BEVEZETÉS A HÁTTÉRTÁROLÓK TÉMAKÖRHÖZ 1. Elsődleges tárolók (operatív tárak): • közvetlen kapcsolatban állnak a processzorral • feladata a programok és az adatok tárolása használat közben (egyfajta munkaterületet biztosít) • a bennük tárolt információ a tápfeszültség megszűnésekor elvész • kapacitásuk viszonylag kicsi, ugyanakkor gyorsan elérhető a tárolt adat • ilyen tároló például a számítógépben használt memória (RAM) • fontos, hogy nem tekinthetők PERIFÉRIÁNAK!!!
2. Másodlagos tárolók (háttértárak): • nem állnak közvetlen kapcsolatban a processzorral • feladata a programok és az adatok használaton kívüli tárolása (amikor nem dolgozunk vele) • a bennük tárolt információ a tápfeszültség megszűnésekor is megmarad, nem vész el • kapacitása viszonylag nagy, az adatok elérési sebessége közepes (erősen függ a típustól) • ilyen tároló például a floppy és a merevlemez (és a különböző memóriakártyák is) • fontos, hogy a legtöbb típus az adatokat hordozhatóvá is teszi (átvihetjük másik gépre)
3. Harmadlagos tárolók (archív háttértárak): • feladata a programok és az adatok archiválása (a másodlagos tárak tartalmának hosszúidejű tárolása) • a bennük tárolt információ a tápfeszültség megszűnésekor is megmarad, nem vész el • kapacitása viszonylag nagy, az adatok elérési sebessége viszonylag lassú • ilyen tároló például a CD, a DVD vagy a mágnesszalagos DAT kazetta • az adatokat hordozhatóvá teszi (pl.: szoftverforgalmazásra is megfelelőek) • ott használják, ahol az adatokat nem, vagy csak nagyon ritkán kell megváltoztatni (pl.: filmek, fényképek, zenék, programok tárolása, biztonsági másolatok készítése)
II. Háttértárolók: 1. Jellemzői: a. Kapacitás: ⇒ adattároló képesség, azaz megmondja mennyi adat fér a tárba (MBájt, GBájt) b. Adatsűrűség: ⇒ egységnyi hosszon eltárolható adatmennyiség (BPI – Bit Per Inch, esetleg bit/mm) c. Hozzáférési, elérési idő: ⇒ az idő, ami az adat kérése és kiadása között eltelik (ms) d. Adatátviteli sebesség: ⇒ egységnyi idő alatt elérhető adatmennyiség (kBájt/s, MBájt/s) ⇒ függ a tároló elérési idejétől, és az alkalmazott illesztő-felülettől (amelyik kisebb, az lesz) e. Fajlagos adattárolási költség: ⇒ egységnyi adatmennyiség tárolására jutó költség (Ft/MBájt) ⇒ például floppynál ez 50 Ft/MBájt, winchesternél vagy CD-nél 0.2 – 0.4 Ft/MBájt
2. Típusai: 1. Mágneses háttértárak: ⇒ az adatokat mágneses elven tárolják ⇒ pl.: FDD, HDD, DAT, STREAMER 2. Optikai háttértárak: ⇒ az adatokat optikai elven tárolják ⇒ pl.: CD, DVD, MO-DISK
Analóg kép, szín, és hangábrázolás Jel: A jelek az információ hordozására alkalmas szimbólumok. A jelfajták: A jeleket a jelentésükhöz kapcsolódás módjától függően három csoportba soroljuk: Index („jelszerű” jel, vagy jelzés): A jel közvetlen (fizikai) kapcsolatban van a jelzett dologgal; például a kakaó illata. Ikon: A formájának ábrázolásával, előismerettől függetlenül, mindenki számára érthetően utal a jelölt dologra, például a Windows asztalán elhelyezett, számítógépet ábrázoló „sajátgép” ikon. Szimbólum: A jelentését megszokás, tanulás folytán tudjuk a jelölt dologhoz kapcsolni, például a betűk, a „behajtani tilos” tábla.
Analóg jel: Analóg jelek: Pl. beszéd közben létrejövő levegőrezgések (hullámok). Végtelen különböző értéket vehetnek fel. A távközlésben az analóg jeleknek három jellemzője kiemelten fontos: az amplitúdó, a frekvencia és a fázis.
