
преломления вдоль радиуса называется профилем показателя преломления –
может быть ступенчатым или градиентным.
Обобщенным параметром оптического волокна является нормированная
частота. Нормированная частота она же и характеристическая частота волокна
представляет собой обобщенный параметр включающий диаметр сердцевины
длину волны и коэффициенты преломления. Каждая из мод имеет свою
характеристическую частоту которая определяет границы ее существования.
Выбирая параметры световода(диаметр коэффициенты преломления и длину
волны) таким образом что следующие высшие моды с более высокими частотами
отсечки не могли распространяться – одномодовый режим работы оптического
волокна. На практике одномодовый режим достигается при диаметре
оптического волокна примерно равном длине волны. Для установления
многомодового режима необходимо увеличивать диаметр сердцевины или
уменьшать длину волны.
Оптический кабель(ОК) конструктивно может быть:
с металлическими элементами(оболочки жилы дистанционного питания
силовые проводники). Как и электрические кабели подвержены всем видам
влияний (гроза коррозия ЛЭП и т. д.)
полностью диэлектрические без металла. Конструкции не имеющие
металлических оболочек менее стойки к внешним механическим
воздействиям (повреждения стихийные бедствия просадка грунта
мерзлотные явления грызуны и т. д.)
Затухание в оптоволокне
Затухание – один из важнейших параметров волоконного световода
определяет уровень потерь и как следствие определяет дальность передачи
по оптическому кабелю. Могут быть собственные потери в волоконных
светодиодах и дополнительные потери:
собственные потери(дБкм): потери поглощения зависящие от чистоты
материала и наличия примесей; потери рассеяния. Потери не одинаковы на
всем спектре стоит учитывать окно прозрачности – область минимальных
потерь участок спектра где достигаются минимальные потери(длина волн
5 мкм; 13мкм; 155мкм);
дополнительные потери: при деформации и изгибах световодов при
наложении покрытий защитной оболочки при изготовлении кабеля
проявляются если радиус изгиба кабеля меньше минимального радиуса
изгиба указанного в спецификации.
Достоинства оптоволокна
широкополосность возможность передачи большого потока информации
(несколько тысяч каналов);
малые потери и соответственно большая длина трансляционных участков
малые габаритные размеры и масса (в 10 раз меньше чем электрических
высокая защищенность от внешних воздействий и переходных помех;
надежная техника безопасности (отсутствие искрения и короткого
Недостатки оптоволокна
подверженность волоконных световодов радиации за счет которой
появляются пятна затемнения и возрастает затухание;
водородная коррозия стекла приводящая к микротрещинам световода и
ухудшению его свойств.
Применение оптического кабеля
Оптический кабель(ОК) по своему назначению может быть классифицирован
на 3 группы: магистральные зоновые и городские. В отдельные группы
выделяются подводные объектовые и монтажные.
Магистральные ОК предназначаются для передачи информации на большие
расстояния и значительное число каналов. Они должны обладать малыми:
затуханием и дисперсией и большой информационно-пропускной способностью. В
таких кабелях используется одномодовое волокно с размерами сердцевины и
оболочки 8125 мкм. Длина волны лежит в диапазоне от 13 155 мкм.
Зоновые ОК служат для организации многоканальной связи между областным
центром и районами с дальностью связи до 250 км. Используются градиентные
волокна с размерами 50125 мкм. Длина волны 13 мкм.
Городские ОК применяются в качестве соединительных между городскими
АТС и узлами связи. Они рассчитаны на короткие расстояния (до 10 км) и
большое число каналов. Волокна градиентные (50125 мкм). Длина волны 085 и
мкм. Эти линии как правило работают без промежуточных линейных
Подводные ОК предназначаются для осуществления связи через большие
водные преграды. Они должны обладать высокой механической прочностью на
разрыв и иметь надежные влагостойкие покрытия. Для подводной связи важно
иметь малое затухание и большие длины регенерационных участков.
Объектовые ОК служат для передачи информации внутри объекта. Сюда
относятся учрежденческая и видеотелефонная связь внутренняя сеть
кабельного телевидения а также бортовые информационные системы подвижных
объектов (самолет корабль и др.).
Монтажные ОК используются для внутреннего и межблочного монтажа
аппаратуры. Они выполняются в виде жгутов или плоских лент.
Преимущества оптического кабеля.
Оптоволокно используется во многих сферах промышленности - равно как и
в быту. Во-первых оптический кабель является диэлектриком что делает его
безопасным при передаче данных на нефтепроизводствах и других взрывоопасных
Во-вторых по этой же самой причине оптика крайне незначительно
накапливает статическое электричество. Величины настолько малы - что их
даже не принято учитывать. Соответственно оптоволоконные кабели могут
использоватся в сетях на различных объектах связанных с высокими
Оптико-волоконные кабели могут быть уложены в воду в землю в
агресивную среду - при использовании специальных оболочек. Тем не менее
основное назначении оптики - передача данных на длинные расстояния.
На границе возможностей оптического кабеля ставится специальное
устройство - репитер увеличивающий расстояние на очередную длину. При
соединении оптоволокна используются оптические муфты в которых волокна
свариваются между собой.
Сейчас при стоимости метра оптики равной стоимости витой пары можно
говорить о строительстве сетей полностью на ней. Но это не значит что ее
монтаж можно поручить низкоквалифицированным монтажникам.
Обычно в любой компании - производящей монтаж кабельных оптических
сетей - проектированием монтажом оптических сетей занимается отдельная
бригада - а то и целый отдел. Это связано с различными особенностями при
Например оптический кабель нельзя сгинать под углами менее 110-120
градусов. Монтаж оптоволокна желательно производить в гофрированной трубе -
в связи с невысокой прочностью обычного оптического кабеля. Его несложно
Чаще всего прокладка оптики производится в отдельный канал. И так
далее - подобных тонкостей работы при работе с такого рода кабелями
довольно много. Кроме того - отдельного раздела заслуживает способ
соединения и терминирование оптоволокна.
Кабель терминируется на специальные соеденители - коннекторы. Их
бывает несколько видов.
Принцип работы устройств на базе оптоволокна.
Сегодня для передачи оцифрованных видео аудио сигналов и информации
предпочтение отдается оптоволоконным системам. В сфере бизнеса и индустрии
устройства на оптоволоконной базе стали стандартами для передачи
телекоммуникационной информации на суше.
Для военных и оборонных целей требуется передача информации в больших
объемах и с большей скоростью поэтому ведутся работы по модернизации уже
готовых и проектированию новых оптоволоконных устройств. И хотя это только
на начальной стадии планируется что в скором времени волоконно-оптические
системы управления заменят проводные системы управления при этом кабельная
часть будет легче компактнее и надежнее.
Оптоволоконная технология в сочетании со спутниковыми и
радиовещательными средствами передач предлагает новое устройство мира со
средствами коммуникации гражданского и специального назначения например в
авиационной радиоэлектронике робототехнике системах вооружений датчиков
транспортных средствах и других сферах где требуется высокая
производительность. С функциональной точки зрения оптоволоконные системы
схожи с проводными которые они стремительно вытесняют. Основанная разница
между ними состоит в том что для передачи информации в оптоволоконных
системах используется световой импульс (фотон) а не электронный импульс
как в проводах. Другая разница становится понятной при взгляде на поток
передачи информации от точки до точки в оптоволоконной системе
Рисунок: сигнал на входе – передающее устройство (драйвер – источник –
соединитель волокно-кабель) – оптоволокно – принимающее устройство
(соединитель волокно-кабель – детектор – выходная цепь) – сигнал на выходе.
Та часть оптической системы связи на которой осуществляется
преобразование сигнала называется передающим устройством. Это источник
всей информации которая поступает в оптоволоконную систему. Передающее
устройство трансформирует электрические сигналы в световые импульсы.
Фактическим источником импульсов света является светоизлучающий диод (LED)
или лазерный диод (ILD). Посредством линзы импульсы света направляются в
волоконно-оптический соединитель и далее по линии. По волоконно-оптической
линии световые импульсы передаются легко исходя из принципа «полного
внутреннего отражения».
Согласно этому принципу если угол падения превышает определенный
показатель то свет не будет проходить через отражающую поверхность
материала а будет возвращаться назад. В случае с оптоволоконными системами
связи этот принцип позволяет передавать световые импульсы по изогнутым
кабелям без потерь светового сигнала в волоконной нити.
На другом конце линии световые импульсы попадают на декодирующий
элемент который называется оптическим приемником или детектором.
Соединитель подводящий кабель непосредственно к детектору оснащен
специальным оптоволоконным контактом. Оптоволоконный приемник предназначен
для декодирования светового сигнала и последующей обработки его в
электрический сигнал. После этого информация передается на электронные
приборы такие как компьютеры устройства навигационного управления
видеомониторы и т.д.
Впервые термин электротехника появился в 1879 году больше чем на три
четверти века позже открытия первого источника электропитания так
называемого Вольтова столба. Но прототипы современной кабельной продукции
появились гораздо раньше. В 1811 году российским ученым Павлом Шиллингом
был предложен первый подводный электрокабель состоявший из тонкой медной
проволоки покрытой шелком и пенькой исполняющих роль изоляции.
Современный силовой кабель состоит из трех обязательных составляющих:
жилы (которая собственно и проводит ток) изоляции и оболочки. Материалом
для жилы обычно служат медь или алюминий.
В настоящий момент электромонтажная продукция различает три вида
изоляции силового кабеля это бумажная ПВХ-изоляция и сшитый полиэтилен.
Последний вид считается самым прочным так как способен выдержать
значительные перепады температур и скачки напряжения. Силовой кабель нашел
свое применение в различных промышленных отраслях и используется как при
прокладке линий высоковольтных передач так и на бытовом уровне.
В 1894 году Николой Теслой был запатентован первый электропроводник
для переменного тока. А уже в 1929 году благодаря Ллойду Эспеншиду и
Герману Эффелю мир узнал что такое коаксиальный кабель. В 1936 году с
помощью него транслировалась первая телепередача с Олимпийских игр
проходящих в Берлине.
В отличие от обычного силового коаксиальный кабель служащий для
передачи высокочастотных сигналов обязательно имеет экранирование
(оплетку). Тем самым он препятствует возникновению электромагнитных помех и
сохраняет чистоту передаваемого сигнала. Коаксиальная кабельно-
проводниковая продукция до сих пор применяется в каналах бытовой связи но
постепенно уступает позиции витой паре и более продвинутому оптоволокну.
Название произошло[от лат. со (cum) — совместно и axis — ось] кабель
в котором оба проводника тока образующие электрическую цепь представляют
собой 2 соосных цилиндра. К. к. применяется для передачи электрических
сигналов в линиях дальней связив антенно-фидерных устройствах
радиоэлектронной и телевизионной аппаратуры между блоками радиотехнической
аппаратуры и т.д. Электромагнитное поле К. к. сосредоточено в пространстве
между проводниками тока то есть внешнего поля нет и поэтому потери на
излучение в окружающее К. к. пространство практически отсутствуют.
Коаксиальный кабель (coaxial cable или coax) имеет конструкцию
схематически представленную на рисунке.
Строение коаксиального кабеля
Рис. 22. Строение коаксиального кабеля
Коаксиальный кабель (см. рисунок) состоит из:
(A) — оболочки (служит для изоляции и защиты от внешних воздействий)
из светостабилизированного (то есть устойчивого к ультрафиолетовому
излучению солнца) полиэтилена поливинилхлорида повива фторопластовой
ленты или иного изоляционного материала;
(B) — внешнего проводника (экрана) в виде оплетки фольги покрытой
слоем алюминия пленки и их комбинаций а также гофрированной трубки повива
металлических лент и др. из меди медного или алюминиевого сплава;
(C) — изоляции выполненной в виде сплошного (полиэтилен вспененный
полиэтилен сплошной фторопласт фторопластовая лента и т. п.) или
полувоздушного (кордельно-трубчатый повив шайбы и др.) диэлектрического
заполнения обеспечивающей постоянство взаимного расположения (соосность)
внутреннего и внешнего проводников;
(D) — внутреннего проводника в виде одиночного прямолинейного (как на
рисунке) или свитого в спираль провода многожильного провода трубки
выполняемых из меди медного сплава алюминиевого сплава омеднённой стали
омеднённого алюминия посеребрённой меди и т. п.
Здесь электрическими проводниками являются центральная жила и
экранирующая оплетка. Диаметр жилы и внутренний диаметр оплетки а также
диэлектрическая проницаемость изоляции между ними определяют частотные
свойства кабеля. Материал и сечение проводников и изоляции определяют
потери сигнала в кабеле и его импеданс. В идеальном случае электрическое и
магнитное поля образующиеся при прохождении сигнала целиком остаются
внутри кабеля так что ко-аксиальный кабель не создает электромагнитных
помех. Также он малочувствителен ко внешним помехам (если он находится в
однородном поле помех). На практике конечно же коаксиальный кабель и
излучает и принимает помехи но в относительно небольшой степени. Самый
лучший по свойствам коаксиальный кабель применяемый в телекоммуникациях —
толстый желтый кабель Ethernet имеет по-серебреную центральную жилу
толщиной 2 мм и двойной слой экранирующей оплётки. Коаксиальный кабель
используется только при асимметричной передаче сигналов поскольку он сам
принципиально асимметричен.
Главный недостаток коаксиального кабеля — ограниченная пропускная
способность — в локальных сетях «потолок» 10 Мбитс достигнут в технологии
Ethernet 10Base2 и 10Base5. В разных приложениях используется коаксиальный
кабель с различными значениями импеданса: 50 Ом — Ethernet 75 Ом —
передача радио- и телевизионных сигналов 93 Ом — в ЛВС ARCnet. Типы
популярных коаксиальных кабелей приведены в табл. 1. В современных
стандартах на кабели для телекоммуникаций коаксиальные кабели уже не
рассматриваются и тем более не рекомендуются для применения при установке
новых сетей. Стандарту EIATIA-568A соответствуют только коаксиальные
кабели с импедансом 50 Ом применяемые в технологии Ethernet.
Основные параметры коаксиального кабеля
Импеданс — основной показатель определяющий возможность передачи
энергии сигнала по кабелю между источником и приемником. Все элементы на
пути сигнала разъемы и сам кабель должны иметь один импеданс. Несоблюдение
этого правила приводит к внутренним отражениям в кабеле что может привести
к появлению на изображении двойных контуров. Самой частой причиной
появления отражений являются некачественные разъемы или их неправильная
установка а также применение разъемов и кабелей разного импеданса.
Стандартный импеданс видеокабелей составляет 75 Ом.
Затухание — показатель потерь энергии сигнала внутри кабеля. Каждый
кабель имеет свои частотные свойства поэтому ослабление на разных частотах
тоже разное и чем частота выше тем ослабление больше.
Сопротивление — показатель качества проводника буквально
показывающий какая часть энергии сигнала превратится в тепло. Результат
таких потерь — снижение уровня сигнала а соответственно динамической
яркости изображения. Сопротивление измеряется в омах () и именуется иначе
как сопротивление постоянному току или активное сопротивление. Для кабелей
сопротивление указывается как Ом на 100 метров (100m) или Ом на 1000
футов (1000 feet) и может именоваться также как погонное сопротивление.
