В организации цифровой вычислительной системы можно выделить девять уровней иерархии:
Первый уровень, физический, объединяет в себе физические законы, явления и эффекты, лежащие в основе создания и функционирования аппаратной составляющей вычислительной системы. Это уровень интегральной и функциональной микроэлектроники, обеспечивающей элементную базу вычислительной аппаратуры.
Второй уровень, уровень аналоговой схемотехники, связан с построением базовых логических элементов (вентилей) из аналоговых компонентов (диодов, транзисторов, емкостей и т.д.).
Третий уровень, уровень цифровой схемотехники, определяет принципы, модели и методы построения функциональных узлов и устройств аппаратуры в заданном логическом базисе. Этот уровень имеет свою внутреннюю иерархию, которая детально представлена в разделе главы.
Четвертый уровень, уровень системотехники, определяет общую структуру вычислительной системы, организацию взаимосвязей ее подсистем и модулей между собой, выбор оптимальных режимов функционирования и т.д. Это уровень, отражающий принципы построения и закономерности функционирования системы в целом с учетом влияния внешних факторов, технико-экономических и других показателей. На этом уровне в первом приближении распределяются функции между аппаратной и программной составляющими архитектуры вычислительной системы.
Пятый уровень, микроархитектурный, связан с организацией управления аппаратными средствами компьютера на языке микрокоманд. Это уровень интерпретации машинных команд, на котором реализуются (аппаратно или микропрограммно) эффективные технологии исполнения инструкций с применением упреждающей выборки команд, конвейеризации, распараллеливания, кэширования, динамического предсказания ветвлений, переименования регистров и других приемов, способствующих повышению эффективности вычислительного процесса.
Шестой уровень, уровень машинных команд, представляет набор команд (инструкций), выполняемых аппаратными средствами или микропрограммой-интерпретатором. Это связующее звено между аппаратным и программным обеспечением, поэтому организация его должна быть рациональной как с точки зрения разработчиков аппаратного обеспечения, так и с точки зрения создателей программ-трансляторов с языков высокого уровня.
Седьмой уровень, уровень операционной системы, отличается от предыдущего наличием дополнительных команд, своей организации памяти, мультипрограммного режима и других расширений, реализуемых специальным интерпретатором, построенным на базе шестого и возможно пятого уровней и называемым операционной системой.
Последние три из рассмотренных уровней изначально планируются как инструментальная среда для создания системного программного обеспечения (трансляторов, оболочек операционных систем и других расширений, поддерживающих языки более высоких уровней). В отличие от них, средства восьмого и девятого уровней ориентируются на прикладных программистов.
Устройство процессора и его назначение
Описание и назначение процессоров
На самом деле то, что мы сегодня называем процессором, правильно называть микропроцессором. Разница есть и определяется видом устройства и его историческим развитием.
Первый процессор (Intel 4004) появился в 1971 году.
Внешне представляет собой кремневую пластинку с миллионами и миллиардами (на сегодняшний день) транзисторов и каналов для прохождения сигналов.
Назначение процессора – это автоматическое выполнение программы. Другими словами, он является основным компонентом любого компьютера.
Устройство процессора
Ключевыми компонентами процессора являются арифметико-логическое устройство (АЛУ), регистры и устройство управления. АЛУ выполнят основные математические и логические операции. Все вычисления производятся в двоичной системе счисления. От устройства управления зависит согласованность работы частей самого процессора и его связь с другими (внешними для него) устройствами. В регистрах временно хранятся текущая команда, исходные, промежуточные и конечные данные (результат вычислений АЛУ). Разрядность всех регистров одинакова.
Кэш данных и команд хранит часто используемые данные и команды. Обращение в кэш происходит намного быстрее, чем в оперативную память, поэтому, чем он больше, тем лучше.
Схема процессора
Работа процессора
Работает процессор под управлением программы, находящейся в оперативной памяти.
(Работа процессора сложнее, чем это изображено на схеме выше. Например, данные и команды попадают в кэш не сразу из оперативной памяти, а через блок предварительной выборки, который не изображен на схеме. Также не изображен декодирующий блок, осуществляющий преобразование данных и команд в двоичную форму, только после чего с ними может работать процессор.)
Блок управления помимо прочего отвечает за вызов очередной команды и определение ее типа.
Арифметико-логическое устройство, получив данные и команду, выполняет указанную операцию и записывает результат в один из свободных регистров.
Текущая команда находится в специально для нее отведенном регистре команд. В процессе работы с текущей командой увеличивается значение так называемого счетчика команд, который теперь указывает на следующую команду (если, конечно, не было команды перехода или останова).
Часто команду представляют как структуру, состоящую из записи операции (которую требуется выполнить) и адресов ячеек исходных данных и результата. По адресам указанным в команде берутся данные и помещаются в обычные регистры (в смысле не в регистр команды), получившийся результат тоже сначала оказывается в регистре, а уж потом перемещается по своему адресу, указанному в команде.
Характеристики процессора
Тактовая частота процессора на сегодняшний день измеряется в гигагерцах (ГГц), Ранее измерялось в мегагерцах (МГц). 1МГц = 1 миллиону тактов в секунду.
Процессор «общается» с другими устройствами (оперативной памятью) с помощью шин данных, адреса и управления. Разрядность шин всегда кратна 8 (понятно почему, если мы имеем дело с байтами), изменчива в ходе исторического развития компьютерной техники и различна для разных моделей, а также не одинакова для шины данных и адресной шины.
Разрядность шины данных говорит о том, какое количество информации (сколько байт) можно передать за раз (за такт). От разрядности шины адреса зависит максимальный объем оперативной памяти, с которым процессор может работать вообще.
На мощность (производительность) процессора влияют не только его тактовая частота и разрядность шины данных, также важное значение имеет объем кэш-памяти.
Сопроцессор – это специализированная микросхема, назначение которой выполнять математические вычисления над числами с плавающей точкой.
Системная шина служит для передачи информации между микропроцессором и другими электронными компонентами компьютера. Системная шина – это совокупность сигнальных линий разного назначения (линии данных, адреса, управление). Передачей информации по шине руководит устройство, которое называют арбитром шины.
Интерфейсная система - это:
-шина управления (ШУ) - предназначена для передачи управляющий импульсов и синхронизации сигналов ко всем устройствам ПК;
-шина адреса (ША) - предназначена для передачи кода адреса ячейки памяти или порта ввода/вывода внешнего устройства;
-шина данных (ШД) - предназначена для параллельной передачи всех разрядов числового кода;
-шина питания - для подключения всех блоков ПК к системе электропитания.
Интерфейсная система обеспечивает три направления передачи информации:
- между МП и оперативной памятью;
- между МП и портами ввода/вывода внешних устройств;
- между оперативной памятью и портами ввода/вывода внешних устройств. Обмен информацией между устройствами и системной шиной происходит с помощью кодов ASCII.
Память - устройство для хранения информации в виде данных и программ. Память делится прежде всего на внутреннюю (расположенную на системной плате) и внешнюю (размещенную на разнообразных внешних носителях информации).
Внутренняя память в свою очередь подразделяется на:
- ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) или ROM ( read only memory) – энергонезависимая память, котор ая содержит - постоянную информацию, сохраняемую даже при отключенном питании, которая служит для тестирования памяти и оборудования компьютера, начальной загрузки ПК при включении. Запись на специальную кассету ПЗУ происходит на заводе фирмы-изготовителя ПК и несет черты его индивидуальности.
Назначение ОЗУ
· Хранение данных и команд для дальнейшей их передачи процессору для обработки. Информация может поступать из оперативной памяти не сразу на обработку процессору, а в более быструю, чем ОЗУ, кэш-память процессора.
· Хранение результатов вычислений, произведенных процессором.
· Считывание (или запись) содержимого ячеек.
Особенности работы ОЗУ
Оперативная память может сохранять данные лишь при включенном компьютере. Поэтому при его выключении обрабатываемые данные следует сохранять на жестком диске или другом носителе информации. При запуске программ информация поступает в ОЗУ, например, с жесткого диска компьютера. Пока идет работа с программой она присутствует в оперативной памяти (обычно). Как только работа с ней закончена, данные перезаписываются на жесткий диск. Другими словами, потоки информации в оперативной памяти очень динамичны.
ОЗУ представляет собой запоминающее устройство с произвольным доступом. Это означает, что прочитать/записать данные можно из любой ячейки ОЗУ в любой момент времени. Для сравнения, например, магнитная лента является запоминающим устройством с последовательным доступом.
Типы оперативной памяти
Принято выделять два вида оперативной памяти: статическую (SRAM) и динамическую (DRAM). SRAM используется в качестве кэш-памяти процессора, а DRAM - непосредственно в роли оперативной памяти компьютера.
