تحقیق مقاله نگاهى به تفاوت سنسور هاى CCD و CMOS

نگاهى به تفاوت سنسورهاى CCD و CMOS

همانطور که در گذشته خواندید، تفاوت اساسى دوربین هاى دیجیتال با دوربین هاى اپتیکال (فیلمى) در آن بود که دوربین هاى دیجیتال فاقد فیلم بودند. این دوربین ها حاوى یک سنسور بودند که نور را به بارهاى الکتریکى تبدیل مى کردند.

ابعاد سنسورهاى تصویرى از ابعاد فیلم کوچک تر است. براى مثال ابعاد هر فریم از یک فیلم ۱۳۵ معمولى ۲۴ میلیمتر در ۳۶ میلیمتر است. اما سنسورى که براى ایجاد یک تصویر ۳/۱ مگاپیکسل استفاده مى شود حدوداً ۵ میلیمتر در ۷ میلیمتر است.

سنسورهاى تصویرى انواع مختلفى دارند. سنسور تصویرى که توسط اکثر دوربین هاى دیجیتال استفاده مى شود از نوع CCD (Charge Coupled Device) است. برخى دیگر از دوربین ها از سنسور CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) استفاده مى کنند. اگرچه سنسورهاى CMOS به زودى گسترش مى یابند و استفاده از آنها در دوربین هاى دیجیتال رایج تر مى شود، اما هیچگاه نمى توانند جاى سنسورهاى CCD را بگیرند.

هر سنسور CCD مجموعه اى از دیودهاى حساس به نور کوچک است که فوتون (نور) را به الکترون (بار الکتریکى) تبدیل مى کند. این دیودها که فتوسایت نامیده مى شوند، به نور حساس هستند. هر اندازه نور شدیدترى به یک فتوسایت تابیده شود، بار الکتریکى بیشترى در آن فتوسایت القاء مى شود.
سنسورهاى CMOS نیز به روش مشابهى نور را به بار الکتریکى تبدیل مى کنند. پس از این مرحله مقادیرى بار الکتریکى روى هر فتوسایت باید خوانده شود. تفاوت اساسى این دو سنسور در روش خواندن مقادیر بارهاى الکتریکى است. در سنسورهاى CCD بار الکتریکى به همان صورت وارد یک تراشه مى شود و به صورت درایه اى از درایه هاى یک ماتریس دو بعدى قابل خواندن است. سپس مقدار این درایه ها (که هنوز آنالوگ هستند) توسط یک مبدل آنالوگ به دیجیتال به اطلاعات رقمى تبدیل مى شود. در سنسورهاى CMOS هر پیکسل چندین ترانزیستور به همراه دارد که وظیفه آنها تقویت بارهاى الکتریکى در لحظه دریافت نور است. اگرچه تقویت نور توسط ترانزیستورها در هر پیکسل مستلزم وجود مدارات پیچیده ترى نسبت به سنسورهاى CCD است، اما از آنجا که تک تک پیکسل هاى این سنسورها به صورت مجزا قابل دسترسى هستند، این سنسورها از قابلیت انعطاف بیشترى برخوردارند.
براى جلوگیرى از ایجاد اعوجاج ضمن انتقال بارها در تراشه، سنسورهاى CCD به روش ویژه اى تولید مى شوند. حاصل به کار بردن این پروسه ویژه، تصاویر با کیفیت ترى از لحاظ صحت داده هاى خوانده شده و حساسیت نور است. از سوى دیگر سنسورهاى CMOS به همان روشى تولید مى شوند که اکثر تراشه ها و پردازنده هاى کامپیوترى ساخته مى شوند. اختلاف روش تولید، تفاوت هاى زیادى بین سنسورهاى CCD و CMOS ایجاد کرده است:

سنسورهاى CCD تصاویرى با کیفیت بالا و بدون نویز ایجاد مى کند. در حالى که تصاویر حاصل از سنسورهاى CMOS عموماً نسبت به دریافت نویز مستعد ترند.

- به دلیل حضور چندین ترانزیستور در هر پیکسل از سنسورهاى CMOS این سنسورها از حساسیت کمترى برخوردارند. بسیارى از فوتون هایى که به سطح سنسور مى رسند، به جاى برخورد با فوتودیودها به ترانزیستورها برخورد مى کنند.

