Лекции - Информационные технологии в книжном деле

Подождите немного. Документ загружается.

Шины.

Слоты расширения предназначены для установки карт различного назначения,

расширяющих функциональные возможности компьютера. На слоты выводятся

стандартные шины расширения ввода-вывода, а также промежуточные интерфейсы,

наподобие AMR и CNR. Стандартизованные шины расширения ввода-вывода

обеспечивают основу функциональной расширяемости PC-совместимого персонального

компьютера, который с самого рождения не замыкался на выполнении сугубо

вычислительных задач.

Шины расширения является средствами подключения системного уровня: они

позволяют адаптерам и контроллерам непосредственно использовать системные ресурсы

PC – пространства памяти и ввода-вывода, прерывания, каналы прямого доступа к памяти.

Как следствие, изготовителям модулей расширения приходится точно следовать

протоколам шины, включая жесткие частотные и нагрузочные параметры, а также

временные диаграммы. Отклонения приводят к несовместимости с некоторыми

системными платами. Если при подключении к внешним интерфейсам это ведет к

неработоспособности только самого устройства, то некорректное подключение к

системной шине может блокировать работу всего компьютера. Следует также учитывать

ограниченность ресурсов PC. Самые дефицитные из них – линии запросов прерываний,

проблема прерываний, известная по шине ISA, так и не была радикально решена с

переходом на PCI. Другой дефицит – каналы прямого доступа шины ISA, используемые и

для прямого управления шиной, - в шине PCI исчез. Доступное адресное пространство

памяти и портов ввода-вывода, в котором было тесновато абонентам шины ISA, в PCI

существенно расширено. Проблемы распределения ресурсов на шинах решаются по-

разному, но чаще всего применяется технология PnP.

В современных настольных компьютерах основной шиной расширения является

PCI, порт AGP присутствует практически повсеместно, шина ISA, несмотря на

рекомендации отойти от нее, сохраняется как средство подключения старых карт

расширений.

Выделяют 3 вида шин:

1. Шина данных

2. Адресная шина

3. Шина команд

Шина данных – происходит копирование данных из оперативной памяти, в

регистре процессора и наоборот. 64 разрядная.

- -

Адресная шина – данные, которые передаются, трактуются как адреса ячеек

оперативной памяти. С помощью этой шины процессор считывает адреса команд, которые

надо выполнить, а также данные, которыми оперируют команды. 32-разрядная.

Шина команд (управления)– поставляет команды, которые выполняет

процессором. Простые команды укладываются в один байт, более сложные в 2,3 байта. 32-

разрядная.

Шины на материнской плате используют не только для связи с процессором, все

остальные устройства ЭВМ тоже подключаются с помощью шин.

 ISA – позволяет связать между собой все устройства в системном блоке, а так же

обеспечить подключение новых устройств через стандартные слоты. Пропускная

способность составляет 5,5 Мб в секунду. Сейчас используют только для

подключения внешних устройств, которые не требуют большой пропускной

способности (звук, модемы).

 EISA- 32-битная шина средней производительности, применяемая в основном для

подключения контроллеров дисков и адаптеров локальных сетей в серверах. В

настоящее время вытеснена шиной PCI. Раньше применялась в серверных

платформах, где необходимо устанавливать множество дополнительных плат

расширения. В слот EISA можно устанавливать карты ISA(но не наоборот).

Пропускная способность до 32-Мб-в секунду.

 VLB – локальная шина, которая представляет собой соединение процессора с

оперативной памятью в обход основной магистральной шины. Эта шина работает

на более высокой частоте и позволяет увеличить скорость передачи данных. Эта

шина имеет интерфейс для подключения видео адаптера необходимого для

подключения монитора в состав вычислительного комплекса. Пропускная

способность до 130 Мб в секунду. Рабочая тактовая частота – 50 МГц. Зависит от

типа устройств подключаемых к этой шине.

- -

Магистрально-модульный принцип построения компьютера

 PCI – стандарт подключения внешних устройств который введен для Pentium. По

своей сути это интерфейс - локальные шины с разъемами для подключения

внешних компонентов вычислительных систем. Тактовая частота - до 166 МГц и

обеспечивает передачу информации со скоростью 264 Мб в секунду независимо от

количества подключенных устройств. С введением этого стандарта появилась

возможность для подключения технологии “Plug & Play”: после физического

подключения устройства обеспечивается автоматическая конфигурация в составе

вычислительной системы.

