Перезаписывающие накопители (CD-RW)

Технология перезаписываемых компакт-дисков CD-RW позволяет не только записывать, но и стирать информацию. Она основана на технологии Phase Change — записи с изменением фазы, заключающейся в переходах рабочего слоя диска под действием луча лазера в кристаллическое или аморфное состояние с разной отражательной способностью. Выглядят носители CD-RW подобно CD-R, но их покрытие обычно имеет темно-серый цвет. Недостатком CD-RW является то, что диски CD-RW могут считываться только на новых (как правило, ниже 16-скоростных) устройствах CD-ROM, поддерживающих технологию MultiRead. Дело в том, что считывающий лазер для CD-RW должен иметь другую длину волны, так как при 780 нм отраженный сигнал слишком слаб. Кроме того для хранения информации на CD-RW применяется файловая система UDF, которую поддерживают не все операционные системы.

DVD (Digital Versatile Disc)

В 1995 году был создан новый стандарт – DVD. Он предназначался в первую очередь для киноиндустрии как заменитель видеокассет, поэтому аббревиатура расшифровывалась как Digital Video Disc. Затем этот формат переименовали в Digital Versatile Disc – цифровой универсальный диск. Однако в 1997 году фирмы Philips и Sony вышли из консорциума. В последствии их примеру последовали и другие производители DVD.

Основные отличия стандарта DVD от CD. Во-первых используется лазер с меньшей длиной волны. Если в накопителях CD – ROM длина волны равна 780 нм, то в накопителях DVD – 635 нм. Это позволяет уменьшить длину штриха и повысить скорость считывания данных. Во-вторых, вследствие применения более совершенных материалов DVD используют для записи данных в два слоя на одной стороне диска или по одному слою, но с двух сторон диска или по два слоя с двух сторон диска, в зависимости от формата DVD. Емкость дисков варьируется от 2,6 Gb до 17 Gb. В-третьих, используется совершенно новый формат секторов, более надежный код коррекции ошибок и улучшенная модуляция каналов.

Виды структур DVD

Single Side/Single Layer (односторонний/однослойный) DVD-5

Это самая простая структура DVD диска. На таком диске можно разместить до 4,7 Гб данных. Кстати, эта емкость в 7 раз больше емкости обычного звукового CD и CD-ROM диска.

Single Side/Dual Layer (односторонний/двуслойный) DVD-9

Этот тип дисков имеет два слоя данных, один из которых полупрозрачный. Оба слоя считываются с одной стороны и на таком диске можно разместить 8,5 Гб данных, т. е. на 3,5 Гб больше, чем на однослойном/односторон-нем диске.

Double Side/Single Layer (двусторонний/однослойный) DVD-10

На таком диске помещается 9,4 Гб данных (по 4,7 Гб на каждой стороне). Нетрудно заметить, что емкость такого диска вдвое больше одностороннего/однослойного DVD диска. Между тем, из-за того, что данные располагаются с двух сторон, придется переворачивать диск или использовать устройство, которое может прочитать данные с обеих сторон диска самостоятельно.

Double Side/Double Layer (двусторонний/двуслойный) DVD-18

Структура этого диска обеспечивает возможность разместить на нем до 17 Гб данных (по 8,5 Гб на каждой стороне).

Адаптеры.

Адаптеры используются для поддержки взаимодействия различных устройств. Так как формы представления данных и управляющих сигналов, используемых в различных устройствах ПК, существенно различаются, то необходимы согласующие устройства. Эту роль и выполняют адаптеры. Они оформлены в виде печатных плат, которые с одной стороны имеют специфический разъем для связи с соответствующим устройством. Эти платы также называются контроллерами, потому что самая важная установленная на них микросхема носит это название. Эта микросхема лишь немногим ниже по рангу такого интеллектуала, как сам центральный процессор. На самой плате размещаются микросхемы и другие элементы, которые и выполняют необходимые преобразования. В качестве примеров можно рассмотреть видеоадаптеры (видеоплаты, видеокарты) и сетевые адаптеры (сетевые карты), звуковые адаптеры.

Видеокарта

Видеокарта – устройство, обеспечивающее вывод информации на монитор. Необходимость в видеокарте объясняется тем, что мониторы управляются аналоговыми сигналами, а компьютер работает с числами, т. е. видеокарта преобразовывает числовые сигналы в аналоговые.

Происходящее на рынке графических адаптеров в немалой степени напоминает ситуацию на рынке системных плат: основные тенденции и направления развития определяются действиями двух лидирующих изготовителей процессоров — графических и центральных. На рынок системных плат противоборство Intel и AMD влияет в меньшей степени, поскольку кроме ЦП эти платы содержат наборы микросхем системной логики и другие компоненты, прямо не зависящие от процессорных технологий. Возможности же современного графического адаптера почти полностью определяются его базовой микросхемой (графическим процессором), поэтому их развитие проходит в русле конкурентной борьбы компаний ATI и NVIDIA — лидирующих разработчиков графических технологий и микросхем.

В настоящее время на рынке присутствует почти три десятка моделей графических микросхем, выпускаемых серийно ATI и NVIDIA (количество адаптеров на них можно примерно оценить путем умножения этой цифры на число производителей графических плат). Не следует забывать и о продукции компаний Matrox, SiS, Trident и S3.

Что касается профессиональных графических адаптеров, применяемых в высокопроизводительных рабочих станциях для решения задач трехмерного моделирования и автоматического проектирования (CAD), то можно считать, что изделиям, построенным на базе самых высокопроизводительных микросхем ATI и NVIDIA, противостоят специализированные микросхемы, например компании 3Dlabs. Однако самые мощные, профессиональные графические контроллеры для рабочих станций, равно как и самые миниатюрные — встраиваемые в наборы микросхем системной логики и портативные компьютеры, — здесь рассматривать не будем.