Сопротивление зависит от материала проводника его размеров и температуры.
Лучшие кабели имеют сигнальные проводники из химически чистой меди или
покрываются тонким слоем серебра.
Емкость. По конструкции любой коаксиальный кабель — вытянутый
конденсатор. Емкость измеряется в фарадах (F) а емкость кабеля в
пикофарадах на метр (pFm) или в пикофарадах на фут (pFft). Емкость кабеля
влияет на высокочастотные составляющие видеосигнала то есть на четкость и
детализацию изображения. Емкость определяется качеством диэлектрика и
конструкцией кабеля. Этот параметр особенно важен при передаче цифровых
Так как внешний проводник одновременно служит электромагнитным
экраном защищающим электрическую цепь тока от влияний извне К. к.
обладает высокой помехозащищенностью. К. к. имеет относительно малые потери
энергии передаваемых сигналов. Коаксиальные кабели связи (См. Кабель связи)
характеризуются диаметрами внутренних и внешних проводников которые как
правило отражены в их марке например КПК-518 (коаксиальный подводный
кабель с диаметрами внутреннего проводника 5 мм и внутренним диаметром
Назначение коаксиального кабеля
Основное назначение коаксиального кабеля — передача высокочастотного
сигнала в различных областях техники:
антенно-фидерные системы;
АСУ и другие производственные и научно-исследовательские технические
системы дистанционного управления измерения и контроля;
системы сигнализации и автоматики;
системы объективного контроля и видеонаблюдения;
каналы связи различных радиоэлектронных устройств мобильных объектов
(судов летательных аппаратов и др.);
внутриблочные и межблочные связи в составе радиоэлектронной
каналы связи в бытовой и любительской технике;
военная техника и другие области специального применения.
Классификация коаксиальных кабелей
По назначению — для систем кабельного телевидения для систем связи
авиационной космической техники компьютерных сетей бытовой техники и т.
По волновому сопротивлению (хотя волновое сопротивление кабеля может быть
любым) стандартными являются пять значений по российским стандартам и три
Ом — наиболее распространённый тип применяется в разных областях
радиоэлектроники. Причиной выбора данного номинала была прежде всего
возможность передачи радиосигналов c небольшими потерями в кабеле а
также близкие к предельно достижимым показания электрической прочности
и передаваемой мощности;[4]
Ом — распространённый тип применяется преимущественно в
телевизионной и радиотехнике (был выбран по причине[источник не указан
6 дней]меньшего ослабления сигнала по сравнению с 50 Ом кабелем и
хорошего согласования с волновым сопротивлением наиболее
распространенного типа антенн — полуволнового диполя (73 ом); при этом
потери в кабеле ниже чем для 50 Ом);
0 Ом — применяется редко в импульсной технике и для специальных
целей международными стандартами не предусмотрен;
0 Ом — применяется крайне редко международными стандартами не
Имеются и иные номиналы; кроме того существуют коаксиальные кабели с
ненормируемым[источник не указан 740 дней] волновым сопротивлением:
наибольшее распространение они получили в аналоговой звукотехнике.
По диаметру изоляции:
субминиатюрные — до 1 мм;
миниатюрные — 15—295 мм;
среднегабаритные — 37—115 мм;
крупногабаритные — более 115 мм.
По гибкости (стойкость к многократным перегибам и механический момент
изгиба кабеля): жёсткие полужёсткие гибкие особогибкие.
По степени экранирования:
с экраном из металлической трубки
с экраном из лужёной оплётки
с однослойной оплёткой
с двух- и многослойной оплёткой и с дополнительными экранирующими
излучающие кабели имеющие намеренно низкую (и контролируемую) степень
Коаксиальный кабель до недавнего времени был распространен наиболее
широко что связано с его высокой помехозащищенностью (благодаря
металлической оплетке) а также более высокими чем в случае витой пары
допустимыми скоростями передачи данных (до 500 Мбитс) и большими
допустимыми расстояниями передачи (до километра и выше). К нему труднее
механически подключиться для несанкционированного прослушивания сети он
также дает заметно меньше электромагнитных излучений вовне. Однако монтаж и
ремонт коаксиального кабеля существенно сложнее чем витой пары а
стоимость его выше (он дороже примерно в 15-3 раза по сравнению с кабелем
на основе витых пар). Сложнее и установка разъемов на концах кабеля.
Поэтому его сейчас применяют реже чем витую пару.
Основное применение коаксиальный кабель находит в локальных
компьютерных сетях с топологией типа «шина». При этом на концах кабеля
обязательно должны устанавливаться терминаторы для предотвращения
внутренних отражений сигнала причем один (и только один!) из терминаторов
должен быть заземлен. Без заземления металлическая оплетка не защищает сеть
от внешних электромагнитных помех и не снижает излучение передаваемой по
сети информации во внешнюю среду. Но при заземлении оплетки в двух или
более точках из строя может выйти не только сетевое оборудование но и
компьютеры. Терминаторы должны быть обязательно согласованы с кабелем то
есть их сопротивление должно быть равно волновому сопротивлению кабеля.
Например если используется 50-омный кабель для него подходят только 50-
Реже коаксиальные кабели применяются в сетях с топологией «звезда» и
«пассивная звезда» (например в сети Arcnet). В этом случае проблема
согласования существенно упрощается так как внешних терминаторов на
свободных концах не требуется.
Волновое сопротивление кабеля указывается в сопроводительной
документации. Чаще всего в локальных сетях применяются 50-омные (например
RG-58 RG-11) и 93-омные кабели (например RG-62). 75-омные кабели
распространенные в телевизионной технике в локальных сетях не
используются. Вообще марок коаксиального кабеля значительно меньше чем
кабелей на основе витых пар. Он не считается особо перспективным.
Существует два основных типа коаксиального кабеля:
Тонкий кабель имеющий диаметр около 0.5 см более гибкий;
Толстый кабель имеющий диаметр около 1 см значительно более жесткий. Он
представляет собой классический вариант коаксиального кабеля который уже
почти полностью вытеснен более современным тонким кабелем.
Тонкий кабель используется для передачи на меньшие расстояния чем
толстый так как в нем сигнал затухает сильнее. Зато с тонким кабелем
гораздо удобнее работать: его можно оперативно проложить к каждому
компьютеру а толстый требует жесткой фиксации на стене помещения.
Подключение к тонкому кабелю (с помощью разъемов BNC байонетного типа)
проще и не требует дополнительного оборудования а для подключения к
толстому кабелю надо использовать специальные довольно дорогие устройства
прокалывающие его оболочки и устанавливающие контакт как с центральной
жилой так и с экраном. Толстый кабель примерно вдвое дороже чем тонкий.
Поэтому тонкий кабель применяется гораздо чаще.
Как и в случае витых пар важным параметром коаксиального кабеля
является тип его внешней оболочки. Точно так же в данном случае применяются
как non-plenum (PVC) так и plenum кабели. Естественно тефлоновый кабель
дороже поливинилхлоридного. Обычно тип оболочки можно отличить по ее
окраске (например для кабеля PVC фирма Belden использует желтый цвет а
для тефлонового - оранжевый).
Типичные величины задержки распространения сигнала в коаксиальном
кабеле составляют для тонкого кабеля около 5 нсм а для толстого - около
Существуют варианты коаксиального кабеля с двойным экраном (один экран
расположен внутри другого и отделен от него дополнительным слоем изоляции).
Такие кабели имеют лучшую помехозащищенность и защиту от прослушивания но
они немного дороже обычных.
В настоящее время считается что коаксиальный кабель устарел в
большинстве случаев его вполне может заменить витая пара или оптоволоконный
кабель . Новые стандарты на кабельные системы уже не включают его в
перечень типов кабелей.
Витая пара (от англ. Twisted Pair) изолированные проводники попарно
свитые между собой некоторое число раз на определенном отрезке длины что
требуется для уменьшения перекрестных наводок между проводниками. Такие
линии как нельзя лучше подходят для создания симметричных цепей в которых
используется балансный принцип передачи информации симметричная цепь.
Приемник и передатчик гальванически развязаны друг от друга
согласующими трансформаторами. При этом во вторичные обмотки (сетевые
адаптеры) подается только разность потенциалов первичной обмотки
(непосредственно протяженной линии). Из-за этого необходимо отметить два
Рис. 23. Принцип передачи информации
■ Токи в любой точке идеальной витой пары равны по значению и
противоположны по направлению. Следовательно векторы напряженности
электромагнитного поля каждого из проводников противоположно направлены и
суммарное ЭМИ отсутствует. Под идеальной витой парой понимается линия в
которой проводники бесконечно плотно прилегают друг к другу имеют
бесконечно малый диаметр и ток протекающий через них стремится к нулю.
■ Метод накладывает некоторые ограничения на протокол передачи
(невозможность передачи постоянной составляющей) но значительно более
устойчиво к внешним влияниям (по сравнению например с несимметричным RS-
2). В результате напряжение наводки на вторичной обмотке будет синфазным
соответственно не передастся на вторичную обмотку (сетевой адаптер).
Рис. 24 Конструкция витой пары
Витая пара — вид кабеля связи представляет собой одну или несколько
пар изолированных проводников скрученных между собой (с небольшим числом
витков на единицу длины) покрытых пластиковой оболочкой.
Свивание проводников производится с целью повышения связи проводников
одной пары (электромагнитная помеха одинаково влияет на оба провода пары) и
последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников а
также взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов. Для снижения
связи отдельных пар кабеля (периодического сближения проводников различных
пар) в кабелях UTP категории 5 и выше провода пары свиваются с различным
Витая пара — один из компонентов современных структурированных
кабельных систем. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в
качестве сетевого носителя во многих технологиях таких как Ethernet
ARCNet и Token ring. В настоящее время благодаря своей дешевизне и
лёгкости в установке является самым распространённым решением для
построения локальных сетей.
Как правило кабель имеет 4 пары в одной оболочке. Немного реже
встречаются 2-х парные варианты которые можно применять с ограниченным
числом сетевых протоколов.
Эффект от применения экрана на первый взгляд достаточно прост -
уменьшение внешних наводок на экранированную пару (или несколько пар) и
снижение уровня их электромагнитного излучения "наружу".
В домашних сетях (с использованием любого типа кабеля) не создается
экранированной кабельной системы. Наиболее хорошей аналогией будет
прокладка обычной витой пары в металлической трубе (этот способ часто
применяют в условиях монтажа сетей в промышленных помещениях).
Экран индивидуальный для каждой пары действительно позволяет
улучшить электрические показатели кабеля но вызывает значительный рост
стоимости а так же веса и объема.
Благодаря низкой цене удобному и легкому монтажу широкое
распространение получила только незащищенная витая пара (UTP). Именно она
является основой всех современных компьютерных сетей.
Параметры определяющие электрические свойства витой пары
Электрические свойства витой пары как обычной направляющей системы
электромагнитных колебаний характеризуются сопротивлением R индуктивностью
проводников L емкостью C и проводимостью изоляции G.
Активное сопротивление R постоянному току зависит от материала проводника
его геометрических размеров и его температуры. По распространенному
стандарту EIATIA-568A это значение не должно превышать 192 Ом на
короткозамкнутом шлейфе длиной в 100 метров при температуре 20° С.
С увеличением частоты сигнала активное сопротивление растет. Это
обусловлено прохождением тока в основном по части обращенной к другому
проводнику (эффект близости). Вытеснение тока к поверхности проводника
(скин-эффект) для проводов тоньше 08 мм мало заметен но какое-то
минимальное влияние на уменьшение эффективного сечения то же оказывает.
Проводимость изоляции G является мерой качества материала и его
нанесения на поверхность отдельного проводника. В основном на проводимость
изоляции влияют затраты на поляризацию диполей материала диэлектрика.
По стандарту для современных кабелей величина емкости составляет не более
Особо нужно отметить что применение экрана вызывает рост емкости
примерно на 30% что существенно снижает его эксплуатационные свойства
Волновое сопротивление расчитывается по формуле Z = v(R+jwL)(G+jwC)
которую для высоких частот Ethernet можно упростить до Z = vLC. В рабочем
диапазоне кабеля эта величина должна составлять 100 ± 15% Ом.
Способ передачи видеосигнала по витой паре на дистанции 500-2000 м при
сравнении с коаксиальным кабелем дает следующие преимущества:
■ Передача по витой паре лучше защищает видеосигнал от внешних
электромагнитных помех за счет перевивки проводов в паре. Эта особенность
витой пары а также использование симметричных передатчиков и приемников
видеосигнала позволяет обеспечить качество изображения значительно менее
зависимое от длины линии связи и внешней электромагнитной обстановки.
Особенно успешно подавляются магнитные составляющие внешних наводок в
низкочастотной области спектра видеосигнала. Подробнее см. статью "Причины
искажения видеоизображения" на сайте.
■ Применение экранированных витых пар с заземлением экрана позволяет
существенно уменьшить влияние как магнитной так и электрической
составляющих внешнего электромагнитного поля.
Использование витой пары позволяет по одному многопарному кабелю
одновременно передавать разнотипные сигналы (видео звук телеметрию)
причем количество передаваемых сигналов по одному кабелю ограничивается
только количеством витых пар в кабеле.
■ Способ передачи изображения по витой паре позволяет существенно
снизить финансовые расходы при оборудовании объектов системами
видеонаблюдения. Чем протяженнее линии связи и больше количество видеокамер
в системе наблюдения тем выше экономия. К сожалению способ передачи по
витой паре имеет не только достоинства но и ограничения:
■ Значительные частотные потери и фазовые искажения в спектре
передаваемого видеосигнала. Например при передаче на расстояние 2 км
сигнал частотой 4 МГц ослабляется на 80-120 дБ в зависимости от
используемой марки витой пары. Компенсация таких потерь приводит к
значительному усложнению и удорожанию как передатчиков так и приемников.
■ Использование многопарных кабелей при передаче видеосигнала на
дистанции 1-2 км приводит к сращиванию отдельных кусков кабеля. Для
сохранения постоянного волнового сопротивления при разводке линии связи
потребуются кабели с близкими параметрами (сечением проводников диаметром
изоляции направлением и шагом завивки пар).
Передача видеосигнала на дистанции 1-2 км накладывает следующие основные
требования на применяемую витую пару:
■ Вне помещения и на промышленных объектах необходимо использовать
только экранированную витую пару с обязательным заземлением экрана
■ Для уменьшения затухания видеосигнала на дистанциях 1-2 км
проводники витой пары должны быть из меди диаметром 04-05 мм. Кабели
витой пары с омедненными стальными проводниками (например "полевой кабель
П-274М) лучше не применять из-за потерь более 80 дБкм в верхней области
спектра видеосигнала. Использование витой пары с большим затуханием в
области высоких частот приводит к искажениям видеоизображения в виде потери
четкости цвета искажениям по строкам.
■ Волновое сопротивление витой пары может составлять величину в
пределах 100-150 Ом. Несогласованное волновое сопротивление приводит к
повторам изображения.