- سنسورهاى CMOS انرژى بسیارکمى مصرف مى کنند. در حالیکه مصرف انرژى (به دلیل پردازش پیچیده اطلاعات) در سنسورهاى CCD حدود ۱۰۰ برابر بیشتر از سنسورهاى CMOS است.
- سنسورهاى CMOS توسط کلیه کارخانه ها و خطوط تولید تراشه هاى سیلیکونى قابل تولید هستند. به همین دلیل نسبت به سنسورهاى CCD بسیار ارزان ترند.

- از آنجا که مدت زیادى از عمر سنسورهاى CCD مى گذرد و این سنسورها به میزان بسیار زیادى در تولید دوربین هاى دیجیتال استفاده شده اند، از نظر دانش فنى تولید، بسیار کامل تر از سنسورهاى CMOS هستند.

براساس این تفاوت ها واضح است که سنسورهاى CCD بیشتر در دوربین هایى استفاده مى شوند که باید از کیفیت و حساسیت بالاترى برخوردار باشند. در عوض دوربین هایى که از سنسورهاى CMOS استفاده مى کنند داراى وضوح، حساسیت و کیفیت کمترى هستند اما ارزان ترند و عمر باترى بسیار طولانى ترى دارند

تلاش براى ساده کردن تکنولوژى اطلاعات

پیروزى بر پیچیدگى

جان مائدا مى گوید: «کامپیوتر مرا دشمن خودش مى داند، به هر چیزى که دست مى زنم کار نمى کند.» آن ابزارهاى (Plug and play) مانند پرینترها و دوربین هاى دیجیتال را در نظر بگیرید که هر کامپیوتر شخصى على الظاهر به طور خودکار به محض آن که این وسایل از طریق سوراخى به نام پورت USB در پشت کامپیوتر به آن وصل مى شوند آنها را شناسایى مى کند. آقاى مائدا مى گوید هر گاه یکى از چنین ابزارهایى را به کامپیوترش وصل مى کند، یک پیغام خطاى طولانى و غیرقابل فهم از سوى ویندوز بر روى صفحه مونیتور ظاهر مى شود. اما او بر مبناى تجربه تلخش مى داند که جان کلام در این پیغام طولانى جواب منفى است.

مشکلات آقاى مائدا در نگاه اول ممکن است خیلى شایسته توجه به نظر نرسد. چه کسى است که مختل شدن ویندوز و رى بوت شدن (reboot) آن بدون این که شما آن را آغاز کرده باشید، دان لود کردن بى پایان برنامه هاى ضد ویروس براى بازیابى هاردیسک هاى در شرف نابودى وررفتن با کابل ها و دستگاه براى به کار انداختن پرینتر گاهى قطع امید کردن را تجربه نکرده باشد؟ با این حال آقاى مائدا یک کاربر پیر تکنولوژى هراس نیست. او داراى درجه فوق لیسانس علوم کامپیوتر و درجه دکترا در طراحى میانجى ها (interface) (کامپیوتر) است و در حال حاضر استاد طراحى کامپیوتر در موسسه تکنولوژى ماساچوست (MIT) است.