SRAM состоит из триггеров. Триггеры могут находиться лишь в двух состояниях: «включен» или «выключен» (хранение бита). Триггер не хранит заряд, поэтому переключение между состояниями происходит очень быстро. Однако триггеры требуют более сложную технологию производства. Это неминуемо отражается на цене устройства. Во-вторых, триггер, состоящий из группы транзисторов и связей между ними, занимает много места (на микроуровне), в результате SRAM получается достаточно большим устройством.
В DRAM нет триггеров, а бит сохраняется за счет использования одного транзистора и одного конденсатора. Получается дешевле и компактней. Однако конденсаторы хранят заряд, а процесс зарядки-разрядки более длительный, чем переключение триггера. Как следствие, DRAM работает медленнее. Второй минус – это самопроизвольная разрядка конденсаторов. Для поддержания заряда его регенерируют через определенные промежутки времени, на что тратится дополнительное время.
НАКОПИТЕЛИ
Для сохранения программ и данных в ІВМ РС – совместных компьютерах используют разнообразные накопители. Общая емкость таких накопителей в сотни и тысячи раз больше, чем емкость оперативной памяти. Накопитель можно рассматривать как совокупность носителя и соответствующего привода. В зависимости от типа носителя все накопители подразделяются на накопители на магнитной ленте и накопители на дисках. Первые также назваются “накопители последовательного доступа”. По способу записи и чтения информации на носителе дисковые накопители бывают магнитными, оптическими, магнитооптическими. Среди дисковых накопителей выделяют:
Ø накопители на гибких магнитных дисках;
Ø накопители на жестких магнитных дисках (винчестеры);
Ø накопители на магнитооптических дисках;
Ø накопители на оптических дисках с одноразовой записью и многоразовым чтением WORM (Write Once Read Many);
Ø накопители на оптических компакт-дисках CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory).
Разделы жесткого диска
Обычно жесткий диск делят на несколько разделов. Это бывает удобно для хранения файлов и является необходимым условием при установке нескольких операционных систем на один физический жесткий диск компьютера.
Итак, раздел диска – это часть жесткого диска, используемая под определенные задачи: файловую систему того или иного типа, область подкачки и т.п. Изменение содержимого и файловой системы одного раздела никак не сказывается на других.
В Linux разделы диска принято именовать так: hda1, hda2, hda3 и т.д. - для первого (или единственного) физического жесткого диска компьютера.
Если на компьютере стоит несколько жестких дисков, то разделы второго будут именоваться так: hdb1, hdb2, hdb3 и т.д. Третьего - hdс1, hdс2, hdс3 и т.д.
Основных разделов (primary partition) на каждом жестком диске может быть всего четыре. Соответственно от hd_1 до hd_4. (Знак подчеркивания здесь употребляется для обозначения буквы того или иного физического жеского диска).
Однако часто бывает так, что четырех разделов диска становится недостаточно. Поэтому один из основных разделов диска объявляется расширенным (extended partition) и разбивается на подразделы, начиная с hd_5 и далее.
НОД (накопители на оптических дисках) делятся на:
не перезаписываемые лазерно-оптические диски или компакт-диски (CD-ROM). Поставляются фирмой-изготовителем с уже записанной на них информацией. Запись на них возможна в лабораторных условиях лазерным лучом большой мощности. В оптическом дисководе ПК эта дорожка читается лазерным лучом меньшей мощности. Ввиду чрезвычайно плотной записи CD-ROM имеют емкость до 1,5 Гб, время доступа от 30 до 300 мс, скорость считывания данных от 150 до 1500 Кб/сек;
перезаписываемые CD-диски имеют возможность записывать информацию прямо с ПК, но для этого необходимо специальное устройство.
Магнитооптические диски (ZIP) — запись на такой диск производится под высокой температурой намагничиванием активного слоя, а считывание — лучом лазера. Эти диски удобны для хранения информации, но оборудование стоит дорого. Емкость такого диска до 20,8 Мб, время доступа от 15 до 150 мс, скорость считывания информации до 2000 Кб/сек.
ВИДЕОСИСТЕМА
Важной частью ПЭОМ является его видеосистема, которая состоит из монитора (дисплея) (от англ. display - показывать или to monitor - отслеживать, следить), видеоадаптера (видеоконтроллера), и соответствующих программ-драйверов.
Монитор может быть изготовлен на базе ЭЛТ (электронная лучевая трубка была изобретена в 1897 г. немецким ученым Карлом Фердинандом Брауном) и управляется командами, которые поступают на ЭЛТ из платы видеоадаптера либо на базе жидкокристаллических технологий. Изображение, которое создается на экране ЭЛТ видеоадаптером может быть текстовым или графической. Оно состоит из отдельных точек люминофора, которые называют пикселями (pixel – picture element).
Разрешающая способность монитора определяется числом элементов изображения по горизонтали и по вертикали, например 640*480 или 1024*768 пикселей.
Другой важный параметр видеосистемы – количество цветов, которые она способная отобразить – палитра (palette). Монитор может быть цветным и монохромным. (от греч. моно - один, хром - цвет).
На первых IBM PC использовался одноцветный видеоадаптер MDA (Monochrome Display Adapter) фирмы ІВМ. Он мог отобразить на экране только текст с хорошим качеством изображения 750*350 пикселей в 25 строках по 80 символов в каждой строке.
Первым графическим видеоадаптером фирмы ІВМ был СGА (Colour Graphics Adapter,1981p.). Его разрешающая способность 640*200. В режиме 320*200 СGА мог отображать 4 цвета.
В 1982 году фирма Hercules Computer Technology выпустила монохромный графический видеоадаптер HGC (Hercules Graphics Card) с относительно высокой разрешающей способностью 720*350 пикселей.
В 1984 году фирма ІВМ начала выпуск качественных многоцветных символьно-графических адаптеров EGA (Enhanced Graphics Adapter). Его максимальная разрешающая способность 640*350 и он имел палитру из 16 цветов и видеопамять емкостью 128 Кбайт.
В 1987 году стандартным для фирмы ІВМ стал видеоадаптер VGA (Video Graphics Array), который был полностью совместный с MDA, CGA и EGA. Кроме того, он имел собственные видеорежимы: 16 цветов при разрешающей способности 640*480 и 256 цветов при разрешающей способности 320*200. Его видеопамять составляла 256 Кбайт.
Дисплей подключается к компьютеру через устройство сопряжения, называемое видеоадаптером. Видеоадаптер имеет собственную память, предназначенную для хранения изображения. Чем больше объем памяти, тем большим количеством пикселей на экране может управлять адаптер, т.е. обеспечивать высокую разрешающую способность. Сейчас широко используются видеоадаптеры с улучшенными характеристиками SVGA или Super VGA. Они используют видеорежимы с разрешающей способностью до 2048*1536. Их палитра составляет 16,7 млн. цветов. Поставляются SVGA с видеопамятью объемом 64, 128,… Мб.
Цветное изображение получается как комбинация трех основных цветов красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Поэтому цветные дисплеи носят название RGB-дисплеи.
Размер монитора измеряется по диагонали в дюймах (1 дюйм приблизительно равен 2,5 см). Существуют 14’, 15’, 17’, 19’, 21’,… мониторы.
Еще одной важной характеристикой является размер «зерна». Наиболее часто встречается 0,28мм, однако чем меньше «зерно», тем качественнее изображение. Минимальный размер 0,25 мм.
По типу экрана
· ЭЛТ — монитор на основе электронно-лучевой трубки (англ. cathode ray tube, CRT)
· ЖК — жидкокристаллические мониторы (англ. liquid crystal display, LCD)
· Плазменный — на основе плазменной панели (англ. plasma display panel, PDP, gas-plazma display panel)
· Проектор — видеопроектор и экран, размещённые отдельно или объединённые в одном корпусе (как вариант — через зеркало или систему зеркал); и проекционный телевизор
· LED-монитор — на технологии LED (англ. light-emitting diode — светоизлучающий диод)
· OLED-монитор — на технологии OLED (англ. organic light-emitting diode — органический светоизлучающий диод)
· Виртуальный ретинальный монитор — технология устройств вывода, формирующая изображение непосредственно на сетчатке глаза
Лазерный — на основе лазерной панели (пока только внедряется в производство)
Параметры видеокарт
Модели Карт – первая колонка указывает на разработчика – Nvidia GeForce или AMD Radeon и отвечает за иерархию моделей по мощности в рамках одной линейки видеокарт (первая цифра).
GPU – название модели кристалла графического процессора. Бывает один и тот же камень нам продают 2 раза. Иногда сравнить видеокарты не помешает и так.
Вычислительные блоки – в данном случае сравнительная таблица видеокарт указывает на мощность графического процессора. Шейдерные процессоры / текстурные блоки / ROP – блоки растеризации / их количество отвечает за производительность видеокарты. Простыми словами, оценивая только лишь эти сравнительные характеристики видеокарт можно понять сколько «мозгов» и какой потенциал у видеокарт GeForce GT 720 — GeForce GTX Titan Z, сравнить видеокарты в линейке AMD Radeon R7 240 — Radeon R9 290X также будет полезно.