Виды кабеля который применяется в сетях
В зависимости от наличия защиты — электрически заземлённой медной оплетки
или алюминиевой фольги вокруг скрученных пар определяют разновидности
незащищенная витая пара (UTP — Unshielded twisted pair) - какие-либо
защита или экранирование отсутствуют;
фольгированная витая пара (FTP — Foiled twisted pair) — также известна
как SUTP присутствует один общий внешний экран;
защищенная витая пара (STP — Shielded twisted pair) — присутствует экран
фольгированная экранированная витая пара (SFTP — Shielded Foiled
twisted pair) — отличается от FTP наличием дополнительного внешнего экрана
защищенная экранированная витая пара (SSTP — Screened shielded
twisted pair) — отличается от STP наличием дополнительного общего внешнего
Экранирование обеспечивает лучшую защиту от электромагнитных наводок
как внешних так и внутренних и т. д. Экран по всей длине соединен с
неизолированным дренажным проводом который объединяет экран в случае
разделения на секции при излишнем изгибе или растяжении кабеля.
В зависимости от структуры проводников — кабель применяется одно- и
многожильный. В первом случае каждый провод состоит из одной медной жилы а
во втором — из нескольких.
Одножильный кабель не предполагает прямых контактов с подключаемой
периферией. То есть как правило его применяют для прокладки в коробах
стенах и т. д. с последующим оконечиванием розетками. Связано это с тем
что медные жилы довольно толсты и при частых изгибах быстро ломаются.
Однако для «врезания» в разъемы панелей розеток такие жилы подходят как
В свою очередь многожильный кабель плохо переносит «врезание» в
разъёмы панелей розеток (тонкие жилы разрезаются) но замечательно ведет
себя при изгибах и скручиваниях. Кроме того многожильный провод обладает
большим затуханием сигнала. Поэтому многожильный кабель используют в
основном для изготовления патчкордов (patchcord) соединяющих периферию с
Требования к маркировке кабеля
Унификация маркообразования симметричных кабелей – одна из
актуальнейших проблем российского рынка кабельной продукции. Многие
разработанные ранее маркировки не соответствуют современным условиям новым
конструкциям и материалам. Сегодня применяются медная омедненная и
алюминиевая токопроводящие жилы различного диаметра наносится броня из
медной оплетки стальной или стальной оцинкованной проволоки стальной
гофрированной ленты диэлектрический и металлический выносной силовой
элемент. Так как каждый завод обозначает это разнообразие по-своему
существует более 100 различных маркировок витой пары что приводит к
сложностям в идентификации. Единая маркировка должна обеспечить
совместимость продукции разных заводов и однозначно идентифицировать
определенную конструкцию с заданными параметрами.
В России нет стандарта который определял бы требования к
структурированным кабельным сетям поэтому приходится ориентироваться на
требования западных стандартов. Среди них наиболее популярны три:
международный ISOIEC 11801 североамериканский ANSITIAEIA-568-B и
европейский ENCENELEC 50173. Остальные известные стандарты– вАвстралии
ASNZS 3080 в Великобритании BS50173 в Канаде CSA T528 – являются
национальными и основываются на перечисленных выше. Стандарты
регламентируют какие элементы должны обязательно присутствовать в
маркировке. Всегда указывается производитель и торговая марка или
номенклатурный номер кабеля. В частности торговую марку на оболочку
наносят такие известные производители как Rexant Neomax Hyperline
Signamax Belden Nexans.
Категория витой пары которая обозначается как cat1–cat7 определяет
рабочий диапазон частот. Чем выше категория кабеля тем больше в нем витков
CAT 1 – телефонный кабель состоящий из одной пары применялся для
передачи только голосовых сообщений с полосой пропускания 01 МГц;
CAT 2 – кабель состоящий из двух пар проводников поддерживал
передачу данных на скоростях до 4 Мбитс. Сейчас иногда встречается в
телефонных сетях для передачи голосовых сообщений и данных на скорости до 1
Мбитс полосой пропускания до 1 МГц;
CAT 3 – 4-парный кабель предназначенный для передачи голосовых
сообщений и данных на скорости до 10 Мбитс для сетей Ethernet 10Base-T
полоса пропускания – 16 МГц;
CAT 4 – кабель из 4 пар использовался в сетях tokenring 10Base-T
0Base-T BASE-T4 скорость передачи данных не превышает 16 Мбитс по
одной паре полоса пропускания – 20 МГц;
CAT 5 – кабель для сетей со скоростью передачи данных до 100 Мбитс;
CAT 5e — кабель со скоростью передачи данных до 125Мбитс при
использовании двух пар и до 1000Мбитс при использовании 4 пар. Кабель
категории 5e является самым распространенным и используется для построения
компьютерных сетей с полосой пропускания 125 МГц.
CAT 6 – применяется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet кабель
способен передавать данные на скорости до 1000 Мбитс полоса пропускания –
CAT 6A – применяется в сетях Ethernet способен передавать данные на
скорости до 10 Гбитс частота пропускания 500 МГц;
CAT 7 — скорость передачи данных до 100 Гбитс частота пропускания –
до 600—700 МГц. Кабель имеет не только общую экранировку но и экран для
каждой пары в отдельности. Создан для тех же целей что и кабель Cat 6.
К обязательным элементам маркировки стандарты относят указание
производителя и марки продукции категорию рабочих характеристик передачи и
метки длины; к рекомендованным элементам маркировки – класс характеристик
пожарной безопасности.
В США Канаде Великобритании и России чаще (95%) используется
неэкранированная витая пара. В Германии Австрии Швейцарии преобладает
экранированная витая пара доля которой составляет также 90–95 % при этом
лидирующие позиции занимают кабели типа UFTP и SFTP. Во Франции
соотношение экранированнаянеэкранированная витая пара – 60 и 40%.
Рекомендуется использовать экранированный кабель на участках большой
протяженности при требованиях высокой пропускной способности в зоне
сильных помех а также для линий внешней прокладки (подвески).

Прокладка ПЧ.4.cdw

Методическое пособие заочники тси.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ
краевое ГОсударственное бюджетное образовательное учреждение среднего
профессионального образованИя
(СРЕДНЕЕ СПЕЦИАЛЬНОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ)
«красноярский техниКум информатики и
вычислительной техники»
Методическое пособие
по дисциплине«Технические средства информатизации»
(для студентов заочного отделения)
0115«Программирование в компьютерных сетях»
«Специальных дисциплин вычислительной
техники и информационных технологий»
«Специальных дисциплин вычислительной техники и информационных технологий»
Кондрат И.А. преподаватель первой квалификационной категории.
Устройство ввода информации – компьютерная мышь 6
Лазер вместо светодиода 7
Устройство ввода информации - клавиатура 9
Краткий обзор клавиатур для карманных компьютеров 13
Устройства ввода информации – сенсорные экраны 15
Резистивный сенсорный экран 15
Ёмкостный сенсорный экран 18
Проекционно-ёмкостной сенсорный экран 19
Сенсорные экраны основанные на ПАВ 21
Инфракрасные сенсорные экраны 22
Устройство ввода информации - сканер 24
Материнская плата 29
Структура материнской платы ноутбука 40
Устройства вывода информации 42
Жидкокристаллические мониторы 42
Плазменная панель 46
Устройства вывода информации - принтеры 51
Струйные принтеры 51
Характеристики Web-камер 58
Устройство и принцип работы web-камеры 59
Технические средства информатизации – это совокупность систем машин
приборов механизмов устройств и прочих видов оборудования
предназначенных для автоматизации различных технологических процессов
информатики причем таких выходным продуктом которых является информация
(данные) используемые для удовлетворения информационных потребностей в
разных областях деятельности общества.
Все технические средства информатизации в зависимости от выполняемых
функций можно разделить на шесть групп:
Устройства ввода информации:
- Место указания (мышь световое перо трекбол графический планшет
- Мультимедиа (графика (сканер и цифровая фотокамера) звук (магнитофон
микрофон) видео (веб-камера видеокамера))
Устройства вывода информации:
- Мультимедиа (графика (принтер плоттер) звук (наушники акустические
системы) видео (видеомагнитофон видеокамера))
Устройства обработки информации:
Устройства передачи и приема информации:
Многофункциональные устройства:
- Устройства копирования
- Устройства размножения
- Издательские системы
Устройства хранения информации
Как следует из приведенной выше классификации большая часть современных
технических средств информатизации в той или иной мере связана с ЭВМ –
персональными компьютерами (ПК).
Устройства ввода и вывода являются непременным и обязательным элементом
любой ЭВМ начиная с самой первой и заканчивая современными ПК поскольку
именно эти устройства обеспечивают взаимодействие пользователя с
вычислительной системой.
Все устройства вводавывода персонального компьютера относятся к
периферийным устройствам т.е. подключаемым к микропроцессору через
системную шину и соответствующие контроллеры. На сегодняшний день
существуют целые группы устройств (например устройства местоуказания
мультимедиа) которые обеспечивают эффективную и удобную работу
Главным устройством вычислительной машины является микропроцессор
обеспечивающий в наиболее общем случае управление всеми устройствами и
обработку информации. Для решения специфических задач например
математических вычислений современные персональные компьютеры оснащаются
сопроцессорами. Эти устройства относятся к устройствам обработки
Устройства передачи и приема информации (или устройства связи) являются
непременными атрибутами современных информационных систем которые все
больше приобретают черты распределенных информационных систем в которых
информация хранится не в одном месте а распределена в пределах некоторой
Модем (модулятор-демодулятор) – устройство преобразующее информацию в
такой вид в котором ее можно передавать по телефонным линиям связи.
Внутренние модемы имеют PCI-интерфейс и подключаются непосредственно к
системной плате. Внешние модемы подключаются через порты COM или USB.
Сетевой адаптер (сетевая плата) – электронное устройство выполненное в
виде платы расширения (может быть интегрирован в системную плату) с
разъемом для подключения к линии связи.
Устройства хранения информации занимают не последнее место среди всех
технических средств информатизации поскольку используются для временного
(непродолжительного) или длительного хранения обрабатываемой и
накапливаемой информации.
Многофункциональные устройства стали появляться сравнительно недавно.
Отличительная особенность этих устройств заключается в сочетании целого
ряда функций (например сканирование и печать или печать и брошюровка
печатных копий и т.д.) по автоматизации действий пользователя.
Устройство ввода информации – компьютерная мышь
Мышь – это манипулятор который является альтернативным источником ввода
информации в компьютер.
Оптическая мышь сканирует поверхность стола 1500 раз в секунду и
обеспечивает большую точность регистрации перемещения.
Схема устройства оптического датчика традиционной конструкции
Главный «орган чувств» оптической мыши — микросхема микропроцессора со
встроенной видеокамерой. Справа от нее находятся светодиод и фокусирующая
Как видно на приведенной схеме источником света служит красный светодиод.
Поскольку этот полупроводниковый прибор формирует достаточно широкий
световой пучок а освещать требуется небольшую площадь (менее 100 мм2) то
для повышения эффективности использования световой энергии применяется
фокусирующая линза. Сфокусированный этой линзой световой пучок освещает
рабочую поверхность под довольно острым углом — примерно 25°. Это сделано
специально для того чтобы получать отчетливый светотеневой рисунок даже на
поверхностях с незначительным микрорельефом. Оптическая ось объектива
камеры такого сенсора перпендикулярна плоскости рабочей поверхности и
таким образом считывает рассеянный свет.
Лазер вместо светодиода
Важной вехой эволюции оптических мышей стало создание так называемых
лазерных сенсоров. Первый лазерный датчик предназначенный для
использования в мыши был создан сотрудниками компании Agilent
Technologies. Если посмотреть на схему его устройства приведенную на рис.
то нетрудно заметить несколько принципиальных отличий его от
традиционного оптического.
Схема устройства лазерного сенсора
Вопервых как явствует из названия источником света служит не светодиод а
полупроводниковый лазер. Работает он в невидимом для нашего глаза
инфракрасном диапазоне (длина волны — 832-852 нм) так что привычного
свечения под корпусом работающего манипулятора в данном случае нет. Чем же
лазер лучше светодиода? Основное преимущество лазера заключается в том что
излучаемый им свет имеет когерентную природу — это позволяет получить
гораздо более контрастное и детальное изображение поверхности (рис. 6).
Вовторых значительно (примерно до 45°) увеличен угол падения луча. И
втретьих оптическая ось объектива видеокамеры расположена под таким же
углом под каким свет от источника падает на рабочую поверхность. Таким
образом видеокамера лазерного сенсора считывает не рассеянный а
отраженный от поверхности свет.
Как «видят» компьютерные мыши
В этом разделе мы изучим базовые принципы работы оптических систем
слежения за перемещением которые используются в современных манипуляторах
Итак «зрение» оптическая компьютерная мышь получает благодаря следующему
процессу. С помощью светодиода и системы фокусирующих его свет линз под
мышью подсвечивается участок поверхности. Отраженный от этой поверхности
свет в свою очередь собирается другой линзой и попадает на приемный
сенсор микросхемы — процессора обработки изображений. Этот чип в свою
очередь делает снимки поверхности под мышью с высокой частотой (кГц).
Причем микросхема (назовем ее оптический сенсор) не только делает снимки
но сама же их и обрабатывает так как содержит две ключевых части: систему
получения изображения Image Acquisition System (IAS) и интегрированный DSP
процессор обработки снимков
На основании анализа череды последовательных снимков (представляющих собой
квадратную матрицу из пикселей разной яркости) интегрированный DSP
процессор высчитывает результирующие показатели свидетельствующие о
направлении перемещения мыши вдоль осей Х и Y и передает результаты своей
работы вовне по последовательному порту.
Беспроводная мышь соединяется с центральным процессором через технологию
Bluetooth и может быть помещена на небольшом расстоянии от компьютера.
Существует несколько типов подключения – это радиочастотный инфракрасный
индукционный Bluetooth и Wi-Fi. Первые два являются устаревшими но такие
мыши могут еще встречаться в организациях и нужно знать их особенности.
Если для мыши используется инфракрасное подключение вы сможете работать с
ней только при условии что между мышью и приемным устройством
подключенным к компьютеру нет непрозрачных препятствий иначе связь
теряется. Также могут возникать некоторые помехи которые будут неприятны
при работе с документами Интернетом либо графикой. Радиочастотная связь
бывает двух видов – 27 МГц и 2.4 ГГц. Индукционные мыши сами являются
беспроводными но связь с компьютером обеспечивается с помощью специального
коврика-планшета который подключен к нему проводом.
Самое распространенное подключение беспроводных устройств – Bluetooth.
Использование этого метода для соединения вашего «грызуна» и компьютера
приемлемо даже для пользователей ноутбуков. Порой оно встроено а если
придётся покупать его размеры не слишком велики. В настоящее время
существует ещё один вид связи беспроводной мыши с компьютером – это Wi-Fi.
Принцип действия WiFi
Wi-Fi - это аббревиатура которая произошла от английского словосочетания
Wireless Fidelity что означает "беспроводная передача данных" или
беспроводная точность". Это система короткого действия покрывающая
десятки метров и которая использует не лицензированные диапазоны частот для
обеспечения доступа к сети. Это протокол и стандарт на оборудование для
широкополосной радиосвязи предназначенной для организации локальных
Другими словами Wi-Fi - это современная и перспективная беспроводная
технология которая использует радиоканалы для передачи данных. Данная
технология предполагает наличие точки доступамаршрутизатора Wi-Fi
(стандарты 802.11abgn) которая обеспечивает стабильный доступ к сети из
некоторой области радиусом до 45 метров в помещении и 90 метров на открытом
пространстве (радиус действия зависит от многих условий и в вашем случаем
Для функционирования беспроводной сети используются радиоволны как и для
работы сотовых телефонов телевизоров и радиоприемников. Обмен информацией
по беспроводной сети во многом похож на переговоры с использованием
радиосвязи. При этом происходит следующее.
