Внутренние устройства системного блока

Устройство современных ПК

Персональный компьютер (ПК) – универсальная техническая система. Его конфигурацию (состав оборудования) можно гибко менять по мере необходимости.

 

История создания ПК

Создание персональных компьютеров стало возможным в 1970-х годах. Ране ПК называли микрокомпьютер.

Первое поколение персональных компьютеров можно было приобрести только в виде комплекта деталей, а иногда даже просто обыкновенной инструкции для сборки. Сама сборка, программирование и наладка системы требовали определённого опыта, навыка работы с машинными кодами или языком ассемблера.

В 1975 году появился компьютер Альтаир 8800, родоначальник линии персональных компьютеров, основанных на шине S-100. Эти компьютеры, производимые разными фирмами и как готовые системы, и как наборы для сборки, основывались в основном на процессорах линии i8080 (i8085, z80), хотя благодаря особенностям архитектуры в такой компьютер можно было вставить карту с практически любым 8- и 16-битным процессором тех лет. Многие из них работали с операционной системой CP/M.

Следующие поколения ПК.

В 1977 году появился первый массовый персональный компьютер Apple II компании Apple Computer, что явилось предвестником бума всеобщей компьютеризации населения.

Домашние компьютеры стали более удобными и требовали от своих пользователей уже гораздо меньшего количества технических навыков.

В августе 1981 года IBM выпустила компьютерную систему IBM PC (фирменный номер модели IBM 5150), положившую начало эпохе современных персональных компьютеров. В 1980-х годах также появился ZX Spectrum, выпущенный английской компанией Sinclair Research Ltd.

В январе 1983 года был представлен публике первый персональный компьютер с GUI, Apple Lisa, однако из-за высокой цены и некоторых других особенностей успех машины был ограничен. Год спустя, в январе 1984 года начались продажи Apple Macintosh, ставшего первым по-настоящему массовым ПК с GUI. 23 июля 1985 года появился первый в мире мультимедийный персональный компьютер Amiga (Amiga 1000). Персональные компьютеры Amiga, наряду с макинтошами, оставались самыми популярными и продаваемыми машинами для домашнего использования (IBM PC доминировали в сфере конторских компьютеров, и здесь их продажи были несравнимо выше) вплоть до 1995 года.

В 1995 году произошло два ключевых события в истории ПК: банкротство корпорации Commodore (Commodore — полное название Commodore International, находившаяся в Западном Честере (штат Пенсильвания) компания, долгое время бывшая заметным игроком на рынке персональных компьютеров (начиная с 1980 г). Также часто упоминается под названием своего R&D-подразделения: CBM (Commodore Business Machines). Commodore производили и продавали пользовавшиеся спросом во всём мире персональные компьютеры Commodore и Amiga) и появление Microsoft Windows 95, приблизившей IBM PC-совместимые компьютеры к тем возможностям, которые существовали на Commodore Amiga и Apple Macintosh. Сегодня возможности мультимедиа доступны в каждом доме и на любой аппаратной платформе.

Отечественные персональные компьютеры

В СССР первый серийно выпускавшийся персональный компьютер «АГАТ» начал производиться в 1984 году. В короткое время были разработаны и получили широкое распространение такие персональные компьютеры как БК-0010, Корвет, МС0511 «УКНЦ» и другие. Наибольшую популярность среди рядовых пользователей получили компьютеры, совместимые с ZX Spectrum. Выпускались также компьютеры ЕС ПЭВМ, совместимые с IBM PC. В качестве дисплея использовался телевизор, воспринимавший низкочастотный видеосигнал, или монитор, а устройством внешней памяти служил бытовой кассетный магнитофон. Ha экpaн инфopмaция вывoдилacь в двyx peжимax: в чёpнo-бeлом, 64 cимвoлa в cтpoкe, и в цвeтнoм (4 цвeтa), 32 cимвoлa в cтpoкe; всего информационных строк было 25. Максимальная разрешающая способность компьютера составляла 512х256 точек. Звyк подавался нa вcтpoeнный cпикep тeм жe cпocoбoм, кaк и дaнныe – нa мaгнитoфoн.

 

Устройство ПК

Базовая конфигурация ПК содержит:

– системный блок;

– монитор;

– клавиатура;

– мышь;

– периферийные устройства.