Архитектура видеоадаптера

Необходимость в создании отдельного контроллера, обеспечивающего вывод изображения, была вызвана тем, что использовавшиеся в первых ПК мониторы были построены по ЭЛТ-технологии. Для управления электронно-лучевой трубкой необходим аналоговый сигнал — преобразование цифровой информации об изображении в аналоговый управляющий сигнал, что стало первой задачей графических адаптеров. Любой, в том числе и современный графический адаптер содержит три цифроаналоговых преобразователя-ЦАП (по одному на каждый из основных цветов) и память — так называемый кадровый буфер. Информация о каждой точке экрана считывается последовательно из кадрового буфера и превращается в аналоговый сигнал цифроаналоговым преобразователем. Модуль, состоящий из кадрового буфера (RAM) и трех ЦАП (DAC), носит название RAMDAC. Для построения изображения с разрешением 1600´1200 при частоте обновления экрана 75 Гц необходимо 144 млн обращений к кадровому буферу в секунду, т. е. RAMDAC должен работать на частоте 144 МГц. Современные графические адаптеры оснащаются 400 МГц RAMDAC, которые обеспечивают получение изображения с гораздо большим разрешением. Что касается цветопередачи, то для формирования изображения с 16 млн цветов необходимо использовать 24 бит информации на точку — 8 бит на каждый цветовой канал. Используемые в настоящее время RAMDAC оборудованы, как правило, 10-разрядными ЦАП. Необходимо отметить, что современные графические микросхемы оснащаются, как правило, сразу двумя RAMDAC, что позволяет вывести изображение одновременно на два монитора.

Интерфейсы и память

Объем информации, обрабатываемый RAMDAC, достаточно велик — легко посчитать, что для разрешения 1600´1200 при частоте 75 Гц и 24 бит цвете необходимо обработать 432 Мбайта за каждую секунду. Первые графические адаптеры имели интерфейс PCI и делили ресурсы этой шины с другими PCI-устройствами. Поэтому особенно важен объем памяти графического адаптера: поместив в видеопамять информацию, полностью описывающую кадр, можно было освободить шину на время его обработки. Однако учитывая, что даже при разрешении 1024´768, частоте 60 Гц и 16 бит цвете графическому контроллеру требовалось более двух третей общей пропускной способности (около 95 из 133 Мбайт/с, обеспечиваемых 32-разрядной шиной PCI), даже самое экономное использование ресурсов шины не спасало положения.

Решением стало применение интерфейса AGP (Accelerated Graphics Port), представляющего собой выделенный канал, соединяющий только два устройства — графический контроллер и системное ОЗУ.

С появлением графических ускорителей первого и второго поколения требования к быстродействию интерфейса и объему памяти значительно возросли. Объем информации о 3D-сцене, передаваемой ускорителю с блоком T&L, составляет десятки мегабайт. Более того, в процессе обработки этой информации контроллер получает множество промежуточных данных, которые также хранит в видеопамяти. Поэтому современные графические адаптеры очень требовательны к быстродействию подсистемы памяти и объему видеоОЗУ. Как правило, платы с самыми высокопроизводительными микросхемами оснащаются 128/256 Мбайт видео ОЗУ. Новейшие графические процессоры имеют четырехканальные контроллеры памяти со 128- и даже 256-разрядной шиной и совместимы с памятью DDR второго, а самые современные — и третьего поколения.

Используемая в настоящее время третья модификация интерфейса AGP обеспечивает пропускную способность 2,1 Гбайт/с, что вполне достаточно даже для самых мощных графических ускорителей, однако, уже началась замена на последовательную шину PCI Express.

D-графика

В процессе развития графических адаптеров у них появилось множество новых возможностей: работа с несколькими мониторами, вывод изображения на цифровые дисплеи, захват и оцифровка видеосигнала (у некоторых моделей). Однако наибольшее влияние на развитие графических адаптеров, безусловно, оказало появление средств ускорения обработки трехмерных сцен. Удивительно, но функция, используемая практически только в игровых программах, оказала громадное влияние на рынок графических контроллеров, стимулировала серьезнейшую конкуренцию и динамичное совершенствование технологий. Высокие требования, задаваемые графическими процессорами, потребовали оптимизации и других подсистем графического адаптера — в первую очередь это касается памяти. Как результат — новейшие технологии памяти стали применяться в графических адаптерах задолго до использования их в системном ОЗУ компьютера. Так, например, микросхемы DDR второго поколения уже год устанавливаются на платы с GeForce FX, в то время как в системных платах для ПК память DDR-II только начинает использоваться.

Обработка трехмерных сцен для их последующего отображения состоит из нескольких этапов, часть которых выполняется на аппаратном уровне графическим процессором. Первое поколение таких процессоров выполняло лишь текстурирование — закраску точек экрана, или элементов изображения (пикселов), в цвета, взятые из двухмерной карты цветов (текстуры), «накладываемой» на поверхность какого-либо объекта сцены.

Второе поколение графических процессоров выполняет так называемые геометрические преобразования и освещение.

Графические процессоры третьего поколения, совместимые с DirectX 9.0, оснащаются программируемыми блоками обработки вершин и пикселов — вершинными и пиксельными шейдерами. Это позволяет использовать сложные оптические эффекты, даже если средства их обработки не были изначально заложены в архитектуру графического процессора.