Адаптер беспроводной связи компьютера превращает данные в радиосигнал и
передает их в эфир с применением антенны.
Беспроводной маршрутизатор принимает и декодирует этот сигнал. Информация с
маршрутизатора направляется в Интернет по кабелю проводной сети Ethernet.
Аналогичным образом осуществляется обратная передача информации:
маршрутизатор получает информацию из Интернета преобразует ее в
радиосигнал и передает на адаптер беспроводной связи компьютера.
Устройство ввода информации - клавиатура
Принцип действия клавиатуры
Любая информация в компьютере кодируется двоичными кодами. Однако
человеку сложно работать с информацией представленной в двоичном коде.
Поэтому необходимо специальные устройства ввода для перевода информации с
языка компьютера. Клавиатура в настоящее время является основным
устройством ввода символьной информации в компьютер и является одним из
важнейших устройств определяющих условия комфортабельности работы на
Клавиатура для компьютера – это устройство предназначенное для того чтобы
пользователь мог ввести информацию в свой компьютер (устройство ввода).
Конечно пользователь может выбрать понравившуюся модель клавиатуры. Но
как правило в основе выбора клавиатуры для компьютера лежат следующие
форма клавиатуры (классическая эргономичная «ноутбучная»)
Принцип работы клавиатур
Механические клавиатуры которые отличаются тем что включают в себя
печатную плату с встроенными металлическими контактами.
Пленочные клавиатуры (иногда называют мембранными) – в них входят три
пленки которые в свою очередь содержат нанесенный диэлектрик посередине и
контуры контактов. Сейчас уже не удивляет тот факт что клавиатуру можно
помыть под краном. Ведь именно с пленочными клавиатурами можно провести
подобную процедуру: разобрать и промыть. Так как в структуре этого вида
клавиатуры находится резиновая прокладка между верхней пленкой и верхней
Гибкая клавиатура изготовлена из силиконовой резины удобна тем что
она бесшумна ее можно свернуть в трубочку не боится ударов падений
пыли воздействий жидкости часто имеет встроенную подсветку. Увы долго
печатать на гибкой клавиатуре – сущее мучение так как она тонкая как
блин и клавиши нажимать надо с некоторым усилием попадая точно в центр.
Так что гибкая клавиатура с моей точки зрения прикольная но не для
Есть клавиатуры с подсветкой смотрится весёленько. Хотя на мой взгляд
подойдет только если работаешь много ночью.
Сенсорная клавиатура. Принцип работы сенсорной клавиатуры основан на
использовании сенсорных датчиков которые регистрируют колебания
электроемкости. Руки человека имеют некий заряд энергии что сразу
фиксирует датчик. Сенсорная клавиатура характеризуется отсутствием
физических кнопок и предполагает в дальнейшем отказ от использования
манипулятора мышь. Поверхность сенсорной клавиатуры абсолютно гладкая что
полностью исключает загрязнение и востребовано в медицинских учреждениях.
Форма клавиатуры для компьютера
Классическую форму клавиатуры иногда называют стандартной. Как правило она
имеет прямоугольную форму снизу есть выдвигающиеся ножки. С их помощью
можно подрегулировать угол наклона для большей удобности в работе с
клавиатурой. Такая форма клавиатуры наиболее привычна и не требует
привыкания. В некоторых клавиатурах под клавишами Delete End и Page Down
есть клавиши управлением питания компьютера. Этими клавишами мало кто
пользуется но многие очень часто случайно их нажимают. Поэтому лучше брать
Эргономичная форма клавиатуры всегда отличается необычным дизайном.
Специальное расположение клавиш форма клавиш встроенная подставка под
запястья предназначены для того чтобы сделать работу за клавиатурой
максимально удобной. Панель кнопок очень часто разделена на две половины -
на каждую руку по блоку. В некоторых моделях эти половинки клавиатуры могут
раздвигаться либо вообще быть раздельными. Такие клавиатуры актуальны для
тех кто много печатает осваивает метод слепой печати или уже печатает
«Ноутбучная» клавиатура привлекает внимание своей компактностью и
аккуратным внешним видом. В силу компактности местоположение клавиш
отличается от классической модели. Количество клавиш в «ноутбучной»
клавиатуре меньше чем в классической. На «ноутбучной» клавиатуре клавиши
имеют меньший ход чем на классической клавиатуре. Однако добиться высокой
скорости печати на «ноутбучной» клавиатуре сложно. Такая клавиатура удобна
если Вы привыкли работать на ноутбуке.Источник:
Клавиатура - это унифицированное устройство представляющее совокупность
датчиков воспринимающих давление (прикосновение) на клавиши и замыкающих
тем или иным образом определенную электрическую цепь со стандартным
разъемом и последовательным интерфейсом связи с системной платой.
Независимо от типов применяемых датчиков нажатия клавиши все они
объединяются в матрицу.
Функциональная схема клавиатуры.
Схема работает следующим образом. Импульсы от генератора поступают на
счетчик. Сигналы с выходов счетчика поступают на входы х запоминающего
устройства и дешифратора. Выходы дешифратора образуют вертикальные ряды
шин которые поочередно находятся в активном состоянии. В случае если
какая-либо клавиша нажата то сигнал с вертикальной шины поступает на
соответствующий вход шифратора. Шифратор преобразует код на выходе
шифратора в позиционный код который поступает на входы на входы Y адреса
запоминающего устройства. По синхросигналу из ROM по сформированному адресу
XY считывается код нажатой клавиши и помещается в регистр. Отметим что
частота генератора достаточно велика поэтому опрос состояния клавиш
происходит достаточно быстро. Для исключения влияния дребезга контактов
выдача кода символа из регистра задерживается на время завершения
переходного процесса.
[pic] Датчик состоит из клавиши 1 возвратной пружины 2 плунжера 3
корпуса 4 и собственно контактов 5.
Более надежно функционируют клавиатуры с герконами (герметичными
контактами) которые представляют собой переключатели с пружинными
контактами (в виде пластин) из ферромагнитного материала помещенными в
под действием магнитного поля магнита 6 установленного на подвижном
плунжере 3. Герконы иногда называют RET-переключателями.
В емкостных датчиках факт нажатия фиксируется по изменению емкости между
подвижными и неподвижными пластинами. В датчиках использующих эффект
Холла при нажатии на клавишу в полупроводнике к которому подходит магнит
возникает разность потенциалов.
Последние два типа датчиков являются самыми долговечными поскольку в них
исключены механические контактные системы.
Мембранная клавиатура обычно состоит из трёх слоёв. На двух из них нанесены
проводящие дорожки. Третий изолирующий слой является разделяющим. В
местах где располагаются клавиши он имеет вырезы позволяющие дорожкам
верхнего и нижнего слоёв соприкасаться при нажатии. Толщина слоёв
клавиатуры обычно не больше толщины бумаги или картона.
Пьезоэлектрическая клавиатура представляет собой набор пьезоэлектрических
выключателей (пьезокнопок) объединенных в единую панель и соединенных в
общую электрическую схему. Принцип работы пьезокнопки основан на прямом
пьезоэффекте. При нажатии пальцем на тактильную поверхность пьезокнопки
происходит деформация пьезоэлемента установленного под внешней
поверхностью и на его электродах возникает напряжение достаточное для
управления бесконтактными транзисторными ключами. Высокая
чувствительность пьезоэлементов к деформациям и отсутствуе перемещающихся
контактов позволяет изготавливать клавиатуры в металлическом корпусе что
обеспечивает высокие показатели по электромагнитной совместимости
пылевлагозащищенности вандалоустойчивости надежности.
Краткий обзор клавиатур для карманных компьютеров
Palm Portable Keyboard.
Одна из самых интересных конструкторских разработок. Эта клавиатура
складывается вчетверо и в сложенном состоянии лишь чуть-чуть больше самого
карманного компьютера. Этим аксессуаром можно было поразить практически
любого – превращение черного пластмассового бруска в полноценную клавиатуру
нормального «взрослого» размера выглядело просто чудом.
Самое замечательное в этой клавиатуре в том что в раскрытом состоянии она
практически равна по размерам нормальной ноутбучной клавиатуре клавиши
имеют вертикальный ход. Это без сомнения самая удобная клавиатура для
мобильного использования.
Эти клавиатуры имеют специальный разъем для различных моделей карманных
компьютеров: Palm III Palm V и для моделей с новым типом разъема: Palm
0 Palm m125 и так далее. Однако у этой клавиатуры есть два существенных
недостатка: первое ее можно использовать только на твердой поверхности и
она очень боится пыли.
Гибкая клавиатура Flexis
Flexis – это резиновая гнущаяся и водонепроницаемая клавиатура. Ее реально
можно сворачивать в трубочку (в штатный чехол она иначе и не поместится)
поливать водой. Плюс к этому клавиатура противоударна и не боится пыли.
Пожалуй самая уязвимая с точки зрения водонепроницаемости деталь этой
клавиатуры – разъем для подключению к КПК – от попадания влаги контакты в
нем непременно окислятся.
Надеваемая клавиатура T-302 для Compaq iPaq.
T-302 – клавиатура сделанная для работы двумя пальцами. Надевается она на
нижнюю часть КПК Compaq iPaq и помимо функций ввода текста принимает на
себя роль управляющих кнопок (что в принципе естественно так как она их
закрывает). При этом клавиатура может надеваться на iPaq вместе с жакетом
Инфракрасная клавиатура «Луч»
Основным ее преимуществом является то что она без проблем может работать
практически со всеми КПК оснащенными инфракрасным портом (при наличии
драйвера естетственно). А так как на большинстве карманных компьютеров ИК
порт расположен сверху то перед использованием «Луча» на рабочем столе
надо воздвигнуть весьма интересное сооружение. В комплекте с клавиатурой
идет хитря подставка: снизу с одной стороны отгибается ножка
поддерживающая подставку на столе в горизонтальном положении с другой –
специальная приступочка для фиксации КПК. Сверху же на плоской ножке
выезжает маленькое металлическое зеркальце которое разворачивается и
накрывает верх установленного карманного компьютера на манер козырька.
Снизу ставится «Луч» и инфракрасный сигнал попадает в ИК-порт карманного
компьютера. Забавно но опять же врядли подойдет для всякого рода
походных условий ведь этой конструкции как никакой другой требуется
ровная поверхность и минимум сотрясений.
Устройства ввода информации – сенсорные экраны
Сенсорный экран — устройство ввода информации представляющее собой экран
реагирующий на прикосновения к нему.
Резистивный сенсорный экран
Представьте себе проводник в виде тонкой и гибкой металлической пластинки
а напротив него – стеклянную панель покрытую токопроводящей краской. Если
надавить чем-то на металлическую пластинку она прогнется и коснется
покрытия на стекле. А так как по обеим поверхностям постоянно пробегают
электрические заряды то в месте контакта образуется нечто вроде короткого
замыкания малой мощности. Зафиксировать наступление такого события при
помощи современных технологий проще простого равно как и определить в
какой именно точке пластины оно произошло.
А дальше дело техники – зная координаты места соприкосновения поверхностей
драйвер переводит данные в точку на пиксельном экране и дает команду
курсору. Все остальное точь в точь напоминает работу самой обычной
компьютерной мышки. Специализированное ПО отталкиваясь от выведенного на
экран и координат нажатия выполняет соответствующие команды. Чтобы снизить
риск ложных срабатываний для более точной идентификации точки нажатия
рекомендуется вместо широкого пальца использовать наконечник стилуса.
В настоящее время существуют два основных варианта реализации резистивных
сенсорных панелей — четырех и пятипроводные.
Сначала рассмотрим принцип работы резистивной панели на базе
четырехпроводной технологии. Над стеклянной или пластиковой подложкой
расположена тонкая гибкая мембрана изготовленная из прозрачного
материала. Обращенные друг к другу поверхности мембраны и подложки имеют
прозрачное покрытие проводящее электрический ток. Соприкосновению мембраны
с подложкой препятствуют миниатюрные изоляторы находящиеся между ними. К
подложке и мембране прикреплены пары металлических электродов
расположенные на противолежащих сторонах (рис. 1). При этом электроды
мембраны размещены перпендикулярно электродам подложки.
Рис. 1. Схема устройства четырехпроводной резистивной панели
При нажатии на поверхность сенсорного экрана мембрана в этом месте
соприкасается с подложкой вследствие чего возникает электрический контакт
между проводящими слоями (рис. 2). Считывание координат точки нажатия
выполняется последовательно. Сначала один из электродов подложки
подключается к источнику постоянного тока а другой заземляется. Электроды
мембраны соединяются накоротко (рис. 3) и контроллер измеряет напряжение
на них определяя таким образом одну из координат (в данном случае —
горизонтальную). Затем ток подается на электроды мембраны и контроллер
измеряет напряжение на соединенных электродах подложки фиксируя вторую
Рис. 2. При нажатии мембрана прогибается и замыкается с подложкой в точке
Рис. 3. Считывание горизонтальной (сверху) и вертикальной координат точки
с четырехпроводной резистивной панели
В случае пятипроводной панели электроды устанавливаются на каждой из сторон
подложки а пятый подключается к мембране (рис. 4). При нажатии мембрана
соприкасается с подложкой; контроллер поочередно подает постоянное
напряжение на пары электродов соответствующих горизонтальной и
вертикальной оси (рис. 5). По величине напряжения на электроде
подключенном к мембране контроллер определяет координаты точки нажатия.
Рис. 4. Схема устройства пятипроводной резистивной панели
Дешёвое производство.
Нажимать можно чем угодно – достаточно лишь «продавить» мембрану.
Использование стилусов повышает точность позиционирования.
Низкое светопропускание (не более 85%).
Низкая вандалоустойчивость. Если более конкретно – они не очень прочные их
относительно легко поцарапать.
Низкая долговечность (до 35 млн. нажатий в одну точку).
Мультитач невозможен.
Плохо применим для жестов типа «скольжение» т.к. нужно сначала нажать
потом не отпуская вести палец по экрану.
Ёмкостный сенсорный экран
Емкостная технология
Уже довольно давно ученые выяснили что с точки зрения электротехники
человеческое тело является конденсатором причем довольно большой емкости.
Именно это свойство нашего тела используется в сенсорных экранах на базе
емкостной или как ее еще иногда называют электростатической технологии.
Сенсорная панель данного типа изготавливается на прозрачной (стеклянной
либо пластиковой) подложке. Внешняя поверхность пластины покрыта проводящим
слоем а в каждом из четырех ее углов закреплен электрод подключенный к
контроллеру (рис. 6). В процессе работы контроллер подает на электроды
импульсы слабого переменного тока. Если прикоснуться пальцем к поверхности
сенсорного экрана (подсоединить конденсатор) возникнет утечка тока.
Величина тока утечки обратно пропорциональна расстоянию от точки нажатия до
электрода. Сравнивая величины тока утечки через каждый из четырех
электродов контроллер рассчитывает координаты точки нажатия.