Архитектура современного ПК, как уже говорилось ранее, построена на магистрально-модульном принципе:

СИСТЕМНЫЙ БЛОК

Это основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты, называемые внутренними. Устройства, подключаемые к нему снаружи, называются внешними или периферийными.

По внешнему виду системные блоки различаются формой корпуса. Корпуса ПК выпускают в горизонтальном (desktop) и вертикальном (tower) исполнении. Корпуса, имеющие вертикальное исполнение, различают по габаритам: полноразмерный (big tower), среднеразмерный (midi tower) и малоразмерный (mini tower). Кроме формы, для корпуса важен параметр, называемый форм-фактором. От параметра форм-фактор зависят требования к размещаемым устройствам. В настоящее время используются корпуса big tower форм-фактора ATX. Форм-фактор корпуса обязательно должен быть согласован с форм-фактором главной платы компьютера – материнской платой.

Корпус ПК поставляется с блоком питания мощностью 250-300 Вт.

 

МОНИТОР

Это устройство визуального представления данных. Его основные потребительские параметры: тип, размер и шаг маски экрана, максимальная частота регенерации изображения, класс защиты.

Тип монитора – на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) и плоские жидкокристаллические (ЖК) (рисунок 1).

Рисунок 1

Размер монитора измеряется между противоположными углами видимой части экрана по диагонали в дюймах (1дюйм=25.4 мм). В настоящее время наиболее универсальными являются мониторы размером 24"(ЖК) и17"(ЭЛТ).

Частота регенерации изображения показывает, сколько раз в течение секунды монитор может полностью сменить изображение и измеряется в герцах (Гц). Для ЭЛТ-мониторов частота 75-100 Гц, для ЖК-мониторов – 75 Гц. Чем больше частота, тем меньше утомление глаз.

Класс защиты монитора определяется стандартом, которому соответствует монитор с точки зрения безопасности.

Для ЖК – монитора:

Разрешение — горизонтальный и вертикальный размеры, выраженные в пикселях. В отличие от ЭЛТ-мониторов, ЖК имеют одно фиксированное разрешение, остальные достигаются интерполяцией.

Размер точки (размер пикселя) — расстояние между центрами соседних пикселей. Непосредственно связан с физическим разрешением.

Соотношение сторон экрана (пропорциональный формат) — отношение ширины к высоте (5:4, 4:3, 3:2 {15÷10} 8:5 {16÷10}, 5:3 {15÷9}, 16:9 и др.)

Видимая диагональ — размер самой панели, измеренный по диагонали. Площадь дисплеев зависит также от формата: монитор с форматом 4:3 имеет большую площадь, чем с форматом 16:9 при одинаковой диагонали.

Контрастность — отношение яркостей самой светлой и самой тёмной точек. В некоторых мониторах используется адаптивный уровень подсветки с использованием дополнительных ламп, приведённая для них цифра контрастности (так называемая динамическая) не относится к статическому изображению.

Яркость — количество света, излучаемое дисплеем, обычно измеряется в канделах на квадратный метр.

Время отклика — минимальное время, необходимое пикселю для изменения своей яркости. Составляется из двух величин:

время буферизации — input lag. Высокое значение мешает в динамичных играх; обычно умалчивается; измеряется сравнением с кинескопом в скоростной съёмке. Сейчас (2011) в пределах 20—50 мс; в отдельных ранних моделях достигало 200 мс.

время переключения — именно оно указывается в характеристиках монитора. Высокое значение ухудшает качество видео; методы измерения неоднозначны. Сейчас практически во всех мониторах заявленное время переключения не превышает 10 мс.

Угол обзора — угол, при котором падение контраста достигает заданного, для разных типов матриц и разными производителями вычисляется по-разному, и часто не подлежит сравнению. Некоторые производители указывают в тех. параметрах своих мониторов углы обзора такие к примеру как: CR 5:1 — 176°/176°, CR 10:1 — 170°/160°. Аббревиатура CR (contrast rate) обозначает уровень контрастности при указанных углах обзора относительно перпендикуляра к экрану. При углах обзора 170°/160° контрастность в центре экрана снижается до значения не ниже чем 10:1, при углах обзора 176°/176° не ниже чем до значения 5:1.

Тип матрицы: технология, по которой изготовлен ЖК-дисплей.