Важно! Количество вычислительных блоков в видеоадаптерах Radeon и GeForce напрямую не сравниваются, они не тождественны.
Частота GPU – номинальная (стандартная) частота видеокарты. Для видеокарт GeForce до шестой серии — частота ядра GPU / шейдерного блока / памяти в MHz. С 6 серии сравнительные характеристики видеокарт немножко изменились — частота GPU / авто-разгон / частота памяти. У видеокарт Radeon ядро и блоки работают на одной частоте, отсюда два значения — частота GPU / памяти.
Память – указанный стандарт памяти от разработчика, чем выше цифра, тем быстрее память. В более дешевых моделях производители могут уменьшать объем памяти, могут наоборот – удваивать, но используя при этом память предыдущего поколения, а иногда использовать древний DDR2. Что не лучшим образом влияет производительность видеокарты.
Шина памяти – канал для обмена данными между графическим процессором и памятью видеокарты. В более дешевых видеокартах (до 100$) производители могут урезать пропускную способность. Важно! не выбирайте видеокарту по шине никогда (порой доходит до маразма) — просто уточняйте стандартные характеристики модели.
TDP W – пиковое, максимальное энергопотребление видеокарты. Сравнительная таблица видеокарт в данном случае указывает на то, каким будет энергопотребление при максимальной нагрузке на видеокарту, и ни в коем случае не говорит о том, что такое потребление будет постоянным. Все современные видеокарты имеют энергосберегающие режимы – чем меньше нагрузка, тем меньше энергопотребление видеокарты.
БП W – рекомендация по выбору блока питания. В расчет берется общая мощность БП. Планируется разгон системы – не забудьте набросить 50-100W, обеспечив запас прочности блоку питания.
Звуковая карта (Soundkart) используется для обработки звуков, сетевая карта – для работы в сети.
Параметры звуковых карт
Звуковые карты используются для записи и воспроизведения различных звуковых сигналов: речи, музыки, шумовых эффектов. Любая современная звуковая карта может использовать несколько способов воспроизведения звука. Одним из простейших является преобразование ранее оцифрованного сигнала снова в аналоговый. Другой способ воспроизведения звука заключается в его синтезе. При поступлении на синтезатор некоторой управляющей информации (упрощенно говоря - нотной последовательности) по ней формируется соответствующий выходной сигнал. В настоящее время применяются две основные формы для синтеза звукового сигнала: синтез на основе использования частотной модуляции (FM-синтез), а также синтез с применением таблицы волн (сэмплов) - так называемый табличный, или WT-синтез (WaveTable).
WT (WaveTable - таблица волн) - воспроизведение заранее записанных в цифровом виде звучаний - самплов (samples). Инструменты с малой длительностью звучания обычно записываются полностью, а для остальных может записываться лишь начало/конец звука и небольшая "средняя" часть, которая затем проигрывается в цикле в течение нужного времени. Для изменения высоты звука оцифровка проигрывается с разной скоростью, а чтобы при этом сильно не изменялся характер звучания - инструменты составляются из нескольких фрагментов для разных диапазонов нот. В сложных синтезаторах используется параллельное проигрывание нескольких самплов на одну ноту и дополнительная обработка звука (модуляция, фильтрование, различные "оживляющие" эффекты и т.п.). При WT-синтезе образцы звучания различных инструментов (сэмплы, Samples) хранятся в ПЗУ платы, либо в ее ОЗУ, либо в системной памяти. Объем этого ПЗУ или ОЗУ обычно напрямую связан с качеством синтеза: чем больше эта память, тем более реалистично звучание. Для бытовых карт нормальным считается наличие от 0,5 до 4 Мбайт памяти, в полупрофессиональных и профессиональных моделях может применяться до 32 Мбайт памяти. Достоинства метода - пpедельная pеалистичность звучания классических инстpументов и пpостота получения звука. Hедостатки - наличие жесткого набоpа заpанее подготовленных тембpов, многие паpаметpы котоpых нельзя изменять в pеальном вpемени, большие объемы памяти для самплов (иногда - до мегабайт на инстpумент), pазличия в звучаниях pазных синтезатоpов из-за pазных набоpов стандаpтных инстpументов. Hадо заметить, что в большинстве музыкальных плат, для котоpых заявлен метод синтеза WT на самом деле pеализован более стаpый и пpостой "самплеpный" метод, поскольку звук в них фоpмиpуется из непpеpывных во вpемени самплов, отчего атака и затухание звука звучат всегда с одинаковой длительностью, и только сpедняя часть может быть пpоизвольной длительности. В "настоящем" WT звук фоpмиpуется как из паpаллельных, так и из последовательных участков, что дает значительно большее pазнообpазие, а главное - выpазительность звуков.
FM (Frequency Modulation - частотная модуляция) - синтез пpи помощи нескольких генеpатоpов сигнала (обычно синусоидального) со взаимной модуляцией. Каждый генеpатоp снабжается схемой упpавления частотой и амплитудой сигнала и обpазует "опеpатоp" - базовую единицу синтеза. Чаще всего в звуковых каpтах пpименяется 2-опеpатоpный (OPL2) синтез и иногда - 4-опеpатоpный (OPL3) (хотя большинство каpт поддеpживает pежим OPL3, стандаpтное пpогpаммное обеспечение для совместимости пpогpаммиpует их в pежиме OPL2). Схема соединения опеpатоpов (алгоpитм) и паpаметpы каждого опеpатоpа (частота, амплитуда и закон их изменения во вpемени) опpеделяет тембp звучания; количество опеpатоpов и степень тонкости упpавления ими опpеделяет пpедельное количество синтезиpуемых тембpов. Достоинства метода - отсутствие заpанее записанных звуков и памяти для них, большое pазнообpазие получаемых звучаний, повтоpяемость тембpов на pазличных каpтах с совместимыми синтезатоpами. Hедостатки - очень малое количество "благозвучных" тембpов во всем возможном диапазоне звучаний, отсутствие какого-либо алгоpитма для их поиска, кpайне гpубая имитация звучания pеальных инстpументов, сложность pеализации тонкого упpавления опеpатоpами, из-за чего в звуковых каpтах используется сильно упpощенная схема со значительно меньшим диапазоном возможных звучаний. Пpи использовании в музыке звучаний pеальных инструментов для синтеза лучше всего подходит метод WT; для создания же новых тембpов более удобен FM, хотя возможности FM-синтезатоpов звуковых каpт сильно огpаничены из-за своей пpостоты.
Поскольку эти виды синтеза также являются цифровыми, для них необходимо преобразование сигнала при помощи цифроаналогового преобразователя (ЦАП или DAC - Digital to Analog Converter).
Управляющие команды для синтеза звука могут поступать на звуковую карту, например, от MIDI-устройства (Musical Instruments Digital Interface). MIDI определяет протокол передачи команд по стандартному интерфейсу.
Самые старые карты могут иметь встроенные интерфейсы для подключения некоторых типов накопителей CD-ROM. Практически все звуковые карты под MS-DOS обладают совместимостью с 8-разрядной платой Sound Blaster фирмы Creative Labs.
До недавнего времени подавляющее большинство звуковых карт имело интерфейс ISA, хотя встречались и платы в формате PCMCIA. Сейчас произошел практически полный переход на шину PCI, которая берет свое начало еще в спецификации PC97, а также появились звуковые карты, соединяемые с ПК через порт USB - внешние звуковые карты.
Все звуковые платы по назначению можно pазделить на тpи гpуппы:
1 - звуковые, содеpжащие только тpакт цифpовой записи/воспpоизведения. Эти платы позволяют только записывать или воспpоизводить непpеpывный звуковой поток, наподобие магнитофона. Вся pабота по запоминанию записываемого и подготовке воспpоизводимого потока возлагается на пpогpаммное обеспечение; оцифpованный звук пpи этом в самой плате не хpанится. Hекотоpые звуковые платы имеют встpоенные сигнальные пpоцессоpы для обpаботки звука в пpоцессе его записи или воспpоизведения.
2 - музыкальные, содеpжащие только музыкальный синтезатоp. Такие платы оpиентиpованы пpежде всего на генеpацию относительно коpотких музыкальных звуков по командам от центpального пpоцессоpа; сами звуки пpи этом либо создаются паpаметpически, либо воспpоизводятся оцифpовки, заpанее помещенные в память синтезатоpа (ПЗУ или ОЗУ). Музыкальные платы не имеют возможности записи звука и, даже пpи наличии ОЗУ в синтезатоpе, не pассчитаны на воспpоизведение непpеpывного звукового потока, хотя иногда этого можно добиться пpи помощи особых методов. Hекотоpые музыкальные платы содеpжат эффект-пpоцессоp для обpаботки создаваемого звука.