Рис. 6. Схема устройства емкостной панели
Вследствие отсутствия гибких мембран емкостные панели обладают более
высокой надежностью по сравнению с резистивными (ресурс составляет
несколько сотен миллионов нажатий). Кроме того благодаря меньшему
количеству оптических элементов емкостные панели обладают более высоким
коэффициентом светопропускания (порядка 90%). Основным недостатком панелей
этого типа является необходимость обеспечения электрического контакта между
поверхностью и телом человека. Например если нажать на такой экран
стилусом из диэлектрического материала или же пальцем в перчатке то
работать он не будет. Кроме того нормальная работа емкостной панели может
быть нарушена при загрязнении поверхности веществами проводящими
В настоящее время сенсорные панели на базе емкостной технологии
используются в дисплеях информационных киосков и банкоматов а также в
промышленном оборудовании.
Высокое светопропускание (около 90%).
Большой ресурс на нажатия (около 200 млн.).
Просто и удобно работать с «листаниями».
Необходимо использовать именно пальцы (без перчаток причём) либо
специальные стилусы. С обычным стилусом ничего не получится.
Мультитач невозможен (это я ещё раз напоминаю для наших самых маленьких
Высокая вероятность случайных нажатий. Особенно часто система распознаёт
нажатие как «листание» из-за того что нажать пальцем в точку и ни на долю
миллиметра его не сдвинуть крайне сложно.
Проекционно-ёмкостной сенсорный экран
Конструктивно панель на базе проекционноемкостной технологии представляет
собой две стеклянные пластины между которыми находится сетка тонких
электродов (рис. 7). В процессе работы контроллер посылает короткие
импульсы по каждому из электродов. При нахождении пальца вблизи сенсорной
поверхности возникает эффект аналогичный подключению конденсатора большой
емкости (роль которого в данном случае выполняет тело человека) к
расположенным поблизости электродам. Измеряя величину падения напряжения
(возникающего вследствие утечки тока через конденсатор) контроллер
определяет координаты точки касания.
Рис. 7. Схема устройства проекционно-емкостной панели
Сенсорные панели на базе проекционно-емкостной технологии имеют целый ряд
достоинств которые способствовали значительному росту их популярности в
последние годы. В частности они долговечны обладают высоким показателем
светопропускания (порядка 90%) стойкостью к загрязнениям и механическим
повреждениям рабочей поверхности способны функционировать в широком
диапазоне температур.
Проекционно-емкостная технология способна обеспечить очень высокую точность
определения координат точки нажатия однако здесь необходимо иметь в виду
то что данный параметр напрямую зависит от толщины защитного слоя. Чем он
толще тем меньше точность и наоборот.
Кроме того сенсорные панели такого типа позволяют воспринимать нажатия в
нескольких точках экрана одновременно. В зависимости от настроек
контроллера панель может реагировать не только на прикосновение но и на
поднесенный к рабочей поверхности палец. Соответственно возможно управление
Основной недостаток проекционноемкостных панелей — сложность электронных
компонентов для обработки информации о нажатиях а следовательно довольно
высокая стоимость производства. Кроме того себестоимость
проекционноемкостных панелей заметно растет по мере увеличения размера и
разрешающей способности экрана. Перечисленные факторы препятствуют
распространению сенсорных панелей данного типа в недорогих устройствах а
также в аппаратах с экранами большого размера.
Может реагировать на нажатие в перчатке!
Высокое светопропускание (тоже около 90%).
Могут реагировать хоть на приближение руки без касания. Порог когда
касание засчитывается а когда ещё нет настраивается программно. Тут важно
понять что крайняя точка порога – поверхность экрана т.е. продавливать
его всё равно бесполезно – там же стекло а оно не гнётся (если у вас
гнётся – выбросьте наконец поддельный iPhone).
Очень сложная (читай – недешёвая) электроника.
С обычным стилусом всё равно ничего не получится.
Высокая вероятность случайных нажатий (см. выше).
Сенсорные экраны основанные на ПАВ
Чувствительная поверхность такого экрана представляет собой стеклянную
панель. На краях панели имеются пьезоэлектрические преобразователи которые
предназначены для распространения по стеклу поверхностно-акустических волн
В системе имеется контроллер способный формировать высокочастотный сигнал.
Этот сигнал посылается на упомянутые преобразователи а эти преобразователи
преобразуют ВЧ-сигнал в ПАВ. Полученные волны распространяются по стеклу
сенсорного экрана. Кроме преобразователей по краям экрана устанавливаются
отражатели формирующие определённую картину распространения поверхностных
Пьезоэлектрические преобразователи могут так же преобразовывать волну
обратно в сигнал. Это свойство используется для анализа характера
распространения волны по сенсорному экрану. Контроллер периодически
анализирует сигнал полученный из отражённой волны.
Если прикоснуться пальцем к экрану то часть энергии волны в этом месте
будет поглощена пальцем. Соответственно изменится картина распространения
волны по экрану что в итоге и будет зафиксировано контроллером. Вот по
этому изменению контроллер и может достаточно точно вычислить координаты
точки касания что и нужно для реализации сенсорного ввода информации.
прозрачность такого сенсорного экрана на высоте волна распространяется по
поверхности прозрачного стекла. Эти экраны весьма долговечны стекло не
пластик. Теоретически число касаний не ограничено. Есть и вандалоустойчивые
экран не прогибается но может оценить силу нажатия. Как это возможно? Дело
в том что чем сильнее нажатие тем больше пятно контакта (палец сильнее
повышенная чувствительность к вибрациям и акустическим шумам. Они могут
быть причиной сбоев и нестабильной работы сенсорного экрана. Экран очень
чувствителен к загрязнениям и посторонним предметам на экране. Это
накладывает большие ограничения на использование экрана в общественных
местах. Воздействовать на такую сенсорную поверхность можно только
предметом поглощающим волну. Подойдёт не всякий предмет.
Инфракрасные сенсорные экраны
Ещё один тип тачскрина. Технология эта достаточно простая. Такой тип
сенсорного экрана реализуется на основе оптических пар: светодиод и
фотодиод. Само устройство состоит из рамки на сторонах которой и размещены
оптические пары. На двух сторонах этой рамки вертикальной и
горизонтальной расположены по одному ряду светодиодов способных работать
Соответственно на противоположных сторонах рамки расположены ряды
фотодиодов. Излучение светодиодов имеет узенькую диаграмму направленности.
Это нужно для того чтобы луч каждого светодиода попадал только на
определённый фотодиод и не задевал соседние. Это очень важно поскольку
шаг размещения оптических пар для обеспечения требуемой точности маленький
обычно он составляет 25 мм. Таким образом для нормальной работы сенсорного
экрана необходимо чтобы каждому светодиоду соответствовал свой фотодиод.
Такая рамка накладывается на экран и подключается к специальному
контроллеру. Работает эта сенсорная система следующим образом: в исходном
состоянии на каждый фотодиод попадает луч своего светодиода. Если палец
либо другой непрозрачный предмет касается сенсорного экрана то поток
излучения либо прерывается либо существенно ослабляется.
Контроллер фиксирует этот факт и определяет координаты касания что
собственно говоря и нужно для реализации функции touchscreen.
абсолютная прозрачность. Рамка никоим образом не ослабляет световой поток.
Именно это и является в ряде случаев решающим фактором. Устройство чаще
всего необходимо там где требуется высокое качество изображения. Прежде
всего это необходимо для просмотра видео и фото высокого качества особенно
на больших экранах. Благо что такая сенсорная система не критична к
большим размерам экранов.
устройство обладает хорошей ремонтопригодностью: сенсорную рамку можно
быстро поменять без особых проблем - быстрый ремонт экранов чувствительных
к касаниям в ряде случаев просто необходим. На экранах этого типа можно
реализовать функцию мультитач хотя и с некоторыми ограничениями. Это
последнее обстоятельство существенно расширяет функционал сенсорного
Недостатки: к сожалению широкому распространению такого типа экрана
препятствует ряд существенных недостатков. Экран имеет невысокую надёжность
по сравнению с другими типами сенсорных экранов. Связано это с относительно
низкой надёжностью оптических пар работающих в ИК диапазоне. А ещё
оптические пары плохо работают при наличии загрязнений пыли конденсата -
устройство будет надёжно работать только в чистом помещении. Работу такого
экрана может нарушать прямое попадание солнечного света. Поскольку рамка
накладывается не в плотную к экрану а с некоторым зазором то может влиять
на точность касания явление параллакса. Рамку нельзя применять
непосредственно на жидкокристаллических экранах. Дело в том что частое
касание ЖК панели нежелательно она на это не рассчитана: в результате
такого воздействия могут появляться неработающие пиксели. В довершении
картины упомянем высокую стоимость ИК сенсорных экранов.
Устройство ввода информации - сканер
Сканер (англ. scanner) — устройство которое создаёт цифровое изображение
сканируемого объекта. Полученное изображение может быть сохранено как
графический файл или если оригинал содержал текст распознано посредством
программы распознавания текста и сохранено как текстовый файл.
Сканер позволяет ввести в компьютер изображение: фотографию страницу
журнала книги рукопись. То есть сканер— это устройство ввода.
В зависимости от способа сканирования объекта и самих объектов сканирования
существуют следующие виды сканеров:
Планшетные — наиболее распространённые поскольку обеспечивают максимальное
удобство для пользователя — высокое качество и приемлемую скорость
сканирования. Представляет собой планшет внутри которого под прозрачным
стеклом расположен механизм сканирования.
Ручные — в них отсутствует двигатель следовательно объект приходится
сканировать вручную единственным его плюсом является дешевизна и
мобильность при этом он имеет массу недостатков — низкое разрешение малую
скорость работы узкая полоса сканирования возможны перекосы изображения
поскольку пользователю будет трудно перемещать сканер с постоянной
Листопротяжные — лист бумаги вставляется в щель и протягивается по
направляющим роликам внутри сканера мимо ламы. Имеет меньшие размеры по
сравнению с планшетным однако может сканировать только отдельные листы.
Многие модели имеют устройство автоматической подачи что позволяет быстро
сканировать большое количество документов причем в ряде моделей – с двух
сторон за один прогон.
Планетарные — применяются для сканирования книг или легко повреждающихся
документов. При сканировании нет контакта со сканируемым объектом (как в
планшетных сканерах).
Барабанные — применяются в полиграфии имеют большое разрешение (около 10
тысяч точек на дюйм). Оригинал располагается на внутренней или внешней
стенке прозрачного цилиндра (барабана).
Слайд-сканеры — как ясно из названия служат для сканирования плёночных
слайдов выпускаются как самостоятельные устройства так и в виде
дополнительных модулей к обычным сканерам.
Сканеры штрих-кода — небольшие компактные модели для сканирования штрих-
кодов товара в магазинах.
Характеристики сканеров
Формата сканируемой поверхности: А4 (стандартный печатный лист) A3 слайд-
сканеры под формат пленки 13х18 и 18х24
Оптическое разрешение. Разрешение измеряется в точках на дюйм (dots per
inch — dpi). Указывается два значения например 600x1200 dpi
горизонтальное — определяется матрицей CCD вертикальное — определяется
количеством шагов двигателя на дюйм.
Интерполированное разрешение. Искусственное разрешение сканера достигается
при помощи программного обеспечения. Его практически не применяют потому
что лучшие результаты можно получить увеличив разрешение с помощью
графических программ после сканирования. Используется производителями в
Скорость работы. Измеряется в страницах в минуту при этом имеются в виду
страницы определенного формата и определенное разрешение сканнера из числа
Глубина цвета. Определяется качеством матрицы CCD и разрядностью АЦП.
Измеряется количеством оттенков которые устройство способно распознать. 24
бита соответствует 16777216 оттенков. Современные сканеры выпускают с
глубиной цвета 24 30 36 бит. Несмотря на то что графические адаптеры
пока не могут работать с глубиной цвета больше 24 бит такая избыточность
позволяет сохранить больше оттенков при преобразованиях картинки в
графических редакторах.
Современный планшетный сканер функционально состоит из трех частей:
собственно сканирующего механизма
аппаратных средств расположенных в самом сканере и на плате (карте)
программной части (TWAIN-модуль программа управления цветом
Рисунок 1. Функциональные узлы сканера.
Сканируемое изображение (оригинал) располагается на прозрачном
неподвижном стекле вдоль которого в корпусе сканера передвигается
сканирующая головка с источником света оптикой и фотоприемниками. (Рис.1)
На сканирующей головке располагаются также электронные элементы
аналогового тракта и аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Многие
планшетные сканеры позволяют сканировать непрозрачные и прозрачные
оригиналы (слайды) используя один сканируюший механизм. Переход к режиму
сканирования слайда возможен при наличии в сканере слайд-модуля. Слайд-
модуль располагается поверх стекла сканера на месте прижимной крышки для
непрозрачных оригиналов и содержит дополнительный источник света для
сканирования изображения на просвет.
Оптическая система сканера состоящая из объектива и зеркал проецирует
световой поток от сканируемого оригинала на трехстрочную матрицу
фотоэлектрических преобразователей например фотодиодов. Каждая строка
матрицы имеет свой спектрозональный фильтр установленный при ее
изготовлении а сама матрица оформлена в виде интегральной схемы с
прозрачным окном на поверхности корпуса. Проходя через спектрозональные
фильтры световой поток разделяется на базовые цветовые компоненты.
Рисунок 2. Принцип работы сканера
Свет отражённый от объекта через систему зеркал попадает на
чувствительную матрицу (CCD — Couple-Charged Device) далее на АЦП и
передаётся в компьютер. За каждый шаг двигателя сканируется полоска
объекта потом все полоски объединяются программным обеспечением в общее
Матрица фотоэлектрических преобразователей организована как аналоговый
регистр с последовательным доступом к значениям сигнала от его элементов.
Принцип передачи сигнала от элемента к элементу основан на перемещении
объемного заряда и в соответствии с этим принципом матрица получила
название “Прибор с Зарядовой Связью“ (ПЗС) а в англоязычной терминологии
Charge Coupled Device (CCD). Элементы однострочной матрицы ПЗС выполняют
дискретизацию по одной из пространственных координат например координате
вдоль которой они расположены. Каждый приемный элемент строки матрицы
преобразует значение экспозиции в уровень напряжения .
После усиления и обработки в аналоговой форме сигнал поступает на аналого-
цифровой преобразователь (АЦП). С АЦП информация выходит уже в цифровой
форме и после обработки в контроллере сканера поступает в компьютер.
Интерфейс сканера - это комплекс аппаратных и программных средств
соответствующих стандарту TWAIN
Материнская плата системная плата по английски - motherboard mainboard
а по нашему - материнка .
Это основной компонент компьютера преднозначенный для размещений всех
остальных устройств. Материнская плата представляет собой многослойную
печатную плату с расположенными на ней - микросхемами разъемами слотами
для подключения плат расширений..
Материнская плата покрыта сетью медных проводников-дорожек по ним
электропитание и данные поступают к смонтированным на плате микросхемам и
слотам в которые вставляются остальные устройства компьютера
Форм-фактор материнской платы— стандарт определяющий размеры материнской
платы для персонального компьютера места её крепления к корпусу;
расположение на ней интерфейсов шин портов вводавывода разъёма
центрального процессора (если он есть) и слотов для оперативной памяти а
также тип разъема для подключения блока питания.