 

КЛАВИАТУРА

Это клавишное устройство для ввода алфавитно-цифровых данных и команд управления (рисунок 2).

Рисунок 2

Используется стандартная 101-клавишная клавиатура, 104-клавишная (под Windows95) или 107-клавишная. Расположения клавиш соответствует стандарту печатающих машин.

Принцип действия клавиатуры заключается в следующем:

· При нажатии на клавишу (или комбинацию клавиш) контроллер клавиатуры генерирует скан-код.

· Скан-код поступает в порт (микросхема, связывающая процессор с устройствами ПК) клавиатуры, который выдает прерывание с номером 9.

· Процессор откладывает текущую работу и по номеру прерывания находит программу обработки прерывания.

· Программа-обработчик направляет процессор к порту клавиатуры, где он находит скан-код нажатой клавиши, загружает его в свои регистры и затем под управлением обработчика определяет, какой код символа соответствует данному скан-коду.

· Обработчик прерывания отправляет полученный код символа в буфер клавиатуры и прекращает свою работу.

· Процессор возвращается к отложенной задаче.

· Введенный символ хранится в буфере клавиатуры до тех пор, пока его не заберет оттуда программа, для которой он предназначался, например текстовый редактор.

Все клавиатуры используют один из трех интерфейсов:

- AT;

- PS/2;

- USB.

 

МЫШЬ

Это устройство управления манипуляторного типа (рисунок 3). Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением указателя мыши на экране монитора.

 

Рисунок 3

В отличие от клавиатуры мышь не является стандартным органом управления, поэтому ПК не имеет для нее выделенного порта. В связи с этим в первый момент после включения компьютера мышь не работает. Она нуждается в поддержке специальной программы – драйвера мыши. Компьютером управляют перемещением мыши по плоскости и кратковременными нажатиями правой и левой кнопок (щелчок или клик). Перемещения мыши и щелчки являются событиями с точки зрения драйвера мыши. Анализируя эти события, он устанавливает, когда произошло событие, и в каком месте экрана в этот момент находился указатель. Эти данные передаются в прикладную программу, с которой пользователь работает в данный момент. По ним программа может определить команду, которую имел в виду пользователь, и приступить к ее исполнению.

Используемые интерфейсы:

- COM;

- PS/2;

- USB.

 

МАТЕРИНСКАЯ ПЛАТА

Это основная плата ПК (рисунок 4), которая содержит схемные компоненты компьютера. Именно она определяет его потенциальные возможности и эффективность работы.

Рисунок 4

На ней размещаются:

· процессор – основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций;

· микропроцессорный комплект (чипсет) – набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера;

· шины – наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами и данными между устройствами компьютера;

· оперативная память – набор микросхем, предназначенных для временного хранения программ и данных при включенном компьютере;

· постоянное запоминающее устройство – микросхема для длительного хранения данных;

· слоты – разъемы для подключения дополнительных устройств.

 

Форм-фактор системной платы – стандарт, определяющий размеры системной платы для персонального компьютера, места ее крепления к корпусу; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода/вывода, разъёма центрального процессора (если он есть) и слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания.

Форм-фактор (как и любые другие стандарты) носит рекомендательный характер. Спецификация форм-фактора определяет обязательные и опциональные компоненты. Однако подавляющее большинство производителей предпочитают соблюдать спецификацию, поскольку ценой соответствия существующим стандартам является совместимость системной платы и стандартизированного оборудования (периферии, карт расширения) других производителей.

Виды форм факторов:

Устаревшие: Baby-AT; Mini-ATX; полноразмерная плата AT; LPX.

Современные: АТХ; microATX; Flex-АТХ; NLX; WTX, CEB.

Внедряемые: Mini-ITX и Nano-ITX; Pico-ITX; BTX, MicroBTX и PicoBTX

ЖЕСТКИЙ ДИСК (HDD, НЖМД) (HARD DISK DRIVE, НАКОПИТЕЛЬ НА ЖЕСТКИХ МАГНИТНЫХ ДИСКАХ)

Это основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ (рисунок 5).

Рисунок 5

Часто жесткий диск называют «винчестер». Само название «винчестер» появилось в 1973 г., когда компания IBM выпустила пакет из двух дисков по 30 МБ с маркировкой «30/30», что напоминало пользователям калибр двустволки «Винчестер 30/30».