 FSB – шина, которая используется для связи процессора с оперативной памятью

компьютера, эта шина работает на частоте 133-МГц и выше. Пропускная

способность до 800 Мб/сек. Частота работы шины FSB является основным

параметром, который указывается в спецификации материнской платы.

 AGP – специальный шинный интерфейс, который предназначен для подключения

видео адаптера. Этот интерфейс необходим в современных вычислительных

устройствах, потому что параметры шины PCI не отвечают требованиям

видеоадаптера по быстродействию. Пропускная способность 1066 Мб/сек. В

отличие от шины PCI для порта AGP возникают проблемы совместимости карт

акселераторов с типом системной платы (чипсета) и процессора даже при

формальном соответствии их параметров.

 USB – стандарт универсальной последовательной шины, который определяет

способ взаимодействия компьютера с современным периферийном оборудованием.

Этот порт разрешает подключать 256 различных устройств с последовательным

интерфейсом, причем устройства могут подключаться последовательно (цепочкой).

Преимущество этого стандарта в том, что периферийное устройство можно

подключать. Во время текущего сеанса работы без перезагрузки. Этот порт

позволяет соединять компьютеры в сеть без использования специальной

аппаратуры и программного обеспечения.

Конфигурирование шин расширения предполагает в основном настройку их временных

параметров:

 Для шины PCI задается частота синхронизации, кроме того, с CMOS Setup для этой

шины могут определяться некоторые её возможные режимы – конкурентные

обращения, слежение за палитрами.

 Для порта AGP задается частота, поддерживаемые режимы, а также апертуры AGP.

 Для шин ISA и PCI иногда настройками CMOS Setup приходится распределять

системные ресурсы ( главным образом, линии запросов прерываний).

- -

 Для шины ISA кроме частоты (которая должна быть порядка 8 МГц) задают время

восстановления для 8- и 16-битных обращений к памяти и вводу-выводу.

Неустойчивая работа адаптеров может потребовать замедления шины ISA, но в

настоящее время понижение её производительности не сильно отражается на

производительности компьютера в целом.

Виды интерфейсов устройств хранения данных.

Различные устройства для хранения данных отличаются по своему интерфейсу,

то есть по типу контролера, к которому они должны подключаться.

Типы:

 IDE (EIDE) – наиболее распространенный вид интерфейсов, который

предназначен для подключения жестких дисков.

К IDE – 2 типа устройства можно подключить

К EIDE – 4 типа устройств можно подключить

 SCSI – контролеры применяемые на компьютерах исключительно как серверы

локальных сетей, так же на компьютерах в издательских системах, а так же в

составе АРМов (автоматизированных рабочих мест). Обеспечивает высокое

быстродействие, широкий диапазон подключаемых устройств.

Из всех современных устройств хранения данных наибольшую скорость обмена

информации с процессором имеют накопители на твердых дисках. IDE и SCSI

используются для подключения магнитно-оптических дисков, сканеров. SCSI имеет

преимущество: позволяет подключать различные типы устройств как внутренних так и

внешних (жесткие диски, стримеры, дисководы для компакт-дисков, принтеры). Операции

обмена информацией с этим типом контролеров можно осуществлять параллельно. В

серверах локальных сетей работающих с десятками жестких дисков скорость контролеров

SCSI может достигать до 20 Мб/сек за счет подключения устройств к этому контролеру с

помощью 68 проводного кабеля.

В составе одного компьютера может быть использовано до 4-х типов

контролеров.

Накопители на жестком диске отличаются следующими характеристиками:

1. Емкостью, т.е. тем количеством информации, которая может разместиться

непосредственно на жестком диске.

- -

2. Быстродействие, т.е. это время доступа к информации, а так же скорость чтения,

записи.

3. Интерфейс, т.е. тип контролера к которому может подключаться жесткий

диск(IDE, EIDE, SCSI).

Спецификация Plug and Play для шины ISA

Решением задачи изоляции карт ISA, программного распределения системных

ресурсов, конфигурирования и передачи параметров операционной системе и

прикладному ПО явилась спецификация компаний Intel и Microsoft “Plug and play ISA

Specification”, её версия 1.0а была опубликована в мае 1994 года. Вышеперечисленные

задачи решаются для карт PnP, которые могут работать и в окружении традиционных

карт, называемых Legacy Cards. Поскольку описание программной части этой

спецификации достаточно объемно и выходит за рамки данной книги, рассмотрим

принципы реализации PnP в основном с точки зрения аппаратных средств.

Конфигурирование в системе PnP состоит из следующих шагов.

1. Производится изоляция одной карты от всех остальных.