به طور خلاصه او یکى از پیشگام ترین نابغه هاى کامپیوتر است. آقاى مائدا به این نتیجه رسید که اگر او به نمایندگى از همه مردم نتواند بر تکنولوژى مورد نیاز براى استفاده موثر از کامپیوتر تسلط یابد، اکنون زمان اعلام کردن بحران است. بنابراین او در ابتداى سال ۲۰۰۴ یک برنامه پژوهشى جدید با نام «سادگى» (Simplicity) را در آزمایشگاه رسانه هاى MIT به راه انداخت. هدف او جست وجوى راه هایى براى خلاص شدن از آشفتگى امروز است.
آقاى مائدا همدلان بسیارى دارد. مرحوم مایکل درتوزوس در کتابش به سال ۲۰۰۱ به نام «انقلاب ناتمام» اعلام کرد که: «اکنون زمانى است که ما با خواسته هاى گسترده قیام کنیم: کامپیوترهاى ما را ساده تر بسازید!»
دانالد نورمن طرفدار درازمدت سادگى طراحى با این خواسته موافقت دارد و در کتابش با نام «کامپیوتر نامریى» مى نویسد: «تکنولوژى امروز مزاحمت آفرین و سلطه جویانه است، این تکنولوژى ما را در وضعیتى از فقدان لحظات سکوت، داشتن زمان کمتر براى خودمان و با حسى از کاهش کنترل بر زندگى هایمان قرار مى دهد. انسان ها آنالوگ اند نه دیجیتال، زیستى اند نه مکانیکى. اکنون زمان تکنولوژى انسان مدار است یک تکنولوژى انسانى.»
صنعت تکنولوژى اطلاعات (IT) سابقه اى درازمدت از انکار کردن این مشکل را دارد. گرگ پاپودوپولوس متخصص ارشد تکنولوژى در شرکت Sun Microsystems سازنده کامپیوترهاى قدرتمند شرکتى مى گوید که امروز تکنولوژى اطلاعات «در حالتى است که باید از آن شرمنده بود، یک تکنولوژى عذاب آور.» رى  لین یک سرمایه گذار اهل مخاطره در شرکت «کلاینزر پارکینزکافیلد و بایرز» یکى از برجسته ترین شرکت هاى سرمایه گذارى در دره سیلیکون توضیح مى دهد: «پیچیدگى تا به حال باعث عقب ماندن صنعت ما شده است، مقدار زیادى از سرمایه گذارى ها به علت پیچیدگى  نمود عملى پیدا نمى کند. شاید این مسئله بزرگترین چالش این صنعت باشد.» حتى میکروسافت که افرادى مانند آقاى لین آنها را مقصر اصلى این وضع مى دانند، در این مورد حالتى پوزش طلبانه دارد. کریس کاپوسلا رئیس «کاربردهاى دسک تاپ» در میکروسافت مى پذیرد که: «در حال حاضر اغلب افراد مى گویند که این تکنولوژى زندگى را پیچیده تر کرده است.»
هزینه هاى اقتصادى تکنولوژى اطلاعات را مشکل مى توان اندازه گرفت اما احتمالاً بسیار هنگفت هستند. گروه استاندیش (Standish Group) یک گروه پژوهشى که میزان فروش تکنولوژى اطلاعاتى شرکت را دنبال مى کند، مشخص کرده است که ۶۶ درصد همه پروژه هاى تکنولوژى اطلاعاتى به علت پیچیدگى شان یا از همان ابتدا شکست مى خورند یا مدت نصب آنها به درازا مى انجامد. ۹۸ درصد پروژه هاى تکنولوژى اطلاعاتى بسیار بزرگ _ آنهایى که بیش از ۱۰ میلیون دلار به ازاى هر پروژه هزینه مى برند _ نیازهاى مربوط را برآورده نمى کنند.

بر مبناى محاسبه شرکت پژوهشى گارتنر براى پیچیدگى شبکه هاى کامپیوترى یک شرکت متوسط در سال ۱۷۵ ساعت به نحوى برنامه ریزى نشده دچار اختلال هستند و به طور میانگین باعث خسارتى بیش از ۷ میلیون دلار مى شوند. در راس همه خسارات این که کارمندان به طور متوسط یک هفته در سال را صرف سروکله زدن با کامپیوترهاى شخصى نافرمانشان مى کنند و کارمندان سیار مانند فروشندگان هر سال متحمل ۴۴۰۰ دلار هزینه اضافى مى شوند.

تونى پیکاردى یک محقق در شرکت IDC یک شرکت پژوهشى بزرگ دیگر به چالش برانگیزترین عدد در این زمینه دست یافته است. هنگامى که او از نمونه اى از شرکت ها در ۱۵ سال پیش نظرخواهى کرد، متوجه شد که آنها ۷۵ درصد بودجه تکنولوژى اطلاعاتى شان را صرف سخت افزارها و نرم افزارهاى جدید مى کنند و ۲۵ درصد بودجه شان صرف تثبیت سیستم هایى که از قبل داشتند، مى شود. امروز این نسبت معکوس شده است. ۷۰ تا ۸۰ درصد هزینه هاى تکنولوژى اطلاعاتى صرف حل کردن مشکلات سیستم هاى قبلى مى شود تا خرید سیستم هاى جدید. به گفته آقاى پیکاردى این امر دال بر این است که امسال پیچیدگى تکنولوژى اطلاعات براى شرکت ها در سراسر جهان ۷۵۰ میلیارد دلار هزینه به بار خواهد آورد. حتى این بار مالى تحمیل شده بر مصرف کنندگان را مورد محاسبه قرار نمى دهد، چه هزینه هاى صرف شده براى سرویس هاى کمک به مشترى ها و چه هزینه هاى ناشى از ابزارها و برنامه هایى که به علت پیچیدگى قابل استفاده نیستند و چه ناکامى مشتریان در انجام برنامه هایشان.