На самом деле это не один диск, группа соосных дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с большой скоростью. Над каждой поверхностью располагается головка чтения/записи. При высоких скоростях вращения дисков (90-250 об/с) в зазоре между головкой и диском образуется аэродинамическая подушка, и головка парит над магнитной поверхностью на высоте, составляющей несколько тысячных долей миллиметра. При изменении силы тока, протекающего через головку, происходит изменение напряженности динамического магнитного поля в зазоре, что вызывает изменения в стационарном магнитном поле ферромагнитных частиц, образующих покрытие диска. Так осуществляется запись на диск. При считывании данных намагниченные частицы покрытия, проносящиеся вблизи головки, наводят в ней ЭДС самоиндукции. Возникающие при этом электромагнитные сигналы усиливаются и передаются на обработку.

Управление работой жесткого диска выполняет специальное аппаратно-логическое устройство – контроллер жесткого диска.

Основные параметры жесткого диска:

- емкость;

- надежность;

- производительность.

Емкость жесткого диска зависит от технологии их изготовления. Сейчас на пластину может приходиться более 1 Тбайт.

Характерной особенностью маркировки винчестера является то, что указанная в названии модели примерная емкость рассчитана на миллион байт (а не Мбайт) или миллиард байт (а не гигабайт). В математическом виде это выглядит следующим образом: по мнению производителей винчестеров 1МБ=10⁶=1000000, а реально 1 МБ = 2²⁰=1048576 байт. Поэтому, например, диск объемом 80 ГБ (по данным производителя) на самом деле имеет емкость 74,5 ГБ.4

Сегодня жесткие диски имеют очень высокий показатель внутренней передачи данных (до 30-60 Мбайт/с) и их производительность зависит от характеристик интерфейса, с помощью которого они связаны с материнской платой.

Среднее время доступа зависит от скорости вращения диска и лежит в пределах от 4-10 мкс.

Существует два показателя надежности винчестера:

- число циклов старт/стоп, измеряется в тысячах (Start/Stop Cycles);

- среднее время наработки отказов (Mean Time Before Failure – MTBF) измеряется в сотнях тысячах часов.

Производительность жесткого диска оценивается тремя характеристиками:

- количество операций ввода/вывода в секунду показывает число обращений, выполняемых за секунду (обращение состоит из вращения диска, перемещения привода и чтения/записи блока данных);

- скорость передачи данных определяется скоростью вращения диска и используемым интерфейсом;

- загрузка процессора – это доля тактов процессора, затраченных на обработку обращения к жесткому диску.

Существует два основных интерфейса для жестких дисков:

IDE (Integrated Drive Electronics – электроника интегрированных накопителей) – для обычных компьютеров;

SCSI (Small Computer Systems Interface – интерфейс маленьких компьютерных систем) – для высокопроизводительных компьютеров.

 

ДИСКОВОД ГИБКИХ ДИСКОВ (FDD, НГМД)

Для оперативного переноса небольших объемов информации используются гибкие магнитные диски (дискеты), которые вставляются в специальный накопитель – дисковод. Сейчас стандартными считаются диски размером 3.5" емкостью 1.4 Мбайт. Гибкие диски считаются малонадежными носителями информации. Сегодня практически отказались от этого типа носителей.

 

ДИСКОВОДЫ ОПТИЧЕСКИХ ДИСКОВ

Существует три вида компакт дисков:

- компакт диск только для чтения (Compact Disk Read Only Memory – CD-ROM);

- записываемый компакт-диск (Compact Disk Recordable – CD-R);

- перезаписываемый компакт-диск (Compact Disk ReWritable – CD-RW).

На диске CD-ROM промышленным способом записывается информация, и произвести ее повторную запись невозможно. Основу компакт-диска диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм составляет слой оптически чистой поликарбонатной пластмассы - это нижняя сторона подложка (back layer). На нее нанесен тонкий слои алюминия, придающий диску необходимые отражающие свойства. От окисления и механических повреждении его защищает лакировка. Поверх лакового слоя печатается этикетка диска.

Данные на диске записываются в виде спирали. Лазерный луч определяет цифровую последовательность единиц и нулей по форме микроскопических ямок (пит) на спирали. Принцип считывания информации можно разбить на четыре этапа:

1) Луч слабого лазера испускается лазер-диодом привода CD-ROM. Проходя через систему линз, он фокусируется на областях спирали данных компакт-диска, двигаясь по траекториям, задаваемым сервоприводом. Сервопривод служит для перемещения направляющей линзы.