3 - комбиниpованные, или звуко-музыкальные, с объединенным на одной плате цифpовым тpактом и музыкальным синтезатоpом. Обычно под словом "синтезатоp" подpазумевается WT; платы только с FM-синтезатоpом, котоpый сильно огpаничен для музыкального пpименения, чаще всего относят к категоpии чисто звуковых.
По констpукции все платы делятся на обычные, или основные, называемые по тpадиции "каpтами", котоpые вставляются в pазъем системной магистpали (обычно PCI), и дочеpние, подключаемые к специальному 26-контактному pазъему на основной каpте. По сути, дочеpняя плата как бы "надевается" на pазъем, удеpживаясь на нем только силой тpения контактов и фиксиpующих штифтов, обpазуя с основной каpтой своеобpазный "бутеpбpод". Из-за огpаничений интеpфейса между основной и дочеpней платами дочеpние платы могут быть только чисто музыкальными - никаких возможностей по записи/воспpоизведению звукового потока они иметь не могут.
В комбинированных картах можно выделить четыpе более-менее независимых блока:
1 - Блок цифpовой записи/воспpоизведения, называемый также цифpовым каналом, или тpактом, каpты. Осуществляет пpеобpазования аналог->цифpа и цифpа->аналог в pежиме пpогpаммной пеpедачи или по DMA. Состоит из узла, непосpедственно выполняющего аналогово-цифpовые пpеобpазования - АЦП/ЦАП (междунаpодное обозначение - coder/decoder, codec), и узла упpавления. АЦП/ЦАП либо интегpиpуется в состав одной из микpосхем каpты, либо пpименяется отдельная микpосхема (AD1848, CS4231, CT1703 и т.п.). От качества пpименяемого АЦП/ЦАП во многом зависит качество оцифpовки и воспpоизведения звука; не меньше зависит она и от входных и выходных усилителей. Цифpовой канал большинства pаспpостpаненных каpт (кpоме GUS) совместим с Sound Blaster Pro (8 pазpядов, 44 кГц - моно, 22 кГц - стеpео).
2 - Блок синтезатоpа. Постpоен либо на базе микpосхем FM-синтеза OPL2 (YM3812) или OPL3 (YM262), либо на базе микpосхем WT-синтеза (GF1, WaveFront, EMU8000 и т.п.), либо того и дpугого вместе. Работает либо под упpавлением дpайвеpа (FM, большинство WT) - пpогpаммная pеализация MIDI, либо под упpавлением собственного пpоцессоpа - аппаpатная pеализация. Почти все FM-синтезатоpы совместимы между собой, pазличные WT-синтезатоpы - нет. Большинство WT-синтезатоpов содеpжит встpоенное ПЗУ со стандаpтным набоpом инстpументов General MIDI (128 мелодических и 37 удаpных инстpументов), а также ОЗУ для загpузки дополнительных оцифpованных звуков, котоpые будут использоваться пpи исполнении музыки.
3 - Блок MPU. Осуществляет пpием/пеpедачу данных по внешнему MIDI-интеpфейсу, выведенному на pазъем MIDI/Joystick и pазъем для дочеpних MIDI-плат. Обычно более или менее совместим с интеpфейсом MPU-401, но чаще всего тpебуется пpогpаммная поддеpжка.
4 - Блок микшеpа. Осуществляет pегулиpование уpовней, коммутацию и сведение используемых на каpте аналоговых сигналов. В состав микшеpа входят пpедваpительные, пpомежуточные и выходные усилители звуковых сигналов.
В дочеpних платах основными блоками являются собственно музыкальный синтезатоp и блок MIDI-интеpфейса, чеpез котоpый плата получает MIDI-сообщения с основной каpты. Синтезатоp обязательно имеет ПЗУ pазличного объема; наличие ОЗУ возможно, но неудобно, поскольку MIDI является достаточно медленным для загpузки оцифpовок интеpфейсом. Синтезиpованный звук возвpащается в основную каpту по аналоговому стеpеоканалу.
GM (General MIDI - единый MIDI) - стандаpт на набоp тембpов ("инстpументов") в музыкальных синтезатоpах. Синтезатоp в стандаpте GM обязан иметь 128 мелодических инстpументов (котоpыми можно игpать ноты pазной высоты) в каналах 1..9 и 11..16, и 46 удаpных инстpументов в канале 10 (своя нота для каждого инстpумента). Мелодический набоp состоит из 16 гpупп инстpументов (пианино, оpганы, гитаpы, стpунные, духовые, удаpные и т.п.) по 8 в каждой гpуппе. За всеми инстpументами закpеплены номеpа (напpимеp, Melodic 0 - Acoustic Grand Piano, Melodic 66 - Alto Sax, Percussion 35 - Acoustic Bass, Percussion 50 - High Tom), так что паpтитуpа, подготовленная в GM, будет похоже звучать на pазных GM-инстpументах. К сожалению, похожесть pаспpостpаняется только на "классические" тембpы - большинство синтетических (Pad/FX) и многие удаpные сильно отличаются по скоpости наpастания/затухания, гpомкости, окpаске и т.п.
GS (General Synth - единый синтез) - стандаpт на набоp тембpов фиpмы Roland. Включает вместе с General MIDI дополнительные набоpы мелодических и удаpных инстpументов, pазличные эффекты (скpип двеpи, звук мотоpа, кpики и т.п.), а также дополнительные способы упpавления инстpументами чеpез MIDI-контpоллеpы. Многие звуковые каpты поддеpживают GM по умолчанию, а GS - в поpядке pасшиpения.
XG (Extended General - единый pасшиpенный) - стандаpт, включающий несколько сотен мелодических и удаpных инстpументов, пpименяемых в пpофессиональной музыке. Содеpжит значительно более pазвитые сpедства упpавления синтезом, чем GM и GS. В частности, стандаpт обязывает синтезатоp иметь по одному pезонансному фильтpу на канал и тpи независимых вида эффект-обpаботки, и обеспечивает упpавление в pеальном вpемени атакой/затуханием звуков, поpтаменто, паpаметpами pезонансных фильтpов, pаздельную настpойку удаpных звуков, а также подключение множества звуковых эффектов. Любой MIDI-канал может быть независимо от дpугих установлен в pежим мелодических или удаpных инстpументов. Использование стандаpта XG позволяет создавать пеpеносимые MIDI-файлы со звучанием, пpиближенным к пpофессиональному. В XG используется тpи типа эффект-обpаботки: reverb, chorus и variation. Последний пpедставляет собой набоp специальных эффектов, включающий несколько видов reverb и chorus, а также echo, delay, flanger, phaser, rotary speaker, wah-wah, distortion, overdrive, equalizer и пp. Паpаметpы каждого типа обpаботки устанавливаются независимо; в пpостых XG-синтезатоpах из набоpа variation в каждый момент вpемени может действовать только один вид эффекта, в более сложных моделях - два и более. Глубина каждого из эффектов pегулиpуется независимо для каждого канала; эффект variation может пpименяться к одному или всем каналам одновpеменно.
А также пpодукты фиpмы Roland, ставшие фактическим стандаpтом для многих звуковых каpт IBM PC:
MPU-401 (MIDI Processing Unit - устpойство MIDI-обpаботки) - плата MIDI-интеpфейса для IBM PC. Полный ваpиант MPU-401 содеpжит UART (Universal Asynchronous Receicer/Transmitter - унивеpсальный асинхpонный пpиемопеpедатчик, УАПП), вход/выход сигналов токовой петли и встpоенный пpоцессоp обpаботки MIDI-сообщений. Интеpфейс может pаботать либо в интеллектуальном (Smart, Intelligent) pежиме, либо в базовом (Dump), называемом также pежимом пpостого пpиемопеpедатчика - UART. В pежиме Smart задействуется встpоенный пpоцессоp, способный выбиpать из всего потока только нужные MIDI-сообщения, пpеобpазовывать фоpмат сообщений, автоматически пеpедавать сообщения синхpонизации и т.п.; в pежиме Dump pаботает только пpиемопеpедатчик, пеpедавая и пpинимая все MIDI-сообщения без изменений.
Компьютеp с MIDI-интеpфейсом становится полнопpавным устpойством в MIDI-сети, и может соединяться с клавиатуpами, секвенсоpами, синтезатоpами, дpугими компьютеpами (не обязательно IBM-совместимый), и может выступать как источником MIDI-сообщений, так и их пpиемником (напpимеp, игpать чеpез звуковую каpту по командам от дpугого MIDI-устpойства).
MT-32 - тонгенеpатоp (внешний модуль-синтезатоp с MIDI-интеpфейсом). Для сопpяжения с компьютеpом поставляется с платой типа MPU-401, но может использоваться и самостоятельно. Содеpжит восьмиканальный WT-синтезатоp, в каждом канале может одновpеменно звучать до 16 нот (всего может звучать до 32 нот). Частично совместим по pаскладке инстpументов с GM. Имеет 128 мелодических, 30 удаpных инстpументов и 33 звуковых эффекта. Содеpжит встpоенный pевеpбеpатоp.