Analóg Képábrázolás: Analóg képjelek pl.: · rajz, festmény, vagy más képzőművészeti eljárással készített kép · foto eljárással készített felvételek · videokamera analóg jele · valamely hordozó médiumon (celluloid szalag, videó szalag stb.) tárolt képsorozat
Analóg Hangábrázolás: Az analóg jelek térben és időben folytonosak, tehát egy s=s(t) folytonos függvénnyel írhatóak le (egy egyváltozós függvény legegyszerűbben egy kétdimenziós grafikonnal ábrázolható). két szélső érték között a fizikai jel nagysága tetszőleges lehet a jel nagysága időben folytonosan változik (vagy változhat) Példa: analóg hangjelek (megadhatóak az amplitúdó időbeli változását leíró folytonos függvénnyel) Analóg hangjel pl. a bakelitlemezen lévő hang. Analóg hangtechnikai eszközök: · Mikrofonok · Hangsugárzók · Hi-fi lemezjátszók · Magnetofon
Analóg színábrázolás Az összetett fény áthalad egy prizmán, ekkor megtörik és másik irányban halad tovább. A továbbhaladás iránya az adott színösszetevő színétől függ. Tehát egy színkép látható. Ekkor a fény áthalad a prizmán, és nyolc alapszín definiálható: vörös, narancs, sárga, zöld, kék, ibolya. Jellemzőik a hullámhossz és a frekvencia. A vörösnek van a legnagyobb hullámhossza, viszont ennek a színnek a legkisebb a frekvenciája. A vöröstől az ibolyáig csökken a hullámhossz, viszont a frekvencia növekszik.
Digitális kép, szín, és hangábrázolás Digitális jel: Az adatok számkódok alapján tarolódnak. A szám képezi az információt. A betűket is számokkal kódolják. Így a szöveg is számként értelmezett jelek kombinációjának összessége.
Digitális képábrázolás PIXELGRAFIKUS ÁBRÁZOLÁS Mind ez ideig elemi képpontokról beszéltünk, amely angolul "Picture element", röviden: pixel. Azok az állományok, amelyek a képpontokra jellemző számokat tartalmazzák, bittérképes, pixeles formátumúak. Azok a programok, amelyek a digitalizált képek szerkesztését olyan módon teszik lehetővé, hogy voltaképpen ezeket a számokat módosítjuk, a bittérképes, idegen szóval: pixelgrafikus festő, illetve fotóretusáló programok. A bittérképes képállományok pont/hüvelykben (DPI-ben, lásd fent) megadott felbontása voltaképpen a digitalizálás mintavételi gyakorisága, a színmélysége pedig a digitalizálás értékfelbontása. Könnyen megérthető, hogy a felbontás kétszerezése a tárolandó adatmennyiség négyszereződését fogja eredményezni. (Ha a felbontást vízszintesen és függőlegesen is kétszerezzük, egy elemi pontból nem két, hanem négy újabb pont fog keletkezni.) Emiatt a különböző számítástechnikai alkalmazások a felbontást a lehető legalacsonyabb értéken tartják. Fekete-fehér szöveg nyomtatásához elegendő 300 pont/hüvelyk. Árnyalatos fekete-fehér kép papírra vetéséhez 1200 vagy több DPI felbontás kell. Színes képek esetében a felbontásnál sokkal többet számít a képpontonként lehetséges árnyalatok száma. A képernyők felbontása például mindössze 96 pont/hüvelyk, de 24 bites színmélységű megjelenítő tökéletesen fényképszerű benyomást tud kelteni. A pixelgrafikus tárolási és kezelési mód előnye, hogy egyszerűen programozható. Hátránya, hogy a képek területének és felbontásának növelése az állományméretek hatványozott növelésével jár, és ez még akkor is korlátokat szab a feldolgozásban és a továbbításban, ha
formátumtömörítést alkalmazunk formátumtömörítést alkalmazunk. További hátrány, hogy a pixeles kép nem nagyítható korlátlanul, mert egy bizonyos mérték után elkerülhetetlenül szemcséssé, lépcsőssé, élvezhetetlenné válik. A pixelgrafikus tárolási mód hátrányos tulajdonsága az is, hogy a (tömörítést nem alkalmazó) állomány mérete adott felbontásnál és színmélységnél nem függ a képtartalomtól, hanem kizárólag a kép területének nagyságától: ugyanakkora akár egy fehér négyzet, akár bármilyen fénykép állománya, ha mindkettő 6x9 cm-es. Az alábbi táblázat az egyes színmélységekhez képest mutatja az alkalmazható színek számát, illetve a hozzájuk kapcsolódó tárolási méretet 640 x 480 pixeles, a normál VGA képernyő felbontásának megfelelő képpontszámú állomány esetében. Látható, hogy nagy színmélység esetén a tárolási méret nagymértékben megnövekszik. Nem csoda tehát; ha olyan fájlformátumokat is létrehoztak, amelyekben a képi információt tömörítve tárolják. Egyszerűbb programozhatóságuk miatt a kisebb rajzolóprogramok pixelgrafikusak. Általában ilyenek a képbeolvasókból, digitális fényképezőgépből, faxprogramokból származó képek is. Pixelgrafikus képek kezelése kapcsán a Windowsban is megtalálható Paint és Paintbrush alkalmazásokkal foglalkozunk.