2) Луч производит считывание, отражаясь с различной интенсивностью от пит-слоя компакт-диска.

3) Отраженный луч возвращается, попадая в группу призм. Там происходит его преломление и отражение на фотодетектор.

4) Фотодетектор определяет интенсивность светового потока и переправляет эту информацию к микропроцессору дисковода, который завершает ее анализ, преобразуя в цифровую последовательность.

5) Основная область применения: тиражирование программ и информационных материалов, таких как справочные руководства, обучающие пакеты, словари, энциклопедии и библиотеки изображений.

 

CD-R (Compact Disc Recordable) - разновидность компакт-диска, разработанная компаниями Philips и Sony для однократной записи информации. Первые CD-R были произведены в 1988.

CD-R представляет из себя тонкий диск из прозрачного пластика - поликарбоната - толщиной 1,2 мм, диаметром 120 мм (стандартный) или 80 мм (мини). Поликарбонатный диск имеет спиральную дорожку для направления луча лазера при записи и считывании информации. Диск со стороны где находится эта спиральная дорожка, покрыт записывающим слоем, который состоит из очень тонкого слоя органического красителя и затем отражающим слоем из серебра, его сплава или золота. Этот отражающий слой покрывается защитным лаком, и уже на этот защитный слой наносятся различные надписи краской. Ёмкость стандартного CD-R составляет 74 минуты аудио или 650 МБ данных. Однако, на данный момент стандартным можно считать CD-R ёмкостью 700 МБ данных (точнее 736 966 656 байт) или 79 минут 59 секунд и 74 фрейма. Также, на рынке имеются 90 минутные / 790 МБ и 99 минутные / 870 МБ диски, которые получили гораздо меньшее распространение.

Чистый CD-R не является полностью пустым, на нем имеется служебная дорожка с сервометками ATIP - Absolute Time In Pregroove - абсолютное время в служебной дорожке. Эта служебная дорожка нужна для системы слежения, которая удерживает луч лазера при записи на дорожке и следит за скоростью записи. Она также содержит информацию об изготовителе этого диска, сведения о материале записывающего слоя, длине дорожки для записи и т.п. Служебная дорожка не разрушается при записи данных на диск и многие системы защиты от копирования используют её для того, чтобы отличить оригинал от копии.

При записи CD-R сфокусированным мощным лазерным лучом нагреваются небольшие области слоя красителя. Краситель передает тепло смежной с ним подложке, под действием которого она изменяет свои свойства и начинает рассеивать свет. В областях, не нагревающихся лазером, подложка остается прозрачной и при считывании данных пропускает луч. Последний проходит до металлического слоя, отражается от него и через подложку попадает на светочувствительный датчик. Результат - последовательность отражающих и не отражающих участков. При чтении диска на него направляется маломощный лазерный луч, и светочувствительный датчик воспринимает последовательность отраженных сигналов.

Существуют два режима записи: односеансный и многосеансный. В односеансном режиме запись всего диска должна осуществляться за один проход без перерывов. В многосеансном режиме данные записываются за несколько сеансов, в результате чего информация на диске представляется в виде нескольких отдельных томов. Не все накопители CD-ROM способны читать диски, записанные подобным способом. Режим многосеансной записи позволяет записать часть данных, остановиться, а затем продолжить запись.

Одно из достижений технологии записи CD-дисков - способ "записи пакетами" (Packet Writing). При использовании пакетной записи у пользователя создается полная иллюзия работы с обычным жестким диском: можно копировать файл на диск, редактировать или удалять его, создавать еще несколько файлов на диске и т. д. При использовании этого режима, часть объёма лазерного диска становится недоступной (остаётся около 550 Мб). Данные, записанные в режиме Packet Writing на одном дисководе, не всегда будут читаться на другом.

CD-R используется главным образом в качестве средства создания резервных копий в целях архивирования.

 

Диск CD-RW во многом похож на CD-R, но его записывающий слой изготавливается из специального сплава, который можно нагреванием приводить в два различных устойчивых агрегатных состояния - аморфное и кристаллическое. Этот сплав обычно изготавливается из серебра, индия, сурьмы и теллура.