В описаниях большинства звуковых каpт упоминается о совместимости с MPU-401 и MT-32. Однако аппаpатный MIDI-интеpфейс большинства каpт pеализован на сигналах ТТЛ, а не токовой петли, как в MPU-401, и для подключения MIDI-устpойств необходим адаптеp с пpеобpазователем "ТТЛ - токовая петля". Кpоме этого, во многих пpостых каpтах pеализован так называемый интеpфейс SBMIDI, пpинципиально несовместимый по упpавлению с MPU-401. Обычно утвеpждение "MPU-401 compatible" означает пpогpаммную совместимость с pежимом пpостого пpиемопеpедатчика MPU-401.
Совместимость с MT-32 означает поддеpжку инстpументов с теми же номеpами и похожими тембpами, но не гаpантиpует отpаботку SysEx.
Софт-синтезатоp - пpогpамма, котоpая позволяет получить полноценное MIDI только сpедствами центpального пpоцессоpа. Как пpавило, это дает профессиональное качество звучания инстpументов, но имеет два сеpьезных недостатка: довольно большую загрузку центрального процессора и проблемы с микшированием (когда нужно одновременно и MIDI игpать, и звук выводить). Пpоблемы заключаются в том, что, как пpавило, вывод звука задеpживается на 400-500ms. Hа сегодня наиболее популяpны такие софт-синтезатоpы: Yamaha Soft Synthesizer S-YXG50 и Virtual Roland Sound Canvas VSC-88.
Reverberation (повтоpение) - эффект отзвука, эха, создающий впечатление "объемности" звука ("эффект зала"). Реализуется пpи помощи многокpатных повтоpений звука с небольшой задеpжкой между ними.
Chorus (хоp) - эффект "pазмножения" инстpумента, создающий впечатление игpы ансамбля, а пpи воспpоизведении голоса - хоpового пения. Реализуется копиpованием сигнала с небольшим вpеменным сдвигом, возможно - в pазные стеpеоканалы для пpидания "объемности".
DSP (Digital Signal Processor - цифpовой сигнальный пpоцессоp) - специализиpованный быстpодействующий пpоцессоp, используемый для сложной обpаботки звука в pеальном вpемени. Пpи помощи DSP обычно pеализуются звуковые эффекты типа Reverb/Chorus и дpугих, а также дpугие виды обpаботки звука - компpессия, pаспознавание/синтез pечи, моделиpование акустики помещений и т.п. DSP может быть встpоенным или съемным - в последнем случае пpи его установке у каpты появляются дополнительные возможности или pасшиpяются существущие. Hа всех SB-совместимых каpтах DSP (в виде отдельной микpосхемы или встpоенный в общий чип) упpавляет оцифpовкой/воспpоизведением, компpессией/декомпpессией, а также обменом по MIDI в обход схемы MPU-401.
ASP (Advanced Signal Processor - пpодвинутый (усиленный) сигнальный пpоцессоp) и CSP (Creative Signal Processor - сигнальный пpоцессоp Creative) - названия одного и того же специализиpованного DSP фиpмы Creative Labs (микpосхема CT1748), используемого в некотоpых каpтах типа Sound Blaster. Его наличие позволяет использовать дополнительные методы сжатия звука, увеличить скоpость сжатия, повысить скоpость и надежность pаспознавания pечи. В pанних моделях SB на ASP пpи помощи пpогpаммной загpузки паpаметpов был pеализован QSound - алгоpитм обpаботки звука для пpидания ему большей пpостpанственности; в новых моделях SB PnP это делает пpоцессоp 3DSound. ASP обpабатывает только смешанный звук со всех источников каpты, поэтому выбоpочного влияния на звучание встpоенных FM- и WT-синтезатоpов он не оказывает.
S/PDIF (Sony/Philips Digital Interface Format - фоpмат цифpового интеpфейса фиpм Sony и Philips) - цифpовой интеpфейс для пеpедачи звуковых сигналов. Пpедставляет собой электpически упpощенный ваpиант студийного интеpфейса AES/EBU (Audio Engineers Society / European Broadcast Union - общество звукоинженеpов / евpопейское вещательное объединение), и используется для пеpедачи звуковых сигналов в цифpовой фоpме между блоками бытовой аппаpатуpы, DAT (Digital Audio Tape - цифpовой звуковой магнитофон), для вывода сигнала с компакт-дисков и т.п.
PnP-каpты отличаются от обычных способом настpойки адpесов поpтов, линий IRq и каналов DMA. Hа обычных каpтах эти паpаметpы задаются либо жестко, либо пеpемычками, либо записываются в EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory - электpически pепpогpаммиpуемое постоянное запоминающее устpойство, ЭРПЗУ). В PnP-каpтах они устанавливаются пpи инициализации диспетчеpом PnP; это может быть PnP BIOS, специальная утилита для конфигуpации или дpайвеp с поддеpжкой PnP. До этой инициализации PnP-каpта "не видна" пpоцессоpу, и обычные пpогpаммы не смогут с нею pаботать. Кpоме этого, PnP-каpта часто пpедставляет собой новый ваpиант обычной каpты, поэтому может довольно сильно отличаться от нее своими возможнстями и хаpактеpистиками.
Поддерживаемые спецэффекты
К спецэффектам, поддерживаемым звуковыми картами, относятся реверберация, хорус и различные 3D-расширения. Реверберация (Reverberation) создает эффект эха, придавая звучанию объемность (как в большом зале). Хорус (Chorus) представляет собой эффект "pазмножения" голоса или инстpумента, что производит впечатление хорового пения или игpы оркестра. Различные 3D-расширения призваны создавать эффект трехмерного звучания при использовании всего двух колонок для придания большего реализма звуковому сопровождению компьютерных игр. 3D-эффекты на дешевых звуковых картах обычно приводят лишь к заметному увеличению уровня шума.
Стандарты и дополнительные возможности. Для полноценной работы звуковые карты должны прежде всего обеспечивать совместимость с такими стандартами, как Sound Blaster и Sound Blaster Pro, которые используются многими играми под MS-DOS. Под Windows 95/98/Millennium/2000/XP драйвер звуковой карты обязан обеспечивать совместимость с Microsoft DirectX. К дополнительным возможностям расширения относятся: цифровой интерфейс S/PDIF (Sony/Philips Digital Interface Format), который используется для пеpедачи звука в цифpовом виде от различных источников (CD, DAT, профессиональная аудиоаппаратура); интерфейс для подключения дополнительной карты с синтезом по таблице волн; соединители для подключения аналогового выхода CD-ROM и динамиков.
Начиная с 1999 года появились модели с интерактивным пространственным позиционированием звука. В отличие от ранее существовавших систем типа AC-3 (Dolby), которые воспроизводили ранее записанный пространственный звук, новые модели сами учитывают пространственную геометрию виртуальной сцены (то есть того, что в данный момент изображено на экране монитора). Основное применение новых технологий 3-D звука - компьютерные игры. Производители игр активно встраивают интерфейсы для 3-D аудиоконтроллеров как в новые программы, так и в популярные игры выпуска 1998-2001 годов. Естественно, 3-D звук наиболее уместен в тех случаях, когда изображение на экране также является объемным.
Практически полностью прекращен выпуск карт под шину ISA, подавляющее большинство современных моделей выпускается под PCI. Кроме того, появились устройства под AMR. Поскольку функции кодека (кодировщика/декодировщика) встроены в чипсет системной платы, имеющей слот AMR, на такой карте присутствуют, в основном, разъемы. Все функции синтеза и обработки звука в этом случае выполняет центральный процессор.
Появилась тенденция к изготовлению качественных карт для ПК с профессиональными параметрами. Для этих целей ряд производителей осваивает технологии разнесения цифровой и аналоговой части схемы, вплоть до выноса аналоговой части за пределы системного блока (например, в акустическую систему), поскольку цифровые узлы компьютера являются мощным источником помех для звукового тракта. Вынесение аналоговой части позволит преодолеть рубеж 100 дБ отношения сигнал/шум, что соответствует уровню студии звукозаписи. На сегодня этот параметр достигает даже 106 дБ в новых картах Sound Blaster Audigy 2 фирмы Creative Labs.
Контроллеры (адаптеры) - электронные платы для исполнения обмена данными между процессором и внешними устройствами. Контроллеры служат для обеспечения прямой связи с ОП, минуя МП, они используются для устройств быстрого обмена данными с ОП - НГМД, НЖД, дисплей и др., обеспечения работы в групповом или сетевом режиме. Клавиатура, дисплей, мышь являются медленными устройствами, поэтому они связаны с системной платой контроллерами и имеют в ОП свои отведенные участки памяти.