Устаревшие: Baby- M полноразмерная плата LPX.
Современные: m F WTX CEB.
Внедряемые: M P BTX MicroBTX и PicoBTX
Устройство материнской платы компьютера
Сокет процессора – разъем процессора самый крупный на материнской
плате найти его не сложно. Если все же есть трудности то его расположение
указывается в схеме к руководству для материнской платы.
Слот различается в зависимости от вида процессора для которого он
предназначен поэтому установить в гнездо можно лишь совместимую модель.
Иначе штырьки которыми процессор вставляется в слот могут погнуться в
худшем случае – сломаться. Процессоры разных торговых марок различаются
стандартом гнезда но даже у одного и того же производителя процессоры
разных выпусков могут отличаться форматом сокета.
Слоты оперативной памяти – основное хранилище временных данных.
Представляют собой вытянутые отверстия с замками по краям кстати
несимметричной формы. Это сделано специально чтобы пользователь установил
планку памяти без ошибок.
Слоты на материнской плате компьютера рассчитаны на конкретный вид памяти
какой именно – можно узнать в руководстве к системной плате. Планки
оперативной памяти различаются объемом и типом. Сегодня наиболее популярен
стандарт DDR3 SDRAM.
Слот для видеокарты и других плат расширения. Современные слоты
стандарта PCI Express разделяются на следующие виды:
высокоскоростные – для видеокарт
стандартные – для всех других плат расширения.
Отличить разъем для скоростных видеокарт можно по специальной метке PCI-E
x16. Бывает что он выделен каким-либо цветом. Современный слот PCI-Express
x 16 стал своего рода универсальным ввиду того что представляет собой
двунаправленную шину с пропуском 8 Гбс а в однонаправленном режиме
соответственно 4 Гбс.
Коннекторы для подключение жесткого диска и привода. DVDBlueRay-
дисководы а также жесткие диски SSD и HDD подключаются как правило при
помощи разъема SATA. Этот формат позволяет производить так называемое
горячее подключение" что означает возможность подсоединенияотсоединения
при включенном питании. По умолчанию этот параметр не включен
самостоятельно его активировать можно в настройках BIOS.
Разъемы для питание материнской платы. Подача питания на системную плату
и на процессор осуществляется по разным проводкам. Выводы блока питания
имеют разноцветные провода с различным номиналом напряжения (+12В –12В
+5В “Земля” и другие). Чтобы не перепутать куда какое напряжение подавать
они объединены в штекеры различной формы.
Слот питания материнской платы бывает разных форматов (в зависимости от
форм-фактора системного болка: АТХ или miniATX) и может иметь 20 или 24
контакта. Плата форм-фактора ATX больше по размеру а соответственно
требует большего питания т.е. ей необходим будет коннектор 24-пиновый.
Внутренние USB-контакты. Если вы на системной плате увидите 9-штыревой
разъем то скорее всего это разъем для подключения внешних USB-портов
расположенных на лицевой стороне системного блока. Можно их и не
подключать т.к. всегда есть встроенные USB-порты расположенные на задней
стороне платы на панели разъемов.
Подключение кнопок. Когда пользователь перезагружает ПК или выключает
его он нажимает соответствующие кнопки управления которые подключены к
материнской плате при помощи хрупких двойных контактов. Во избежание
поломки важно не перепутать полярность и обращать внимание на надписи
(описание есть в руководстве к системной плате).
Стандартные внешние разъемы
На задней стороне платы устанавливаются порты доступ к которым
осуществляется со стороны задней стенки системного блока. Как правило это
следующий набор портов:
USB-порты (минимум 2 шт.)
LAN (порт сетевой карты)
SATA (подключение дополнительного винчестера)
разъемы для аудио выходов и аудио входов;
PS2 (для мышки и клавиатуры);
HDMI (подключение монитора).
Чипсет или мосты материнской платы
Чипсет представляет собой микросхему или набор микросхем которые согласуют
работу процессора оперативной памяти жесткого диска видео адаптера и
других компонентов подключенных к материнской плате. Раньше в состав
чипсета входили северный мост и южный мост. Но сегодня ввиду высокой
степени интеграции эти две микросхемы объединены в одну.
Северный мост – это посредник между процессором памятью и видеокартой
основной функцией которого является организация обмена данными между этими
высокопроизводительными устройствами. Производительность компьютера в целом
находится в непосредственной зависимости от слаженности работы этих
Северный мост получил свое название за то что находился ближе всего к
процессору (вверху). И до не давнего времени являлся преградой для
наращивания роста производительности ПК т.к. имел высокую задержку
передачи данных между центральным процессором и другими компонентами
Шины данных и из разновидности
Обмен данными в материнской плате осуществляется при помощи так называемых
шин. В зависимости от числа дорожек и свойств самой шины они имеют
различную производительность. Разделяются они по следующим параметрам:
скорость передачи данных.
По назначению можно выделить следующие шины:
Адресная шина. У процессоров Intel Pentium (а именно они наиболее
распространены на сегодняшний день в персональных компьютерах) адресная
шина 32-разрядная то есть состоит из 32 параллельных линий. В зависимости
от того есть напряжение на какой-то из линий или нет говорят что на этой
линии выставлена единица или ноль. Комбинация из 32 нулей и единиц образует
-разрядный адрес указывающий на одну из ячеек оперативной памяти. К ней
и подключается процессор для копирования данных из ячейки в один из своих
Шина данных. По этой шине происходит копирование данных из оперативной
памяти в регистры процессора и обратно. В компьютерах собранных на базе
процессоров Intel Pentium шина данных 64-разрядная то есть состоит из 64
линий по которым за один раз на обработку поступают сразу 8 байтов.
Шина команд. Для того чтобы процессор мог обрабатывать данные ему нужны
команды. Он должен знать что следует сделать с теми байтами которые
хранятся в его регистрах. Эти команды поступают в процессор тоже из
оперативной памяти но не из тех областей где хранятся массивы данных а
оттуда где хранятся программы. Команды тоже представлены в виде байтов.
Самые простые команды укладываются в один байт однако есть и такие для
которых нужно два три и более байтов. В большинстве современных
процессоров шина команд 32-разрядная хотя существуют 64-разрядные
процессоры и даже 128-разрядные.
Основными параметрами процессоров являются:
рабочая тактовая частота
коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты и размер кэш-
Рабочее напряжение процессора обеспечивает материнская плата поэтому
разным маркам процессоров соответствуют разные материнские платы (их надо
выбирать совместно). По мере развития процессорной техники происходит
постепенное понижение рабочего напряжения. Ранние модели процессоров имели
рабочее напряжение 5В а в настоящее время оно составляет менее 3В.
Понижение рабочего напряжения позволяет уменьшить расстояния между
структурными элементами в кристалле процессора до десятитысячных долей
миллиметра не опасаясь электрического пробоя. Пропорционально квадрату
напряжения уменьшается и тепловыделение в процессоре а это позволяет
увеличивать его производительность без угрозы перегрева.
Разрядность процессора показывает сколько бит данных он может принять и
обработать в своих регистрах за один раз (за один такт). Первые процессоры
были 4-разрядными. Современные процессоры семейства Intel Pentium являются
-разрядными хотя и работают с 64-разрядной шиной данных (разрядность
процессора определяется не разрядностью шины данных а разрядностью
В основе работы процессора лежит тот же тактовый принцип что и в обычных
часах. Исполнение каждой команды занимает определенное количество тактов. В
настенных часах такты колебаний задает маятник; в ручных механических часах
их задает пружинный маятник; в электронных часах для этого есть
колебательный контур. В персональном компьютере тактовые импульсы задает
одна из микросхем входящая в микропроцессорный комплект (чипсет)
расположенный на материнской плате. Чем выше частота тактов поступающих на
процессор тем больше команд он может исполнить в единицу времени тем выше
производительность процессора. Первые процессоры могли работать с частотой
не выше 477 МГц а сегодня рабочие частоты некоторых процессоров уже
превосходят 500 МГц.
Тактовые сигналы процессор получает от материнской платы которая в
отличие от процессора представляет собой не кристалл кремния а большой
набор проводников и микросхем. По чисто физическим причинам материнская
плата не может работать со столь высокими частотами как процессор. Сегодня
ее предел составляет 100-133 МГц.
Для получения более высоких частот в процессоре происходит внутреннее
умножение частоты на коэффициент 3; 35; 4; 45; 5 и более.
Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее чем
обмен с другими устройствами например с оперативной памятью. Для того
чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти внутри
процессора создают буферную область – так называемую кэш-память. Это как бы
«сверхоперативная память». Когда процессору нужны данные он сначала
обращается в кэш-память и только если там нужных данных нет происходит
его обращение в оперативную память. Высокопроизводительные процессоры
комплектуют повышенным объемом кэш-памяти.
Нередко кэш-память распределяют по нескольким уровням.
Кэш первого уровня выполняется в том же кристалле что и сам процессор и
имеет объем порядка десятков Кбайт.
Кэш второго уровня находится либо в кристалле процессора либо в том же
узле что и процессор хотя и исполняется на отдельном кристалле. Кэш-
память первого и второго уровня работает на частоте согласованной с
частотой ядра процессора.
Кэш-память третьего уровня выполняют на быстродействующих микросхемах типа
SRAM и размещают на материнской плате вблизи процессора. Ее объемы могут
достигать нескольких Мбайт но работает она на частоте материнской платы.
Оперативная память (ОЗУ — оперативное запоминающее устройство). Существует
два типа оперативной памяти - память с произвольным доступом (RAM - Random
Access Memory) и память доступная только на чтение (ROM - Read Only
Memory). Процессор ЭВМ может обмениваться данными с оперативной памятью с
очень высокой скоростью на несколько порядков превышающей скорость доступа
к другим носителям информации например дискам.
Оперативная память с произвольным доступом (RAM) служит для размещения
программ данных и промежуточных результатов вычислений в процессе работы
компьютера. Данные могут выбираться из памяти в произвольном порядке а не
строго последовательно как это имеет место например при работе с
Память доступная только на чтение (ROM) используется для постоянного
размещения определенных программ например программы начальной загрузки
ЭВМ – BIOS (basic input-output system – базовая система ввода-вывода). В
процессе работы компьютера содержимое этой памяти не может быть изменено.
Оперативная память - энергозависимая т. е. данные в ней хранятся только до
выключения ПК. Для долговременного хранения информации служат дискеты
винчестеры компакт-диски и т. п.
Конструктивно элементы памяти выполнены в виде модулей так что при желании
можно сравнительно просто заменить их или установить дополнительные и тем
самым изменить объем общей оперативной памяти компьютера. Емкость модулей
памяти кратна степени числа 2: 128 256 512 1024 Mb
Полупроводниковая статическая (SRAM) — ячейки представляют собой
полупроводниковые триггеры. Достоинства — небольшое энергопотребление
высокое быстродействие. Недостатки — малый объём высокая стоимость. Сейчас
широко используется в качестве кеш-памяти процессоров.
Полупроводниковая динамическая (DRAM) — каждая ячейка представляет собой
конденсатор. Достоинства — низкая стоимость большой объём. Недостатки —
необходимость периодического считывания и перезаписи каждой ячейки — т. н.
«регенерации» и как следствие понижение быстродействия большое
энергопотребление. Обычно используется в качестве оперативной памяти
Графическая плата (известна также как графическая карта видеокарта
видеоадаптер) (англ. videocard) — устройство преобразующее изображение
находящееся в памяти компьютера в видеосигнал для монитора.
Первый IBM PC не предусматривал возможности вывода графических изображений.
Современный ПК позволяет выводить на экран двух- и трёхмерную графику и
Обычно видеокарта является платой расширения и вставляется в специальный
разъём (ISA VLB PCI AGP PCI-Express) для видеокарт на материнской
плате но бывает и встроенной.
Современная графическая плата состоит из следующих основных частей:
Графический процессор (GPU) — занимается расчетами выводимого изображения
освобождая от этой обязанности центральный процессор производит расчеты
для обработки команд трехмерной графики. Является основой графической
платы именно от него зависят быстродействие и возможности всего
устройства. Современные графические процессоры по сложности мало чем
уступают центральному процессору.
Видеоконтроллер — отвечает за формирование изображения в видеопамяти.
Видеопамять — выполняет роль буфера в котором в цифровом формате хранится
изображение предназначенное для вывода на экран монитора. Ёмкость
видеопамяти так же как и оперативной памяти кратна степени числа два и на
сегодняшний день измеряется в мегабайтах.
Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) — служит для преобразования
изображения формируемого видеоконтроллером в уровни интенсивности цвета
подаваемые на аналоговый монитор. Большинство ЦАП имеют разрядность 8 бит
на канал — получается по 256 уровней яркости на каждый основной цвет RGB
что в сумме дает 16.7 млн. цветов.
Звуковая плата (также называемая звуковая карта аудиоадаптер) используется
для записи и воспроизведения различных звуковых сигналов: речи музыки
IBM-PC проектировался не как мультимедийная машина а инструмент для
решения серьёзных научных и деловых задач звуковая карта на нём не была
предусмотрена и даже не запланирована. Единственный звук который издавал
компьютер — был звук встроенного динамика бипера сообщавший о
Любая современная звуковая карта может использовать несколько способов
воспроизведения звука. Одним из простейших является преобразование ранее
оцифрованного сигнала снова в аналоговый. Глубина оцифровки сигнала
(например 8 или 16 бит) определяет качество записи и соответственно
воспроизведения. Так 8-разрядное преобразование обеспечивает качество
звучания кассетного магнитофона а 16-разрядное — качество компакт-диска.
В настоящее время звуковые карты чаще бывают встроенными в материнскую
плату но выпускаются также и как отдельные платы расширения.
На материнскую плату звуковая плата устанавливается в слоты ISA
(устаревший формат) или РСI (современный формат). Когда звуковая плата
установлена на задней панели корпуса компьютера появляются порты для
подключения колонок наушников микрофона
Сетевая плата (также известная как сетевая карта сетевой адаптер Ethernet
card NIC (англ. network interface card)) — печатная плата позволяющая
взаимодействовать компьютерам между собой посредством локальной сети.
Обычно сетевая плата идёт как отдельное устройство и вставляется в слоты
расширения материнской платы (в основном — PCI ранние модели использовали
шину ISA). На современных материнских платах сетевой адаптер все чаще
является встроенным таким образом покупать отдельную плату не нужно.
На сетевой плате имеются разъёмы для подключения кабеля витой пары иили
BNC-коннектор для коаксиального кабеля.
Сетевая карта относится к устройствам коммуникации (связи). Кроме нее к
устройствам коммуникации относится модем но он служит для организации
связи в глобальной сети (Интернет). Скорость передачи данных устройствами
коммуникации измеряется в битах в секунду (а также в Кбитс и Мбитс).
Модем используемый для подключения домашнего компьютера к сети Интернет по
телефонной линии обычно обеспечивает пропускную способность до 56 Кбитc
а сетевая карта - до 100 Мбитс.
TV-тюнер (англ. TV tuner ТВ-тюнер) — устройство предназначенное для
приёма телевизионного сигнала в различных форматах вещания (PAL SCAM
NTSC) с показом на компьютере или просто на отдельном мониторе. Tune
означает “настраивать” (на длину волны).