Для записи информации на диск применяются два цикла: цикл стирания и цикл записи. В процессе стирания магнитное поле имеет одинаковую полярность, соответствующую двоичным нулям. Лазерный луч нагревает последовательно весь стираемый участок и таким образом записывает на диск последовательность нулей. В цикле записи полярность магнитного поля меняется на противоположную, что соответствует двоичной единице. В этом цикле лазерный луч включается только на тех участках, которые должны содержать двоичные единицы, и оставляя участки с двоичными нулями без изменений.

В процессе чтения с диска используется эффект Керра, заключающийся в изменении плоскости поляризации отраженного лазерного луча, в зависимости от направления магнитного поля отражающего элемента. Отражающим элементом в данном случае является намагниченная при записи точка на поверхности диска, соответствующая одному биту хранимой информации. При считывании используется лазерный луч небольшой интенсивности, не приводящий к нагреву считываемого участка, таким образом, при считывании хранимая информация не разрушается. Такой способ в отличие от обычного, применяемого в оптических дисках, не деформирует поверхность диска и позволяет повторную запись без дополнительного оборудования. CD-RW позволяют перезаписывать информацию порядка 1000 раз.

 

DVD — носитель информации в виде диска, внешне схожий с компакт-диском, однако имеющий возможность хранить больший объём информации за счёт использования лазера с меньшей длиной волны, чем для обычных компакт дисков.

Первые диски и проигрыватели DVD появились в ноябре 1996 в Японии и в марте 1997 в США.

Изначально «DVD» расшифровывалось как «Digital Video Disc» (цифровой видеодиск). Позже многие стали расшифровывать DVD как Digital Versatile Disc (цифровой многофункциональный диск). Toshiba, заведующая официальным сайтом DVD Forum, использует «Digital Versatile Disc». Но к консенсусу не пришли до сих пор, поэтому сегодня «DVD» официально вообще никак не расшифровывается.

DVD может существовать в нескольких модификациях. Самая простая из них отличается от обычного диска только тем, что отражающий слой расположен не на составляющем почти полную толщину (1,2 мм) слое поликарбоната, а на слое половинной толщины (0,6 мм). Вторая половина - это плоский верхний слой. Емкость такого диска достигает 4,7 ГБ и обеспечивает более двух часов видео телевизионного качества. Если оба слоя несут информацию, то суммарная емкость составляет 8,5 ГБ. А если использовать двухсторонний двухслойный диск. В этом случае его емкость составит 17 ГБ! Скорость чтения/записи DVD указывается кратной 1350 Кб/с, то есть 16-скоростной привод обеспечивает чтение (или запись) дисков в 16 × 1350 = 21600 Кб/с (21,09 Мб/с). Для воспроизведения DVD с видео необходим DVD-привод и декодер MPEG-2 (то есть либо бытовой DVD-проигрыватель, либо компьютерный DVD-привод и программный плеер). Фильмы на DVD сжаты с использованием алгоритма MPEG-2 для видео и различных (часто многоканальных) форматов для звука. Битрейт сжатого видео варьируется от 2000 до 9800 Кбит/с, часто бывает динамическим.(VBR Variable bitrate)

Аудиоданные в DVD-фильме могут быть в формате PCM, DTS, MPEG или Dolby Digital (AC-3). В странах, использующих стандарт NTSC, все фильмы на DVD должны содержать звуковую дорожку в формате PCM или AC-3, а все NTSC-плееры должны эти форматы поддерживать. Таким образом, любой стандартный диск может быть воспроизведён на любом стандартном оборудовании.

В странах, использующих стандарт PAL (большая часть Европы), поначалу хотели ввести в качестве стандарта звука для DVD форматы PCM и MPEG-2, но под влиянием общественного давления и, идя вразрез с пожеланиями Philips, DVD-Forum включил Dolby AC-3 в список опциональных форматов звука на дисках и обязательных форматов в плеерах.

Отличие DVD от CD

В первую очередь у DVD-дисков меньший диаметр углублений, на дорожке они расположены с меньшим «шагом» и самих дорожек на диске гораздо больше. Использование насечек меньшего размера стало возможным благодаря применению лазера с меньшей длиной волны, посылающего более «плотный» луч. В то время как лазер в обычном устройстве CD-ROM имеет длину волны 780 нанометров, устройства DVD используют лазер с длиной волны 650 или 635 нм, что позволяет покрывать лучом в два раз больше насечек на одной дорожке и в два раза больше дорожек. Кроме того, поверхность диска, отведенная для хранения данных, немного больше, чем у CD-ROM; DVD также предусматривает другой формат секторов и более надежный код коррекции ошибок. Все эти нововведения позволили достичь примерно в семь раз большей емкости дисков DVD, чем традиционных CD.