• چرا اکنون

البته شکایت ها درباره تکنولوژى پیچیده جدید نیستند. تکنولوژى اطلاعاتى از هنگامى که ۴۵ سال پیش اولین ICها ساخته شده اند هر سال پیچیدگى بیشترى پیدا کرده است. اما در سه سال گذشته اتفاقاتى رخ داده که وضعیتى فوریتى به وجود آورده است.

آشکارترین تغییر رکود ایجاد شده در تکنولوژى اطلاعاتى متعاقب دورانى از شکوفایى در اواخر دهه ۱۹۹۰ است، صنعت تکنولوژى اطلاعاتى پس از یک دهه رشد سریع در سال ۲۰۰۱ شروع به تنزل کرد. به گفته پیپ کوبورن، یک تحلیلگر تکنولوژى در بانک سرمایه گذارى UBS «در سه سال گذشته فرمول قدیمى ابتدا محصول را تولید کن، مشتریان خودشان مى آیند. تاثیر خود را از دست داده است.» مشتریان دیگر به دنبال تکنولوژى «داغ» نیستند بلکه خواستار تکنولوژى هاى «سرد» مانند نرم افزارهاى تلفیقى هستند که به آنها کمک مى کند که بتوانند با سیستم هاى پیچیده اى که در سال هاى شکوفایى خریده اند، کار کنند.

استیون میلونویچ یک تحلیلگر در بانک مریل لینچ دلیل دیگرى درباره اهمیت یافتن سادگى ارائه مى دهد. او استدلال مى کند که صنعت تکنولوژى اطلاعاتى با موج هاى ۱۵ ساله پیشرفت مى کند. در اولین موج در طول دهه ۱۹۷۰ و اوایل دهه ۱۹۸۰ شرکت ها کامپیوترهاى بزرگ و پیچیده را نصب مى کردند، در موج دوم آنها تمرکزشان را بر کامپیوترهاى شخصى قرار دادند که با کامپیوترهاى «سرور» (server) ارتباط برقرار مى کرد و در موج سوم اکنون در حال رخ دادن است. آنها شروع به وصل کردن هر ابزارى که مشتریان ممکن است استفاده کنند از کامپیوترهاى دستى گرفته تا تلفن هاى موبایل به اینترنت هستند.

به گفته آقاى میلونویچ دوران کامپیوترهاى بزرگ تحت تسلط تکنولوژى انحصارى (بالاتر از همه IBM) بود که عمدتاً براى خودکار کردن دفاتر عقبى شرکت ها مورد استفاده قرار گرفت. در دوران کامپیوترهاى شخصى، استانداردهاى بالفعل (مانند میکروسافت) حاکم بودند و تکنولوژى براى پردازنده هاى کلمات و برنامه هاى صفحه گسترده (Spreadsheet) مورد استفاده قرار گرفت تا کارایى را در دفاتر جلویى شرکت ها بیفزایند، به این ترتیب تعداد افرادى که از تکنولوژى استفاده مى کردند به ده برابر افزایش یافت.

به گفته میلونویچ در عصر اینترنت استانداردهاى قانونى (دوژوره) استانداردهایى که کنسرسیوم هاى صنعتى بر روى آن توافق مى کنند مسلط مى شوند و از هر کارمند منفرد انتظار مى رود که از تکنولوژى استفاده کند و در نتیجه ده برابر افزایش بیشتر در تعداد کاربران به وجود مى آید.
به علاوه مرزهاى بین دفتر، ماشین و خانه به طور فزاینده اى در حال محو شدن است و نهایتاً کاملاً ناپدید خواهد شد. در کشورهاى ثروتمند انتظار مى رود که تقریباً همه جمعیت به طور مداوم به اینترنت متصل باشند چه به عنوان کارمند و چه به عنوان مصرف کننده. این وضع بالاخره تکنولوژى اطلاعاتى مانند برق و تلفن را فراگیر و همه جا حاضر خواهد کرد. بنابراین تاکید به سمت ساختن ابزارها و شبکه هایى معطوف خواهد شد که استفاده از آنها ساده تر است.