Порт - средство подключения периферийных устройств к материнской плате.
Порты бывают входными и выходными, универсальными (ввод - вывод), они служат для обеспечения обмена информацией ПК с внешними, не очень быстрыми устройствами. Информация, поступающая через порт, направляется в МП, а потом в ОП. Выделяют два вида портов:
последовательный COM1— обеспечивает побитный обмен информацией, обычно к такому порту подключают модем;
параллельный LPT1— обеспечивает побайтный обмен информацией, к такому порту подключают принтер. Современные ПК обычно оборудованы 1 параллельным и 2 последовательными портами.
В последнее время используется порт USB.
Словарик
· RCA = Radio Corporation of America
· SPDIF = Sony/Philips Digital Interfaces
Два порта PS/2: один окрашенный, другой - нет.
Названные в честь "старушки" IBM PS/2 эти разъёмы сегодня широко используются в качестве стандартных интерфейсов для клавиатуры и мыши, но они постепенно уступают место USB. Сегодня распространена следующая схема цветового кодирования.
· Фиолетовый: клавиатура.
· Зелёный: мышь. Кроме того, сегодня весьма часто можно встретить гнёзда PS/2 нейтрального цвета, как для мыши, так и для клавиатуры. Перепутать разъёмы для клавиатуры и мыши на материнской плате вполне возможно, но никакого вреда это не принесёт. Если вы так сделаете, то быстро обнаружите ошибку: не будет работать ни клавиатура, ни мышь. Многие ПК даже не загрузятся, если мышь и клавиатура подключены неправильно. Исправить ошибку очень просто: поменяйте местами вилки, и всё заработает!
Переходник USB/PS/2.
Интерфейс VGA для монитора
Порт VGA на графической карте.
ПК достаточно давно использует 15-контактный интерфейс Mini-D-Sub для подключения монитора (HD15). С помощью правильного переходника можно подключить такой монитор и к выходу DVI-I (DVI-integrated) графической карты. Интерфейс VGA передаёт сигналы красного, зелёного и синего цветов, а также информацию о горизонтальной (H-Sync) и вертикальной (V-Sync) синхронизациях.
Интерфейс VGA на кабеле монитора.
Новые графические карты обычно оснащаются двумя выходами DVI. Но с помощью переходника DVI-VGA можно легко изменить интерфейс (справа на иллюстрации).
Этот адаптер предоставляет информацию для интерфейса VGA.
Словарик
· VGA = Video Graphics Array
Интерфейс DVI для монитора
DVI является интерфейсом монитора, разработанным, главным образом, для цифровых сигналов. Чтобы не требовалось переводить цифровые сигналы графической карты в аналоговые, а затем выполнять обратное преобразование в дисплее.
Графическая карта с двумя портами DVI может работать одновременно с двумя (цифровыми) мониторами.
Поскольку переход с аналоговой на цифровую графику протекает медленно, разработчики графического оборудования позволяют использовать параллельно обе технологии. Кроме того, современные графические карты легко справятся с двумя мониторами.
Широко распространённый интерфейс DVI-I позволяет одновременно использовать как цифровое, так и аналоговое подключение.
Интерфейс DVI-D встречается весьма редко. Он позволяет только цифровое подключение (без возможности подсоединить аналоговый монитор).
В комплект со многими графическими картами входит переходник с интерфейса DVI-I на VGA, который позволяет подключать старые мониторы с 15-контактной вилкой D-Sub-VGA.
Полный список типов DVI (чаще всего используется интерфейс с аналоговым и цифровым подключениями DVI-I).
· DVI = Digital Visual Interface
RJ45 для LAN и ISDN
Сетевые кабели RJ45 можно найти с различной длиной и расцветкой.
В сетях чаще всего используются разъёмы для витой пары. На данный момент 100-Мбит/с Ethernet уступает место гигабитному Ethernet (он работает на скоростях до 1 Гбит/с). Но все они используют вилки RJ45. Кабели Ethernet можно разделить на два вида.
1. Классический патч-кабель, который используется для подключения компьютера к концентратору или коммутатору.
2. Кабель с перекрёстной обжимкой, который используется для соединения между собой двух компьютеров.
Сетевой порт на PCI-карте.
Современные карты используют светодиоды для отображения активности.
В Европе и Северной Америке устройства ISDN и сетевое оборудование используют тот же самый RJ45. Следует отметить, что вилки RJ45 разрешают "горячее подключение", причем, если вы ошибётесь, ничего страшного не случится.
RJ11 для модемов
Кабель RJ11.
Интерфейсы RJ45 и RJ11 очень похожи друг на друга, но у RJ11 всего четыре контакта, а у RJ45 их восемь. В компьютерных системах RJ11 используется, главным образом, для подключения к модемам телефонной линии. Кроме того, существует множество переходников на RJ11, так как телефонные розетки в каждой стране могут быть собственного стандарта.
Порт RJ11 на ноутбуке.
Модемный интерфейс RJ11.
Переходники RJ11 позволяют подключать разные типы телефонных розеток. На иллюстрации розетка из Германии.
S-Video (Hosiden, Y/C)
Интерфейс S-Video.
4-контактная вилка Hosiden использует разные линии для яркости (Y, яркость и синхронизация данных) и цвета (C, цвет). Разделение сигналов яркости и цвета позволяет достичь лучшего качества картинки по сравнению с композитным интерфейсом видео (FBAS). Но в мире аналоговых подключений на первом месте по качеству находится всё же компонентный интерфейс HDTV, за которым следует S-Video. Только цифровые сигналы вроде DVI (TDMS) или HDMI (TDMS) обеспечивают более высокое качество картинки.
Порт S-Video на графической карте.
SCART
SCART является комбинированным интерфейсом, широко распространённым в Европе и Азии. Этот интерфейс сочетает сигналы S-Video, RGB и аналогового стерео. Компонентные режимы YpbPr и YcrCb не поддерживаются.
Порты SCART для телевизора и видеомагнитофона.
Этот переходник преобразует SCART в S-Video и аналоговое аудио ("тюльпаны").
HDMI
Перед нами цифровой мультимедийный интерфейс для несжатых HDTV-сигналов с разрешением до 1920x1080 (или 1080i), со встроенным механизмом защиты авторских прав Digital Rights Management (DRM). Текущая технология использует вилки типа A с 19 контактами.
Пока мы не встречали потребительского оборудования, использующего 29-контактные вилки типа B, поддерживающие разрешение больше 1080i. Интерфейс HDMI использует ту же технологию сигналов TDMS, что и DVI-D. Это объясняет появление переходников HDMI-DVI. Кроме того, HDMI может обеспечить до 8 каналов звука с разрядностью 24 бита и частотой 192 кГц. Обратите внимание, что кабели HDMI не могут быть длиннее 15 метров.
Переходник HDMI/DVI.
Словарик
· HDMI = High Definition Multimedia Interface
Serial ATA (SATA)
Четыре порта SATA на материнской плате.
SATA является последовательным интерфейсом для подключения накопителей (сегодня это, в основном, жёсткие диски) и призван заменить старый параллельный интерфейс ATA. Стандарт Serial ATA первого поколения сегодня используется очень широко и обеспечивает максимальную скорость передачи данных 150 Мбит/с. Максимальная длина кабеля составляет 1 метр. SATA использует подключение "точка-точка", когда один конец кабеля SATA подсоединяется к материнской плате ПК, а второй - к жёсткому диску. Дополнительные устройства к этому кабелю не подключаются, в отличие от параллельного ATA, когда на каждый кабель можно "вешать" два привода. Так что накопители "master" и "slave" уходят в прошлое.
Многие SATA-кабели поставляются с колпачками, защищающими чувствительные контакты.
Питание SATA в разных форматах.
Так питаются жёсткие диски SATA.
Кабели поставляются в различных цветах.
Хотя SATA был разработан для использования внутри корпуса ПК, ряд продуктов предоставляют и внешние интерфейсы SATA.
Питание накопителям SATA может обеспечиваться двумя способами: через классическую вилку Molex...
...или с помощью специального кабеля питания.
Словарик
· ATA = Advanced Technology Attachment
· E-IDE = Enhanced Integrated Drive Electronics
AGP-слот с защёлкой для графической карты.
Большинство графических карт в пользовательских ПК используют интерфейс Accelerated Graphics Port (AGB). У самых старых систем для той же цели применяется интерфейс PCI. Впрочем, на замену обоим интерфейсам призван PCI Express (PCIe). Несмотря на название, PCI Express является последовательной шиной, а PCI (без суффикса Express) - параллельной. В общем, шины PCI и PCI Express не имеют ничего общего, помимо названия.
Графическая карта AGP (сверху) и графическая карта PCI Express (снизу).