Но семикратный прирост емкости диска - это далеко не предел. Пожалуй, самое интересное в спецификациях DVD - это возможность создания двухсторонних и двухслойных дисков. Двухсторонний диск делается просто: так как толщина диска DVD может составлять лишь 0,6 мм (половина толщины обычного CD-ROM), появляется возможность соединить два диска тыльными сторонами и получить двухсторонний DVD. Правда, вам придется вручную переворачивать его, но с развитием технологий DVD появятся приводы, способные читать обе стороны без вмешательства пользователя.

В отличие от компакт-дисков, в которых структура аудиодиска фундаментально отличается от диска с данными, в DVD всегда используется файловая система UDF.

Кроме того, для DVD существуют ограничения - региональная привязка DVD.

 

ВИДЕОКАРТА (ВИДЕОАДАПТЕР)

Совместно с монитором видеокарта образует видеоподсистему ПК (рисунок 6).

Рисунок 6

Все операции, связанные с управлением экраном осуществляет видеоадаптер. Физически видеокарта выполнена в виде отдельной дочерней платы, которая вставляется в один из слотов материнской платы.

Ранее (в устаревших ПК) использовались видеоадаптеры для шин ISA, VL-Bus и PCI. Также был распространен стандарт AGP. Сейчас широко используется более скоростная шина PCI-E.

За время существования ПК сменилось несколько стандартов видеоадаптеров: MDA (монохромный), CGA (4 цвета), EGA (16 цветов), VGA (256 цветов).

В настоящее время применяются следующие:

– SVGA (Super Video Graphics Adapter), обеспечивающие по выбору до 16.7 миллионов цветов с возможностью произвольного выбора разрешения экрана из стандартного ряда значений (640×480, 800×600, 1024×768, 1152×864, 1280×1024 точек и далее).

– XGA (eXtended Video Graphics Adapter) – расширенный видеографический адаптер. Поддерживает разрешение — 1024×768, 256 цветов.

– XGA-2 «продвинутая» версия видеорежима XGA. Поддерживает я разрешение 1600x1200.

– UXGA (Ultra eXtended Video Graphics Adapter) – сверхрасширенный видеографический адаптер. Поддерживает разрешение экрана 1600×1200 при 16,7 млн. цветов.

Для каждого размера монитора существует свое оптимальное разрешение экрана, которое должен обеспечить видеоадаптер.

Все существующие видеокарты отличаются друг от друга по параметрам:

– поддерживаемые видеорежимы, которые различаются между собой максимальным разрешением – количеством пикселей, отображаемых на мониторе по горизонтали и вертикале;

– глубина цвета – количество оттенков цветов, которое определяется разрядностью представления цвета, например, 8 бит могут отобразить 256 цветов;

– размер видеопамяти – напрямую зависит от первых двух параметров;

– частота регенерации экрана – количество изображений, сменяемых в секунду. Зависит от частоты применяемого видеопроцессора.

Современные графические контроллеры содержат 128 или 256 МБ видеопамяти. Наиболее часто применяются два типа памяти:

SGRAM (Synchronous Graphics RAM) – синхронная графическая память, представляет собой разновидность синхронной статической памяти;

DDR SDRAM – аналогична применяемой в модулях оперативной памяти.

Производительность видеокарты в значительной степени влияет на общую производительность системы, так как позволяет разгрузить центральный процессор.

 

ЗВУКОВАЯ КАРТА

Звуковая карта явилась одним из наиболее поздних усовершенствований ПК (рисунок 7)

Рисунок 7

Она устанавливается в один из слотов материнской платы в виде дочерней карты и выполняет вычислительные операции, связанные с обработкой звуков, речи, музыки.

Основные характеристики звуковой карты:

- частота дискретизации;

- разрядность АЦП.

Большинство звуковых карт поставляются с программным обеспечением, рпи этом синтез звука осуществляется по технологии FM и WT-синтеза.