TV-тюнер может представлять собой как отдельное устройство с радиовходом и
аудио-видео выходами так и плату расширения. Внешние ТВ-тюнеры
подключаются к компьютеру через порт USB или между компьютером и дисплеем
через видеокабель внутренние вставляются в слот ISA или PCI или PCI-
Кроме того большинство современных ТВ-тюнеров принимают FM-радиостанции и
могут использоваться для захвата видео. Как видно из фото тюнер для
персонального компьютера может идти в комплекте с пультом управления. Это
очень удобно т.к. можно переключать каналы и производить настройки "не
Структура материнской платы ноутбука
Разъем (Socket) центрального процессора.
Микросхемы видеопамяти
Дроссели импульсных преобразователей напряжения
Разъемы модулей памяти
Разъемы периферийных устройств.
Контроллеры сети аудио Wi-fi
Устройства вывода информации
Главное отличие ЭЛТ от ЖК мониторов
В основе работы ЭЛТ монитора лежит специальная стеклянная трубка внутри
которой вакуум. Так же внутри стеклянной колбы находятся электронные
пушки испускающие поток заряженных частиц (электронов).
Эти электроны заставляют светиться точки люминофора которым тонким слоем
изнутри покрыта передняя стенка электронно-лучевой трубки. То есть энергия
электронов превращается в свет вот эти самые светящиеся точки и формируют
Жидкокристаллические мониторы
Принцип работы ЖК монитора совершенно иной. Здесь уже нет никаких трубок а
изображение формируется совершенно другим способом. Жидкокристаллические
дисплеи уже имеют в своем названии указание на то с помощью чего создается
изображение на экране. Да да именно жидкие кристаллы которые были открыты
еще в 1888 году играют ключевую роль в формировании картинки.
Устройство LCD монитора больше напоминает слоеный пирог каждый слой имеет
свое назначение. Итак можно выделить несколько слоев из которых и состоит
Первый слой - это система подсветки ЖК матрицы она может быть выполнена с
применением люминесцентных ламп с холодным катодом либо светодиодов.
Вторым слоем идет рассеивающий фильтр который позволяет повысить уровень
равномерности подсветки всей матрицы. Далее идет первый вертикальный
поляризационный фильтр который пропускает только вертикально направленные
световые волны. Четвертым слоем представлена сама матрица представляющая
собой две прозрачные стеклянные пластины между которыми расположены
молекулы поляризационного вещества - жидкие кристаллы. Пятым слоем идут
специальные цветофильтры отвечающие за окрас каждого субпикселя. Ну и
последним слоем идет второй уже горизонтальный поляризационный фильтр
который как вы уже наверное догадались пропускает только лишь
горизонтальные волны. Вот и все устройство ЖК монитора. Разберем подробнее.
В жидкокристаллической матрице каждый кристалл отвечает за определенную
точку в изображении на экране. Когда монитор работает свет от системы
подсветки проходит через слой жидких кристаллов и зритель видит некую
мозаику" из пикселей окрашенных в разные цвета. Каждый пиксель состоит из
трех субпикселей красного зеленого и синего.
С помощью этих трех базовых цветов экран способен отображать до 17 млн.
различных оттенков цветов. Такая глубина цвета достигается различным
количеством света проходящего через каждый пиксель. 17 миллионов возможных
сочетаний - 17 млн. возможных цветов.
Любой свет как известно имеет направление поскольку это еще и
электромагнитная волна она еще имеет поляризацию. Луч может быть
вертикальным горизонтальным иметь любой промежуточный угол.
Очень важно учитывая что первый фильтр пропускает только вертикально
направленные лучи. Излучение проходит сквозь каждый субпиксель и достигает
второго поляризационного фильтра который пропускает только горизонтальные
лучи. Иначе говоря не весь свет излученный системой подсветки способен
дойти до пользователя.
Кристаллы изменяют поляризацию световой волны чтобы она прошла через
второй фильтр. Вообще жидкие кристаллы - крайне интересная субстанция. Их
молекулы действительно ведут себя как молекулы жидкого вещества находясь
в постоянном движении. Но как и положено кристаллам их ориентация остается
Ориентация кристаллов меняется только под воздействием электрического поля.
Когда это происходит субстанция начинает изменяться. Возможно выборочное
изменение ориентации вплоть до субпикселя. То есть кристаллы играют роль
крошечных оптических линз которые меняют поляризацию световых волн.
Итак жидкие кристаллы контролируют поляризацию а значит и интенсивность
света проходящего через второй фильтр. Секрет устройства ЖК монитора
заключается в том что не каждый луч сможет добраться до зрителя а
интенсивность свечения каждого пикселя задается углом поворота
(поляризацией) жидких кристаллов.
Газоразрядный экран (также широко применяется английская калька "плазменная
панель") - устройство отображения информации монитор использующее в своей
работе явления электрического разряда в газе и возбуждаемого им свечения
Основной элемент люминесцентного излучения - плазма газ состоящий из
свободно протекающих ионов (электрически заряженных атомов) и электронов
(отрицательно заряженных частиц). В обычном состоянии газ состоит
преимущественно из незаряженных частиц. Это означает что отдельные атомы
газа состоят из равного количества протонов (положительно заряженные
частицы в ядре атома) и электронов. Отрицательно заряженные электроны
балансируют положительно заряженные протоны поэтому сам атом имеет
результирующий заряд «0».
Если в газ ввести множество свободных электронов создавая внутри
электрическое напряжение происходят значительные изменения: свободные
электроны сталкиваются с атомами ослабляя связь с другими электронами. Из-
за потери электронов нарушается баланс атома. Атом становиться
положительным и превращается в ион.
Через плазму проходит электрический ток за счет чего отрицательно
заряженные частицы стремятся к положительно заряженной области плазмы а
положительно заряженные частицы двигаются в направлении отрицательно
В этом стремительном потоке частицы постоянно сталкиваются друг с другом.
В результате такого столкновения в плазме происходит возбуждение атомов
газа и высвобождаются фотоны энергии. Ксеноновые и неоновые атомы
используемые в плазменных экранах освобождают фотоны света. Как правило
эти атомы высвобождают ультрафиолетовые фотоны света невидимые для
человека. Но ультрафиолетовые фотоны можно использовать для того чтобы
возбудить видимые фотоны света.
Внутреннее строение дисплея
Ксеноновый и неоновый газ в плазменном телевизоре содержится в сотнях тысяч
очень маленьких ячеек размещенных между двумя стеклянными пластинами в
которых также по бокам ячеек располагаются длинные электроды. Вдоль тыльной
стороны стеклянной пластины за ячейками располагаются электроды адреса.
Прозрачные электроды дисплея окруженные изолирующим диэлектрическим
материалом и покрытые защитным слоем оксида магния находятся над ячейкой
вдоль фронтальной стороны стеклянной пластины.
Оба набора электродов тянутся по всей длине экрана. Электроды дисплея
выложены в горизонтальные ряды вдоль экрана а электроды адреса – в
вертикальные колонки. Как показано на диаграмме вертикальные и
горизонтальные электроды формируют своего рода решетку.
Чтобы ионизировать газ в каждой отдельной ячейке компьютер плазменного
монитора заряжает электроды которые пересекаются в этой ячейке. Это все
происходит за долю секунды постепенно заряжая каждую ячейку. Когда
пересекающиеся электроды заряжены (между ними существует разница
напряжения) электрический ток протекает через газ в ячейку. Как уже
говорилось ток заставляет заряженные частицы двигаться быстрее что в свою
очередь побуждает атомы газа высвобождать ультрафиолетовые фотоны.
Освобожденные ультрафиолетовые фотоны воздействуют на кристаллический
люминофор (кристаллофосфором) нанесенный на внутренние стенки ячейки.
Люминофор – это электролюминесцентное вещество используемое для покрытия
внутренней поверхности экрана электронно-лучевой трубки которое выделяет
свет. Когда ультрафиолетовый фотон ударяется об атом фосфора один из
электронов фосфора перепрыгивает на более высокий уровень энергии и атом
нагревается. Когда электрон вновь возвращается на свой уровень он
освобождает энергию в форме видимого фотона света.
В возбужденном состояние фосфоры в плазменном мониторе излучают цветной
свет. Каждый пиксель состоит из трех отдельных ячеек подпикселя со своими
цветными фосфорами. Один из подпикселей излучает красный цвет фосфора
другой – зеленый а третий – синий. Смешиваясь в определенной пропорции
эти цвета создают целую палитру новых красок пикселя.
Изменяя импульс тока двигающегося по различным ячейкам специальная
система управления увеличивает или понижает интенсивность каждого цвета
подпикселя для создания тысяч различных комбинаций красного синего и
зеленого цветов. Таким образом система управления воспроизводит целый
Фронтальное стеклянное основание
То что мы видим чаще всего. Обычно имеет антибликовое покрытие.
Диэлектрический слой
Предназначен для изоляции дисплейных электродов.
Эти прозрачные катодные пластины идут через весь экран над каждой строкой
Область поверхностного разряда
Атомы газа возбуждают чтобы заставить их испускать ультрафиолетовые
Обычно изготавливается из оксида магния.
Для получения представления о технологии плазменного дисплея достаточно
взглянуть на обычную лампу дневного света — она работает по тому же
принципу. Внутри лампы находится инертный газ обычно аргон. В нормальном
состоянии атомы газа электрически нейтральны. Но пропустите через эту смесь
электрический ток — и атомы газа будут атакованы несметными количествами
свободных электронов что приведет к утрате атомами нейтрального заряда.
Они станут положительно заряженными или выражаясь техническим языком
ионизированными а газовая смесь превратится в проводящую плазму.
Отрицательно и положительно заряженные частицы беспорядочно роятся в
поисках незанятых мест в противоположно заряженных атомах газа ударяя
атомы и заставляя их излучать ультрафиолетовые фотоны. Они невидимы
невооруженным глазом если ими не управляют специально направляя в сторону
люминофорного покрытия — вроде того что используется внутри лампы дневного
света. При попадании фотонов частицы люминофора возбуждаюся испускают свои
собственные фотоны но они уже окажутся видимы и приобретут форму световых
Плазменные дисплеи используют тот же принцип но не внутри трубки а в
многослойной стеклянной конструкции. Между стеклянными стенками
располагаются сотни тысяч ячеек покрытых люминофором который светится
красным зеленым и голубым светом. Под видимой стеклянной поверхностью — по
всему экрану — расположены длинные прозрачные дисплейные электроды
изолированные сверху листом диэлектрика а снизу слоем оксида магния (MgO).
Под дисплейными электродами располагаются уже упомянутые нами ячейки
пикселей RGB выполненные в форме крохотных коробочек изнутри покрытых
цветным люминофором (каждая цветная“ коробочка — красная зеленая или
голубая — называется подпикселем). Под ячейками находится конструкция из
адресных электродов расположенных под углом 90 градусов к дисплейным
электродам и проходящих через соответствующие цветные подпиксели. Следом
располагается защитный для адресных электродов уровень закрытый задним
Прежде чем плазменный дисплей будет запаян в пространство между ячейками
впрыскивается под низким давлением смесь двух инертных газов — ксенона и
неона. Для ионизации конкретной ячейки создается разность напряжений между
дисплейным и адресным электродами расположенными друг напротив друга выше
В результате газ ионизируется и испускает массу ультрафиолетовых фотонов
которые бомбардируют изнутри коробочки пиксельных ячеек заставляя
люминофор возбуждаться и испускать свет — в точности как в флуоресцентных
трубках. Колебания напряжения (с помощью импульсной кодовой модуляции)
приводят к изменению интенсивности цвета каждого подпикселя. Если это
делать с сотнями тысяч пиксельных ячеек причем очень быстро то получится
Люминофорное покрытие
Когда фотоны ультрафиолета бомбардируют люминофорное покрытие оно
возбуждается и испускает световые фотоны. Получить пиксель размером намного
меньшим 03 мм — очень сложная задача. Поэтому в малых размерах плазменные
дисплеи не могут конкурировать с ЖК-экранами.
Ребра изолирующие ячейку
Похоже на пчелиные соты не правда ли? Ребра содержат подпиксели разных
цветов и играют роль мяса“ в сэндвиче плазменного дисплея.
Ток течет от дисплейных электродов (катодов) к анодным пластинкам
повернутым под углом 90 градусов относительно дисплейных электродов.
Тыловое стеклянное основание
Последний слой в сэндвиче.
Служит для исключения прямого контакта с анодом.
Главное преимущество плазменных мониторов состоит в том что за счет
использования ультратонких материалов можно создавать большие но в то же
время тонкие экраны. И поскольку каждый пиксель загорается по отдельности
изображение получается очень ярким и картинка видна практически под любым
углом. Качество изображения конечно не сравниться с качеством
воспроизведения электронно-лучевой трубки но тем не менее эта технология
получила одобрение многих людей.
Устройства вывода информации - принтеры
Печатают струйные принтеры при помощи точно направленного потока
микроскопических чернильных капель нескольких цветов. Разные производители
принтеров используют разную технологию печати. Основные технологии
применяемые в струйных принтерах это выброс чернильных капель при
нагревании чернил и выброс чернильных капель механически при расширении
кристалла под действием электрического тока. Размер чернильных капель и
физические свойства чернил определяют качество получаемого изображения.
В струйных принтерах используется один из двух методов выбрасывания
Пьезоэлектрический (Epson);
Метод газовых пузырьков (Canon НР).
В основе пьезоэлектрической технологии лежит способность пьезоэлемента
деформироваться под воздействием электрического поля. В каждое сопло
печатающей головки встроена плоская мембрана изготовленная из
пьезокристалла. Под воздействием электрического импульса мембрана
деформируется а создаваемое при этом давление выбрасывает из сопла
микроскопическую каплю чернил.
В основе метода газовых пузырьков лежит быстрое нагревание небольшого
объема до температуры кипения. Скорость нагрева столь велика что она
подобна взрывному процессу. Образующийся при этом пар выбрасывает из сопла
микроскопическую каплю чернил. Для реализации этого метода в каждое сопло
встраивается микроскопический нагревательный элемент.
Каждый из этих двух способов по-своему привлекателен однако каждый из них
не свободен и от недостатков.
Пьезоэлектрическая технология наиболее дешевая отличается более
высокой надежностью (т. к. не используется высокая температура). Этот
способ управления менее инерционен чем нагрев что позволяет повысить
Пузырьковая технология связана с высокой температурой. При высокой
температуре нагреватель со временем покрывается слоем нагара поэтому
в принтерах использующих эту технологию печатающая головка довольно
часто выходит из строя. В таких случаях она вместе с резервуаром для
чернил образует конструктивный единый узел.
Печатающие головки могут конструктивно объединяться с чернильным картриджем
и заменяться одновременно с ним а могут быть установлены в принтере
постоянно - при этом заменяется только картридж. Каждый из этих вариантов
имеет свои достоинства и недостатки. Казалось бы что чернильная емкость
без печатающей головки должна стоить намного дешевле чем в комбинации с
печатающей головкой. На деле этого не происходит и заметного удешевления
эксплуатации при постоянно установленной в принтере печатающей головки не
наблюдается. В то же время легко сменная печатающая головка позволяет
легко выйти из затруднений связанных с засыханием чернил в ее каналах.