Материнские платы для рабочих станций используют слот AGP Pro, который обеспечивает дополнительное питание для прожорливых карт OpenGL. Впрочем, в него можно устанавливать и обычные графические карты. Однако AGP Pro так и не получил широкое признание. Обычно прожорливые графические карты комплектуются дополнительным гнездом питания - для той же вилки Molex, к примеру.
Дополнительное питание для графической карты: 4- или 6-контактное гнездо.
Дополнительное питание для графической карты: гнедо Molex. Стандарт AGP пережил несколько обновлений.
| Стандарт | Пропускная способность |
| AGP 1X | 256 Мбайт/с |
| AGP 2X | 533 Мбайт/с |
| AGP 4X | 1066 Мбайт/с |
| AGP 8X | 2133 Мбайт/с |
Если вы любите копаться в "железе", то следует помнить о двух уровнях напряжения интерфейса. Стандарты AGP 1X и 2X работают на 3,3 В, в то время как AGP 4X и 8X требуют всего 1,5 В. Кроме того, существуют карты типа Universal AGP, которые подходят для разъёма любого типа. Чтобы предотвратить ошибочную установку карт, слоты AGP используют специальные выступы. А карты - прорези.
У верхней карты есть прорезь для AGP 3,3 В. В середине: универсальная карта с двумя вырезами (один для AGP 3,3 В, второй - для AGP 1,5 В). Снизу показана карта с вырезом справа для AGP 1,5 В.
Словарик
· PCI = Peripheral Component Interconnect
AMD
Socket 462
Socket 754
Socket 939
Intel
Socket 370
Socket 423
Socket 478
Socket 775
Вилка ATX с 24 контактами (Extented ATX).
20-контактный кабель ATX.
6-контактный разъём EPS.
Пришёл и ушёл: разъём питания дисковода.
20/24-контактный разъём (ATX и EATX)
Не делайте этого. 4-контактный расширитель с 20 до 24 контактов вилки ATX нельзя использовать для 12-В дополнительного разъёма AUX (впрочем, он находится слишком далеко). 4-контакный расширитель предназначен для порта Extended ATX и не используется на 20-контактных материнских платах ATX.
Вот как нужно: отдельная 4-контактная вилка вставляется в 12-В порт AUX. Её легко распознать: два золотистых и два чёрных кабеля.
Многие материнские платы требуют подключения дополнительного питания.
ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА
Устройства ввода информации
К устройствам ввода информации относятся:
Сканер (от англ. to scan - пристально разглядывать, изучать)
манипулятор типа мышь
трекбол (от англ. trackball, состоящего из двух слов: track — след или дорожка и ball - шар)
Ø джойстики (от англ. joystick, состоящего из двух слов; joy — радость, stick — палка), используемые наиболее часто в компьютерных играх;
Ø устройства оптического распознавания символов (ОРС-системы);
Ø световые перья;
Ø сенсорные экраны: достаточно лишь коснуться пальцем поверхности экрана, чтобы указать компьютеру требуемое место на экране;
Ø средства ввода графической информации: графические планшеты и электронные планшеты, называемые также диджитайзерами (от англ, digitizer — оцифровщик).
Мыши и трекболы
 |
Как дополнение к клавиатуре на современных ПЭОМ используются специальные устройства координатного введения информации в компьютер, облегчающее работу пользователя за компьютером, особенно при использовании графического режима работы дисплея – мыши и трекболы. Первую мышь создал еще в 1983 году молодой ученый Дуглас Энджельбарт в Стенфордском исследовательскому цетре (США). Первый трекбол (trackball) или “перевернутая мышь” был создан значительно позже фирмой Logitech. Наибольшее распространение в мире получили мыши Microsoft Mouse (две кнопки управления) и Mouse System (три кнопки управления).
Рисунок 8. Координатные устройства введения информации
Мышь — это устройство, с помощью которого пользователь управляет положением курсора на экране дисплея и выбирает объекты для последующей работы.
При подключении мыши к компьютеру на экране дисплея как в текстовом, так и в графическом режимах работы появляется курсор мыши. В зависимости от режима работы форма курсора может меняться.
Ввод информации в компьютер осуществляется с помощью кнопок, встроенных в тело мыши. Они позволяют пользователю подавать в компьютер сигналы о том, что объект, на который указывает курсор мыши, выбран для последующей работы. В зависимости от того, какая кнопка нажимается, и способа нажатия на нее — щелчок, двойной щелчок, нажатие с последующим удерживанием при перемещении мыши — компьютер выполняет, соответственно, различные действия.
Трекбол - устройство, похожее на мышь по принципу действия и выполняемым функциям. Трекбол представляет собой перевернутую на «спину» мышь. Шар, управляющий движением курсора на экране, находится сверху. Пользователь вращает шар ладонью или пальцем, и в соответствии с этим курсор перемещается по экрану. Трекбол удобен тем, что его не нужно двигать по столу для перемещения курсора. Он все время лежит на одном месте.
Тачпа́д, се́нсорная пане́ль (англ. touchpad: touch — касаться, pad — подушечка) — указательное (координатное) устройство ввода, предназначенное для управления курсором и отдачи различных команд компьютеру, телефону или другому электронному оборудованию.
Сканеры
Сканером (Scanner) называют устройство, которое разрешает вводить в компьютер изображения, представленные в виде текстов, рисунков, слайдов, фотографий и другой графической информации. Сканеры бывают ручные (hand-held) и настольные (desktop).
Настольные сканеры делятся на планшетные (flatbed), рулонные (Sheet-fed) и проекционные (overhead). Они бывают черно-белыми или цветными, с маленькой, средней и большой разрешающей способностью.
 |
Рисунок 9. Сканеры
Специальное устройство преобразует изображение в цифровые коды, которые поступают в компьютер. Основными характеристиками сканера являются: разрешающая способность (1200*2400, 2400*2400 dpi (точки на дюйм)); разрядность цвета, который обрабатывается (42 или 48 битов); скорость предварительного просмотра (4с); время распознания полной страницы текста (25с) или рисунка (20с).
Модем
Современная жизнь требует создания все более разнообразных видов телекоммуникаций (от греч. tele — вдаль, далеко; лат. communicatio — общение).
Телекоммуникации — это средство передачи информации на расстояние.
Компьютерные телекоммуникации считаются самым перспективным видом передачи информации на расстояние с одного компьютера на другой. Осуществляется такая передача информации с помощью телефонной сети. Используются и другие линии связи. Телефонные сети создавались для передачи человеческого голоса. Голос имеет громкость, высоту, тембр. Передача голоса в телефонной линии осуществляется таким образом, что все свойства голоса сохраняются при передаче. Это достигается при помощи того, что электрический сигнал, передающий голос, изменяется по частоте (количеству колебаний в одну секунду) и амплитуде (наибольшей величине силы тока в одном колебании) в соответствии с передаваемым звуком. Компьютеры используют электрические сигналы только двух уровней: один соответствует единицам, другой — нулям двоичной системы. Из-за различия между сигналами компьютера и сигналами, используемыми в телефонной сети, необходимо иметь устройство, осуществляющее преобразование сигналов компьютера в сигналы телефонной сети и, наоборот, сигналов из телефонной сети в сигналы, понимаемые компьютером. Таким устройством является модем. Слово модем является сокращенной комбинацией слов МОдулятор/ДЕМодулятор. Moдемы могут находиться внутри системного блока компьютера или в отдельном корпусе и подсоединяться к компьютеру. Модем является как устройством ввода, так и устройством вывода информации.
Модем — это устройство, предназначенное для преобразования сигналов телефонной сети в сигналы компьютера и наоборот.
Обмен информацией между двумя компьютерами может осуществляться двумя способами:
Ø компьютеры передают информацию друг другу по очереди — так называемый полудуплексный способ;
Ø обмен информацией между компьютерами осуществляется одновременно. При этом сигналы от компьютеров не смешиваются, т.к. каждый компьютер передает данные на своих частотах, отличных от частот другого компьютера. Этот способ обмена информацией называется дуплексным. Большинство современных модемов работает в дуплексном режиме.
Важнейшей характеристикой модема является скорость передачи данных. Эта величина измеряется количеством битов, передаваемых в секунду (бит/сек). Иногда скорость передачи данных измеряется в других единицах — бодах. Бод определяет число изменений сигнала в секунду. При различных способах модуляции соотношение между бодом и количеством битов в секунду разное. Во многих модемах 1 бод соответствует 4 бит/сек. Скорость передачи информации модемами составляет ~56000 бит/сек. Использование модемов с большой скоростью передачи не всегда оправдано, т.к. возможны ошибки при передаче из-за ненадежности и помех в телефонной линии, по которой передаются сигналы от компьютера к компьютеру.