В цифровом FM-синтезе каждый из описанных управляемых генераторов называется оператором. В операторе выявляются два базовых элемента: фазовый модулятор и генератор огибающей. Фазовый модулятор задает частоту (высоту) звука, а генератор огибающей - его амплитуду (громкость). В большинстве случаев для синтеза одного инструмента достаточно двух операторов: оператора несущей (основной тон) и оператора модулирующей частоты (обертон). Обычно пара операторов определяет голос; современные наборы микросхем для FM-синтеза звука содержат до 36 - 40 голосов, осуществляя различные режимы (алгоритмы) FM-синтеза (в том числе и самые сложные, предполагающие использовать 18 и более операторов для синтеза речи). В звуковых картах обычно присутствует специальный генератор шума, обрабатываемый одним оператором (оператором огибающей).

WT-синтез (Wave Table synthesis); такие устройства именуют также синтезаторами выборок или сэмплерами (Samples). Идея применения WT-синтеза состоит в использовании специальных алгоритмов, позволяющих по одному лишь характерному тону (выборке) музыкального инструмента воспроизвести все остальные тона. Выборки сигналов (таблицы) сохраняются в ROM (Read Only Memory) или программно загружаются в RAM (Random Access Memory) звуковой карты, после чего специализированный WT-процессор выполняет операции над выборками сигнала, изменяя их амплитуду и частоту. При этом генерируемое WT-методом звучание ближе к звуку реальных инструментов, нежели при FM-технологии. Дополнительную гибкость WT-методу дает возможность простого изменения таблиц выборок.

Многие карты поддерживают как FM-так и WT-синтез.

Широкое распространение получили платы фирмы Creative Labs. Однако в массовых персональных компьютерах вместо звуковых карт часто используется технология AC’97 (Audio Codec – звуковой кодек) компании Intel. Звуковая система интегрированная в чипсет материнской платы в качестве контроллера шины AC-link, а аудио кодек или цифровой контроллер мог устанавливаться дополнительно на плату, или система работала на базе центрального процессора.

Следующее поколение архитектуры звуковой подсистемы материнских плат Azalea, 2006.

Звук воспроизводится через внешние звуковые колонки, подключаемые к выходу звуковой карты. Специальный разъем позволяет отправить звуковой сигнал на внешний усилитель. Имеется также разъем для подключения микрофона, что позволяет записывать речь или музыку и сохранять их на жестком диске для последующей обработки и использования.

ПРОЦЕССОР

Это основная микросхема компьютера, производящая все вычисления (рисунок 9).

Рисунок 9

Конструктивно состоит из ячеек, похожих на ячейки оперативной памяти, но в этих ячейках данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называются регистры. Управляя засылкой данных в разные регистры процессора, можно управлять обработкой данных. На этом и основано выполнение программ. Для работы с вещественными данными в состав процессора входит сопроцессор.

С остальными устройствами компьютера процессор связан несколькими группами проводников – шинами:

· Адресная шина. У процессоров Pentium она 32-разрядная, к ней подключается процессор для копирования данных из ячейки оперативной памяти с указанным 32-разрядным адресом в один из своих регистров.

· Шина данных. По ней происходит копирование данных из оперативной памяти в регистры процессора и обратно. В современных ПК она 64-разрядная, т.е. за один раз на обработку поступает 8 байт.

· Шина команд. Это 32-разрядная шина для засылки команд из оперативной памяти в процессор, чтобы он мог обрабатывать данные.

Совокупность всех команд, которые может выполнить процессор, образуют систему команд процессора. Система команд процессора Pentium насчитывает более тысячи различных команд.

Основными параметрами процессоров являются:

· Рабочее напряжение. Раньше оно было 5 В, сейчас 2 В. Понижение напряжения позволяет увеличивать производительность без угрозы перегрева процессора.

· Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один такт. Современные процессоры – 32-разрядные.

· Рабочая тактовая частота. Чем выше тактовая частота, тем больше команд сможет исполнить процессор в единицу времени. Сегодня рабочие тактовые частоты некоторых процессоров уже превосходят 3 миллиарда тактов в секунду (3ГГц).

· Кэш-память – буферная память внутри процессора. Это как бы «сверхоперативная память». Когда процессору нужны данные, то он сначала обращается в кэш-память, и только если там нужных данных нет, происходит обращение в оперативную память.