VEKTORGRAFIKUS ÁBRÁZOLÁS A PC-korszak elején, amikor a gépek teljesítménye és tároló-képessége a maiaknak csak kicsiny töredéke volt, kényszerítő volt az igény egy olyan módszer alkalmazására, amellyel az egyszerűbb, jellemzően vonalas és egynemű foltokból álló ábrák gazdaságosan tárolhatók és feldolgozhatók. Ha az ilyen ábrák esetén nem a teljes kép elemi pontjait tároljuk, hanem a képelemek valamiféle leírását, nagyságrendekkel kevesebb adatra lehet szükség a tároláshoz. Például egy - akár sok száz képpontból álló, síkon fekvő - egyenes vonalat tökéletesen leír négy szám: a végpontok koordinátái. Egy egyenest a térben 6 szám jelöl ki. A kört egy síkban 3 szám írja le: a középpont koordinátái és a sugara. Ezt a módszert nevezzük vektorgrafikus ábrázolásnak, mert a képelemeket (objektumokat) jellemző számcsoport a vektor. A vektoros mód alkalmazásakor a program feladatává válik a képpontok kiszámítása minden olyan alkalommal, amikor a teljes képet vagy annak csak részeit akár képernyőn, akár nyomtatón meg kell jeleníteni. Nyilvánvaló, hogy a vektoros ábrázolásnak is vannak hátrányai: bonyolultabban programozható, ezért több gépi erőforrást igényel, valamint nem alkalmas sok apró részletet tartalmazó képek kezelésére. Alapvető, elméleti előnye azonban, hogy a tárolt formátum összefüggésben van az ábra tartalmával, és ez lehetőséget nyújt arra, hogy a képelemekhez további, nem képi adatokat kapcsoljunk. Ezért a műszaki számítógépes alkalmazások – gépészeti, építészeti, térképészeti, térinformatikai, felület- és testmodellező (térbeli animációs) programok – kivétel nélkül vektorosak. Az alakzatok bonyolult szerkezete egyszerűbb elemekből áll; sokszor igen aprólékos munkával jár a valósághoz hasonlító képek vektoros előállítása. További előnye ennek az ábrázolásnak, hogy a rajzelemek bármikor külön-külön módosíthatók. Végül is a tárolási méretet az ábrán szereplő elemek száma, illetve az elemek bonyolultsága (az adott elemet meghatározó értékek mennyisége) határozza meg. Az ábra geometriai méretétől nem függ a tárolási méret, mivel a nagyítás-kicsinyítés során az elemeket leíró számok értéke változik csak meg, darabszámuk nem. Ezért a vektoros ábrák tetszőlegesen nagyíthatók, kicsinyíthetők. A végeredmény minősége a megjelenítést végző eszköz felbontóképességétől függ.
Képdigitalizálás A valóságos világ objektumai háromdimenziósak, a rájuk eső fényt visszaverik, vagy pedig önállóan bocsátják ki. Amennyiben az így keletkezett fényt valamilyen érzékelő eszközzel rögzítjük, úgy kétdimenziós analóg képi információvá állítjuk elő, amely a tárolási módszertől függő képadatot eredményez. Ahhoz, hogy a kétdimenziós analóg képi információt (adatot) digitális információvá (adattá) alakítsuk át analóg-digitális (A/D) konverzióra van szükség. Ez egy kétlépéses művelet: mintavételezés, kvantálás
Digitális színábrázolás A szem háromféle receptort tartalmaz, ezek a fényenergia különböző frekvenciasávjaira érzékenyek. E frekvenciák gyakorlatilag a kék, a zöld és a vörös szín érzetét keltik. A fény hatására a jelek a receptorokon keresztül idegi impulzusok formájában jutnak az agyba, és ott a színérzet a három receptor (érzékelő) által küldött jelek összehasonlításából alakul ki. Az emberi szem a 380-780 nm (1 nanométer = 10-9 méter) hullámhosszúságú intervallumot érzékeli, ezt nevezzük látható tartománynak. Az ennél nem sokkal rövidebb hullámhosszú az ultraibolya, a kicsivel hosszabb hullámhosszúságú az infravörös fény. A szem árnyalatfelbontó képessége a megvilágítás erősségétől függően változik. A szem érzéketlen marad, ha a fényinger nem halad meg egy bizonyos szintet ( 10-6 lumen). Ezt nevezzük abszolút vagy ingerküszöbnek. A szem már nem érzékeli a fényinger változását (telítődik), ha túllép egy határszintet (104 lumen). Ezt a határt