Модем кодирует сигнал, передаваемый в телефонную линию определенным способом. Принимающий модем должен «понять» этот сигнал, т.е. оба модема должны использовать совместимые системы кодирования и декодирования информации. Они должны «общаться» на понятном друг другу языке. В настоящее время наиболее широко применяется язык Hayes-команд, называемых также АТ-командами (AT — сокращение от англ. attention — внимание). Система Hayes-команд названа так по имени Дениза Хейеза — представителя одной из ведущих фирм, производящей модемы. Модемы, используемые для «выхода» в зарубежные телекоммуникационные сети, должны быть Hayes-coвместимыми.
ТВ-тюнер - устройство для просмотра не экране компьютера телевизионных передач.
Устройства мультимедиа. Мультимедиа - это специальная технология, которая с помощью программного обеспечения и технических средств дает возможность использовать на компьютере информацию в виде звуков и движущихся изображений (видео). Аппаратными составляющими мультимедиа являются акустический адаптер, микрофон, акустические колонки.
Источник бесперебойного питания (UPS)- обеспечивает компьютер на протяжении некоторого времени электротоком при исчезновении его в сети.
Сетевой фильтр - приспособление для защиты от перепадов напряжения электротока и для уменьшения помех.
Web-камера - используется при проведении видеоконференций в сети.
Системы классификации архитектур компьютеров
В 1966 г. М.Флинном (Flynn) был предложен чрезвычайно удобный подход к классификации архитектур вычислительных систем. В его основу было положено понятие потока, под которым понимается последовательность элементов, команд или данных, обрабатываемая процессором. Соответствующая система классификации основана на рассмотрении числа потоков инструкций и потоков данных и описывает четыре архитектурных класса:
SISD (single instruction stream / single data stream) – одиночный поток команд и одиночный поток данных. К классу SISD относятся последовательные компьютерные системы, которые имеют один центральный процессор, способный обрабатывать только один поток последовательно исполняемых инструкций. В настоящее время практически все высокопроизводительные системы имеют более одного центрального процессора, однако каждый из них выполняет несвязанные потоки инструкций, что делает такие системы комплексами SISD-систем, действующих на разных пространствах данных. Для увеличения скорости обработки команд и скорости выполнения арифметических операций может применяться конвейерная обработка. В случае векторных систем векторный поток данных следует рассматривать как поток из одиночных неделимых векторов. Примерами компьютеров с архитектурой SISD могут служить большинство рабочих станций Compaq, Hewlett-Packard и Sun Microsystems;
MISD (multiple instruction stream / single data stream) – множественный поток команд и одиночный поток данных. Теоретически в этом типе машин множество инструкций должно выполняться над единственным потоком данных. До сих пор ни одной реальной машины, попадающей в данный класс, создано не было;
SIMD (single instruction stream / multiple data stream) – одиночный поток команд и множественный поток данных. Эти системы обычно имеют большое количество процессоров, от 1024 до 16384, которые могут выполнять одну и ту же инструкцию относительно разных данных в жесткой конфигурации. Единственная инструкция параллельно выполняется над многими элементами данных. Примерами SIMD-машин являются системы CPP DAP, Gamma II и Quadrics Apemille. Другим подклассом SIMD-систем являются векторные компьютеры. Векторные компьютеры манипулируют массивами сходных данных подобно тому, как скалярные машины обрабатывают отдельные элементы таких массивов. Это делается за счет использования специально сконструированных векторных центральных процессоров. Когда данные обрабатываются посредством векторных модулей, результаты могут быть выданы на один, два или три такта частотогенератора (такт частотогенератора является основным временным параметром системы). При работе в векторном режиме векторные процессоры обрабатывают данные практически параллельно, что делает их в несколько раз более быстрыми, чем при работе в скалярном режиме. Примерами систем подобного типа являются, например, компьютеры Hitachi S3600;
MIMD (multiple instruction stream / multiple data stream) – множественный поток команд и множественный поток данных. Эти машины параллельно выполняют несколько потоков инструкций над различными потоками данных. В отличие от многопроцессорных SISD-машин, команды и данные связаны, потому что они представляют различные части одной и той же задачи. Например, MIMD-системы могут параллельно выполнять множество подзадач с целью сокращения времени выполнения основной задачи. Большое разнообразие попадающих в данный класс систем делает классификацию Флинна не полностью адекватной. Действительно, и четырехпроцессорный SX-5 компании NEC, и тысячепроцессорный Cray T3E попадают в этот класс. Это заставляет использовать другой подход к классификации, иначе описывающий классы компьютерных систем. Основная идея такого подхода может состоять, например, в следующем. Будем считать, что множественный поток команд может быть обработан двумя способами: либо одним конвейерным устройством обработки, работающем в режиме разделения времени для отдельных потоков, либо каждый поток обрабатывается своим собственным устройством. Первая возможность используется в MIMD-компьютерах. Их обычно называют конвейерными или векторными, вторая – в параллельных компьютерах. В основе векторных компьютеров лежит концепция конвейеризации, т.е. явного сегментирования арифметического устройства на отдельные части, каждая из которых выполняет свою подзадачу для пары операндов. В основе параллельного компьютера лежит идея использования для решения одной задачи нескольких процессоров, работающих сообща, причем процессоры могут быть как скалярными, так и векторными.
Для параллельных компьютерных систем существует своя классификация.
I. Векторно-конвейерные компьютеры (PVP).
Имеют MIMD-архитектуру. Основные особенности:
· конвейерные функциональные устройства;
· набор векторных инструкций в системе команд;
· зацепление команд (используется как средство ускорения вычислений).
II. Массивно-параллельные компьютеры с распределенной памятью.
Объединяется несколько серийных микропроцессоров, каждый со своей локальной памятью, посредством некоторой коммуникационной среды.
Достоинств у такой архитектуры много: если нужна высокая производительность, то можно добавить еще процессоров; если ограничены финансы или заранее известна требуемая вычислительная мощность, то легко подобрать оптимальную конфигурацию и т.д.
Каждый процессор имеет доступ лишь к своей локальной памяти, а если программе нужно узнать значение переменной, расположенной в памяти другого процессора, то задействуется механизм передачи сообщений. Этот подход позволяет создавать компьютеры, включающие в себя тысячи процессоров.
Но эта архитектура имеет два существенных недостатка:
· требуется быстродействующее коммуникационное оборудование, обеспечивающее среду передачи сообщений;
· при создании программ необходимо учитывать топологию системы и специальным образом распределять данные между процессорами, чтобы минимизировать число пересылок и объем пересылаемых данных.
Последнее обстоятельство и мешает широкому внедрению подобных архитектур.
III. Параллельные компьютеры с общей памятью (SMP).
Вся оперативная память разделяется между несколькими одинаковыми процессорами. Это снимает проблемы предыдущего класса, но добавляет новые - число процессоров, имеющих доступ к общей памяти, нельзя сделать большим.
Основное преимущество таких компьютеров - относительная простота программирования. В ситуации, когда все процессоры имеют одинаково быстрый доступ к общей памяти, вопрос о том, какой процессор какие вычисления будет выполнять, не столь принципиален, и значительная часть вычислительных алгоритмов, разработанных для последовательных компьютеров, может быть ускорена с помощью распараллеливающих и векторизирующих трансляторов. SMP-компьютеры - это наиболее распространенные сейчас параллельные вычислители. Однако общее число процессоров в SMP-системах, как правило, не превышает 16, а их дальнейшее увеличение не дает выигрыша из-за конфликтов при обращении к памяти.
IV. Кластерная архитектура.
Кластерная архитектура представляет собой комбинации предыдущих трех. Из нескольких процессоров (традиционных или векторно-конвейерных) и общей для них памяти формируется вычислительный узел. Если полученной вычислительной мощности не достаточно, то объединяется несколько узлов высокоскоростными каналами.
Другие распространенные критерии классификации компьютеров.
Классификация по назначению:
· большие электронно-вычислительные машины (ЭВМ) или Main Frame;
· миниЭВМ;
· микроЭВМ;
· персональные компьютеры.
Классификация по уровню специализации:
· универсальные;
· специализированные.
Классификация по раз меру:
· настольные (desktop);
· портативные (notebook);
· карманные (palmtop).
Классификация по совместимости:
· аппаратная совместимость (платформа IBM PC и Apple Macintosh);
· совместимость на уровне операционной системы;
· программная совместимость;
· совместимость на уровне данных.
Таким образом, выбрав в качестве критериев классификации выше перечисленные признаки, в первую очередь, вычислительную мощность и габариты, получем слудующую схему:
Следует заметить, что любая классификация является в некоторой мере условной, поскольку развитие компьютерной науки и техники настолько бурное, что, например, сегодняшняя микро ЭВМ не уступает по мощности мини ЭВМ суперкомпьютерам недавнего прошлого. Кроме того, зачисление компьютеров к определенному классу довольно условно через нечеткость разделения групп, так и вследствии внедрения в практику заказной сборки компьютеров, где номенклатуру узлов и конкретные модели адаптируют к требованиям заказчика.
Дата: 2018-11-18, просмотров: 424.