Следует помнить что если чернила засохнут в головке то ее как правило
следует менять если своевременно не будут приняты соответствующие меры.
Для того чтобы уменьшить риск засыхания чернил в каналах головки
предусматривается специальное положение парковки. В большинстве принтеров
предусмотрена функция очистки сопел. Тем не менее все это не дает полной
уверенности что при эксплуатации печатающую головку не придется менять.
Головка вместе с емкостями для чернил закрепляется на каретке которая по
специальной направляющей совершает возвратно-поступательное движение
поперек листа бумаги. Хотя способ "объединения печатающей головки и емкости
для чернил конструктивно наиболее прост и в силу этого получил самое
широкое распространение он не является оптимальным. Дело в том что
каретка должна достаточно быстро двигаться а также достаточно быстро
изменять направление движения ибо скоростью ее движения определяется
скорость печати. Для этого подвижная каретка должна быть мало инерционной
т. е. иметь возможно меньшую массу. С этой целью уменьшают объем емкости
для чернил. Поэтому предпочтительнее оказывается размещение емкости для
чернил на неподвижной части принтера а подачу чернил к печатающим головкам
осуществлять с помощью специальных трубопроводов.
Такая система позволяет повысить скорость печати и одновременно увеличить
емкости для чернил однако система трубопроводов конструктивно столь
сложна что такая конструкция используется очень редко.
В процессе печати лист бумаги перемещается вдоль тракта печати при помощи
специального механизма. Его основу составляет обрезиненный валик
приводимый во вращение шаговым двигателем. К валику бумага прижимается
вспомогательными обрезиненными роликами. Протяжка происходит за счет сил
трения при повороте валика. В старых конструкциях принтеров бумага для
печати заправлялась в принтер полистно. Это было очень неудобно так как
при печати многостраничных документов требовалось постоянное присутствие
оператора только для того чтобы вкладывать в принтер очередной лист бумаги
и повторно запускать процесс печати. В современных принтерах процесс подачи
бумаги автоматизирован. В приемный лоток принтера можно заложить перед
началом печати стопку бумаги очередной лист из которой по мере
необходимости автоматически будет захватываться и подаваться в печатный
тракт. Количество листов бумаги которое может быть заложено в приемный
лоток в разных моделях принтеров отличается но обычно оно составляет 50-
0 листов. Драйверы управляющие процессом печати позволяют устанавливать
необходимое количество копий и указывать страницы или части страниц
которые должны быть распечатаны. Автоматизация процесса подачи бумаги
сделала эксплуатацию принтера исключительно комфортной. Эти удобства
особенно ощутимы при больших объемах печати: достаточно заложить в приемный
лоток бумагу указать параметры печати и запустить выполнение программы
печати. Все остальное принтер сделает автоматически. Дальнейшее развитие
идеи автоматизации привело к созданию принтеров которые позволяют
производить печать в автоматическом режиме используя обе стороны листа.
Правда такие устройства еще достаточно дороги и используются лишь в
некоторых дорогих моделях принтеров.
Устройство лазерного принтера.
Валики подающие бумагу
Валик подающий тонер
Фотопроводящий цилиндр
Узел фиксации изображения
Сердце лазерного принтера - фотопроводящий цилиндр (organic
photoconduction cartridge) который часто называют печатающим барабаном. С
помощью барабана производится перенос изображения на бумагу. Он
представляет собой металлический цилиндр покрытый тонкой пленкой
фотопроводящего полупроводника обычно оксидом цинка или чем либо подобным.
Поверхности этого покрытия можно придать положительный или отрицательный
заряд который сохраняется на поверхности но только до тех пор пока
барабан не освещен. Если какую либо часть барабана проэкспонировать то
покрытие приобретает проводимость и заряд стечет с освещенного участка
образовав незаряженную зону. Данный момент очень важен для понимания
принципа работы лазерного принтера.
Следующей важной его частью является лазер и прецизионно оптико-
механическая система перемещающая луч.
Малогабаритный лазер генерирует тонкий световой луч отражающийся от
вращающегося зеркала (как правило шестигранного) разряжает положительно
заряженную поверхность барабана. Чтобы получилось изображение лазер
включается и выключается управляющим микроконтроллером. Вращающееся зеркало
разворачивает луч в строку на поверхности печатающего барабана. Все это
вместе создает на его поверхности строку скрытого изображения в котором те
участки которые должны быть черными имеют один заряд а белые
противоположный. После формирования строки изображения специальный
прецизионный шаговый двигатель поворачивает барабан так чтобы можно было
формировать следующую строку. Это смещение равняется разрешающей
способности принтера и обычно составляет 13001600 дюйма. Этот этап
печати напоминает построение изображения на экране телевизионного монитора.
Итак на барабане сформировано изображение вроде статического заряда и
незаряженных участков. Что дальше? Дальше барабан проходит мимо валика
подающего из специального контейнера черный красящий порошок тонер.
Частички тонера заряженные положительно прилипают только к нейтральным
участкам отталкиваясь от положительно заряженных. Это похоже на то как на
экране телевизора собирается пыль.
Следующим этапом является перенос тонера (а значит и изображения) на
бумагу. Бумага вытягивается из подающего лотка и с помощью системы валиков
перемещается к печатающему барабану. Перед самым барабаном бумаге
сообщается статистический заряд с помощью еще одного коронирующего провода
подобного тому что используется для подготовки барабана к экспонированию.
Затем бумага прижимается к поверхности барабана. Заряды разной полярности
накопленные на поверхности бумаги и на поверхности барабана вызывают
перенос частиц тонера на бумагу и их надежное прилипание к последней. После
переноса тонера бумага покидает поверхность барабана.
При этом валики продолжают перемещать бумагу к выходному лотку
принтера. Следующим звеном принтера встречающего бумагу с изображением на
этом пути является узел фиксации изображения. Тонер содержит вещество
способное легко плавится. Обычно это какой-нибудь полимер или смола. При
нагревании до 200-220 градусов и повышении давления порошок расплавляется и
намертво соединяется с поверхностью бумаги. Только что вышедшие из принтера
листы теплые а слишком нетерпеливый пользователь хватающий появившийся
листок рискует обжечь пальцы.
Далее бумага протаскивается к выходному лотку. При этом если листы
выводятся напрямую верхним в стопе отпечатков оказывается последний лист.
Многие принтеры однако переворачивают бумагу лицом вниз складывая стопу
в правильном порядке то есть верхним будет первый лист нижним последний.
Отпечаток готов осталось не рассмотренной последняя важная позиция
очистка барабана. При переносе изображения на бумагу не все частички тонера
прилипают к ней и небольшое количество их остается на барабане. Для этого
на него подается электрический заряд барабан очищается и готов к печати
Важным является устройство управления как правило микроконтроллер на
базе микропроцессора. Контроллер обслуживает порты оперативную память
осуществляет диагностику принтера выдает сообщения на панель управления
эмулирует различные стандарты подключения и конечно выдает десятки
сигналов управляющих всеми узлами принтера.
Рисунки иллюстрируют процессы заряда поверхности ФБ экспонирования
проявки переноса закрепления и очистки.
Процесс заряда поверхности фото-барабана принтера
Процесс экспонирования принтера
Рабочая станция - компьютер находящийся в локальной сети(Workstation)
Cервер печати - серверный компьютер к которому физически подключен один
или несколько принтеров на которые осуществляют печать пользователи
работающие на рабочих станциях(Print Server)
Настольный принтер - принтер который физически подключен к рабочей
станции(Desktop Printer)
Общий принтер - настольный принтер который подключен к одной из рабочих
станций и предоставлен в общий доступ для всех пользователей работающих на
других рабочих станциях локальной сети(Shared Printer). Обычно такие
принтеры имеют сетевые имена вида WorkStationPrinterName
Сетевой принтер - принтер который подключен непосредственно к локальной
сети и не подключен физически ни к одному из компьютеров локальной сети.
Обычно такой принтер имеется встроенную сетевую плату(Network Printer).
Принт-сервер - устройство которое позволяет преобразовать настольный
принтер в сетевой принтер. Данное устройство обычно имеет один или
несколько портов для физического подключения принтера и один порт для
подключения к локальной сети(RJ-45 WiFi и т.д.)(Print-server)
Веб-камера (также вебкамера) — малоразмерная цифровая видео или фотокамера
способная в реальном времени фиксировать изображения предназначенные для
дальнейшей передачи по сети Интернет (в программах типа Skype Instant
Messenger или в любом другом видеоприложении).
Существуют три вида групп Web камер это: настольные портативные и
универсальные профессиональные.
Настольные - для настольного ПК:
[pic]Портативные - для ноутбуков:
Ну а универсальные соответственно для «всего» (и для ноутбуков и для
Предназначены для видеонаблюдения.
Последние используют для скрытого мониторинга за территорией предприятия.
Они не нуждаются в ПК и передают информацию через Интернет. Используются
только в целях мониторинга другие функции данная модель не поддерживает.
Характеристики Web-камер
Разрешение— величина определяющая количество точек (элементов растрового
изображения) на единицу площади. От разрешения зависит четкость изображения
на видео а также возможность различать при просмотре мелкие детали. Среди
продающихся сегодня регистраторов самыми распространенными являются модели
ведущие съемку в разрешении 640*480 1280*720 и 1920*1080 точек (Full HD).
Во многих бюджетных устройствах видео с невысоким разрешением
интерполируется до размеров соответствующих HD-разрешению. При этом не все
производители указывают это в характеристиках своего устройства таким
образом вводя пользователей в заблуждение так как качество съемки в
натуральном HD-режиме и режиме с интерполяцией различается в значительной
степени. Например если реальное разрешение— 640*480 точек тогда при
растягивании с применением интерполяции до размера 1280*960 каждый пиксель
«размазывается» на четыре соседних.
Чересстрочная развертка— метод передачи видеоизображения при котором
кадры разбиваются на полукадры в каждом из которых передаются либо чётные
либо нечётные строки. В прогрессивной развертке показывается полный кадр.
Определить какая развертка используется можно по указываемому в
характеристиках индексу: «i»— развертка чересстрочная (например 720i—
разрешение 1280*720 точек) «p»— прогрессивная (где пример?).
Прогрессивная развертка дает более качественное изображение.
В современных одноканальных регистраторах при высоком разрешении кадровая
частота съемки (FPS количество кадров в секунду)как правило имеет значение
от 15 до 60 кадров в секунду. Для покадрового разбора видеозаписи ДТП
необходима высокая частота. Большинство устройств позволяет настраивать
этот параметр вручную. Регистраторы имеющие режим CCTV снимают с частотой
кадров в секунду специально для того чтобы сохраненное видео имело как
можно меньший объем.
Битрейт влияет на качество изображения чем выше значение этого параметра
тем четче выглядит картинка. Современные видеорегистраторы способны снимать
видео с битрейтом 8 Мбитсек. Максимальный показатель у AdvoCam-FD3 в
режиме Sport этот регистратор выдает 12 Мбитсек при разрешении 1920 на
Угол обзора определяет участок местности который попадает в кадр. Зона
обзора зависит от фокусного расстояния объектива и от размера матрицы. Угол
обзора по горизонтали у современных регистраторов варьируется от 60 до 110
градусов (100—160 градусов по диагонали)[5]. Слишком маленький угол обзора
приводит к тому что в кадр попадает только то что находится прямо перед
автомобилем но не соседние ряды и обочины. В то же время слишком большой
угол может стать причиной искажения картинки по краям— эффект объектива
рыбий глаз. Впрочем учитывая что предназначение видеорегистратора не
художественная видеосъемка а видеофиксация дорожной обстановки подобное
допустимо (а вот недостаточный обзор может стать причиной того что важные
детали не попали в кадр).
Для хранения видеосигнал с помощью АЦП переводится из аналогового в
цифровой (дискретный) вид и подвергается сжатию. На момент написания статьи
используются чаще других следующие форматы сжатия: MPEG MPEG4 H.264 M-
JPEG. Чаще всего используется H.264 (MPEG4 part 10). Этот стандарт сжатия
позволяет получать файлы небольшого объема при незначительном ухудшении
Чувствительность— минимальная освещенность на объекте съемки при котором
качество изображения можно охарактеризовать как приемлемое. Измеряется в
люксах. У величины этого показателя и качества изображения обратная
зависимость (03 люкс дает картинку лучше чем 1 люкс). В подавляющем
большинстве современных автомобильных регистраторов используется матрица
CMOS. Такие матрицы имеют высокое разрешение но обладают низкой
Стабилизация изображения
Во время движения по дороге видеорегистратор неизбежно трясется и
вибрирует. Для того чтобы это никак не сказывалось на качестве видео
используются специальные технологии стабилизации изображения. Например в
регистраторах Prestigio используется технологие EIS Anti Shake.
Устройство и принцип работы web-камеры
Современная web-камера представляет собой цифровое устройство производящее
видеосъемку оцифровку сжатие и передачу по компьютерной сети
видеоизображения. Поэтому в состав web-камеры входят следующие компоненты:
- плата видеозахвата
- блок компрессии (сжатия) видеоизображения
- центральный процессор и встроенный web-сервер
- последовательные порты
- тревожные входывыходы
В качестве фотоприемника в большинстве web-камер применяется ПЗС-матрица
(ПЗС CCD – прибор с зарядовой связью) – прямоугольная светочувствительная
полупроводниковая пластинка с отношением сторон 3:4 которая преобразует
падающий на нее свет в электрический сигнал. ПЗС-матрица состоит из
большого числа светочувствительных ячеек. Для того чтобы повысить световую
чувствительность ПЗС-матрицы нередко формируют структуру которая создает
микролинзу перед каждой из ячеек. В технических параметрах web-камеры
обычно указывают формат ПЗС-матрицы (длина диагонали матрицы в дюймах)
число эффективных пикселей тип развертки (построчная или чересстрочная) и
чувствительность. Типичнаяweb-камерасодержит объектив оптический фильтр
ПЗС-матрицу схему цифровой обработки изображения схему компрессии
изображения и web сервер для подключения к сети. Каждая сетевая
видеокамера имеет свой собственный IP-адрес вычислительные функции и
встроенное программное обеспечение что позволяет ей функционировать как
web сервер FTP сервер FTP клиент и клиент e-mail. Наиболее современные
сетевые видеокамеры включают и много других привлекательных функций таких
как детектор движения входвыход тревоги и поддержка e-mail.
Видеорегистратор (англ.Digital Video Recorder DVR цифровой
видеорегистратор)— устройство предназначенное для записи хранения и
воспроизведения видеосигналов а при наличии микрофона и аудиосигналов.
Видеорегистраторы в основном используются в системах видеонаблюдения как
стационарных (на объектах) так и подвижных (например автомобильные
В зависимости от поставленных задач видеорегистратор может использоваться
для решения различных задач в том числе:
для видеонаблюдения за посетителями в частных домах офисах
для видеоконтроля кассовых операций на рабочих местах кассиров в
магазинах (для анализа соответствия видеоданных данных кассовых
терминалов и чеков);
для организации системы учета и контроля автотранспорта на парковках и
для автоматической регистрации и контроля перемещений железнодорожных
вагонов по территории заводов комбинатов топливно-заправочных
комплексов хранилищ;
при организации территориально-распределенных систем видеонаблюдения
в том числе с единым центром мониторинга.