nevezzük telítettségi küszöbnek. Különbségi küszöbnek nevezzük azt a legkisebb intenzitásváltozást, amelyet a szemünk még érzékelni képes. Az érzékelt színeknek három jellegzetes tulajdonságuk van: a színérzet vagy színárnyalat (angolul: hue), a telítettség (saturation), a világosság (intensity vagy brillance). Ezt a színmodellt az angol szavak kezdőbetűi alapján HSB modellnek is nevezik. A színérzet a szemünkbe jutó fény hullámhosszától függ. A szín színérzetén azt a spektrumszínt értjük, amelyhez a legjobban hasonlít. A spektrumszínek az MSZ 9620/1-72 szerint a következők:
kb. 400-440 nm ibolya kb. 440-495 nm kék kb. 495-558 nm zöld
kb. 558-640 nm sárga kb. 640-780 nm vörös A listából hiányzik a fekete, a fehér, a szürke és a bíborszín, valamint a spektrumszíneknek feketével és fehérrel elfátyolozott színei. Éppen ezért a hullámhosszérték csak a spektrumszínek meghatározásához használható, egyéb színekre csak közvetve alkalmazható. A telítettség megmutatja, hogy az érzékelt színen belül mennyi a fehér fény összetevője a többi színéhez képest. A világosság a szemünkbe érkező fényenergia mennyiségétől függ
Színmodellek, színkoordináta rendszerek RGB (vagy 24 Bit Color): Egy képpont a piros, a kék és a zöld 256-256-256 féle árnyalatából áll össze, összesen 16 millió színárnyalattal. 24 biten tárolja az információt. Ez additív színrendszer, tehát a három alapszín egyforma keverése fehér, hiányuk fekete színt eredményez. Ezeket a színeket használja minden elektronikus kivetítőeszköz (monitor, kivetítő).
CYM: Ugyanaz, mint az előző, csak fekete nélkül CYM: Ugyanaz, mint az előző, csak fekete nélkül. A fekete nehezen keverhető ki (ezért veszik bele gyakran az alapszínek közé). A CYM alapszínei az RGB alapszíneinek komplemens színei. Ez szubtraktív színrendszer. A színek hiánya fehéret eredményez.
Tárolás Tárolás mágneses adathordozón Az anyagok mágneses tulajdonságait elemi köráramok határozzák meg. Az elektronok mag körüli (pályamomentum) és tengely körüli mozgása (spin) az anyagok mágneses jellemzőinek forrása. A pályamomentum és spin viszonya határozza meg a para-, dia-, ferromágneses tulajdonságokat. Információk tárolására a ferromágneses anyagok egyik csoportja alkalmas. Ha külső mágneses térnek tesszük ki ezeket az un. kemény mágneses anyagokat (pl. króm-dioxid), akkor a gerjesztés megszüntével az anyag nem áll vissza semleges állapotába, hanem visszamaradó, remanens mágnességet mutat. Megőrzi a gerjesztő tér irányát. Tehát gerjesztő térrel információkat írhatunk az anyagba. A ferromágneses anyagban nagyszámú atom mutat gerjesztéskor azonos mágneses irányultságot. Az anyag egyirányban mágnesezett tartományait Weiss-celláknak nevezzük. Az írás folyamata látható a 3.2.-1. ábrán. Rögzítéskor a fej és a mágneses hordozó egymáshoz képest mozog. A rögzítendő információ idő függvény, a tárolás valójában térbeli leképzést jelent. Az írófej lényeges tulajdonsága a rés, itt a mágneses indukcióvonalak kitüremkednek és a mágneses hordozón keresztül záródnak.
A Weiss-cellák évtizedekig megőrzik mágneses irányultáságukat A Weiss-cellák évtizedekig megőrzik mágneses irányultáságukat. Visszaolvasáskor az írásnál beállított Weiss-cellák mágneses tere a relatív mozgás megléte esetén feszültséget indukálnak az olvasó fej tekercsében. Sokszori olvasás sem gyengíti a tárolt jeleket. Digitális jelek rögzítésénél a mágneses adathordozók tárolási jellemzője a lineáris bitsűrűség. Egységnyi hosszúságra eső bitek számát jelenti, a gyakorlatban a bpi (bit per inch) egység használatos. Több csatornás hordozóknál ez az adat csatornánként értendő. Másik tárolási jellemző az adatelérési idő. Ez a szalagos tárolóknál hosszú, lemezeknél igen rövid. Ezenkívül a hangok ill. a képek tárolása lehetséges pl.:-winchesteren, pendrive-on, stb.
Titkovics Ferenc