2. Карте назначается номер CSN (Card Select Number), фигурально выражаясь -

«приделывается ручка» (Assign a handle), за которую её можно «ухватить»

дальнейшим командам PnP.

3. С карты считываются данные о сконфигурированных и поддерживаемых ресурсах.

Эти шаги повторяются для всех карт, после чего выполняются завершающие шаги.

4. Производится распределение (арбитраж) системных ресурсов, выделяемых каждой

карте.

5. Каждая карта конфигурируется согласно выбранному распределению ресурсов и

активируется(переводится в рабочий режим).

Все шаги конфигурирования выполняет процедура POST(если BIOS имеет

поддержку PnP) или операционная система при загрузке. PnP Bios может ограничиться

конфигурированием и активацией только устройств, участвующих в загрузке, оставляя

конфигурирование и активацию дополнительных устройств ОС. BIOS без поддержки PnP

может использовать необходимые для загрузки устройства, сконфигурированные с

параметрами умолчания, а изоляцией карт, сбором информации и конфигурированием

займется операционная система при загрузке. Вариантов много, но все они опираются на

единые методы взаимодействия с картами ISA PnP.

- -

Мониторы

Монитор (или дисплей) предназначен для вывода на экран текстовой и

графической информации. Формирование изображения на экране монитора может

выполняться различными способами.

Мониторы бывают цветными и монохромными.

В цветных мониторах изображение формируется светящимися точками зеленого,

красного и синего цветов.

В монохромных мониторах изображение формируется точками белого, зеленого

или коричневого цветов. Такие мониторы используются в специальных компьютерах

(например, кассовых аппаратах).

Мониторы имеют различные размеры. Наиболее распространенные - от 15 до 21

дюйма (по длине диагонали). В издательских системах, как правило, используются

мониторы до 21дюйма.

Цветные мониторы характеризуются зерном, т.е. расстоянием между точками

светящегося вещества одного цвета. Размер зерна определяет качество монитора, а также

четкость изображения. На качественн6ых мониторах размер зерна не должен превышать

0,25мм, на мониторах среднего качества – 0,28мм, на мониторах низкой ценовой планки –

0,31мм.

Видеорежим монитора характеризуется разрешением, частотами вертикальной и

горизонтальной развертки (частотой кадров и строк).

Разрешение монитора зависит от качества видеосигнала, передаваемого от

видеоконтроллера в монитор. Этот сигнал описывает изображение как прямоугольную

сетку цветных точек. Количество точек по горизонтали и вертикали в передаваемом

изображении называется разрешением. Если, например, разрешение 640х480, то это

означает, что изображение на экране состоит из 640 точек по горизонтали и из 480 точек

по вертикали, т.е. всего 640х480=307†200 точек.

Чем выше разрешение, тем более качественным будет изображение на экране.

Монитор отображает принимаемый видеосигнал построчно, выводя

последовательно один ряд точек за другим. Для перехода от одной строки к другой

видеоконтроллер посылает монитору специальные управляющие сигналы. Частота

управляющих сигналов, указывающих на необходимость перейти к следующему ряду

точек, называется частотой горизонтальной развертки (частотой строк).

- -

Частота управляющих сигналов, указывающих на необходимость перейти к

изображению верхнего ряда точек, называется частотой вертикальной развертки

(частотой кадров).

Если величина частоты горизонтальной развертки существенна для согласования

видеоконтроллера и монитора, то частота кадров важна для восприятия информации

человеком, поскольку указывает, как часто изображение меняется на экране.

Если частота кадров незначительна, то изображение будет восприниматься как

мерцающее. Лишь при частоте кадров выше 70 Гц мерцание пропадает.

В настоящее время, как правило, используются мониторы со следующим

разрешением: 800х600

1024х768

1280х1024

1600х1200.

Качественные мониторы имеют почти плоский экран, антибликовое,

антиотражающее и антистатическое покрытие, соответствуют нормам экономии

электроэнергии (energy star), имеют регуляторы размера и положения изображения,

способы коррекции подушкообразных и трапециевидных изображений, настройки

цветовой температуры, наклона и поворота изображения.

Одним из требований к качественным

мониторам является требование абсолютно

правильного отображения цветов. Такие

мониторы оснащаются возможностью

калибровки, т.е. настройки цветовос-

произведения. Для калибровки цветовоспро-

изведения мониторов соответствующее

программное обеспечение в комплекте со

специальным средством – калибратором,

которое измеряет цвета, воспроизводимые

монитором.

Электронные схемы компьютера, обеспечивающие формирование видеосигнала,

т.е. определяющие изображение на мониторе, называется видеоконтроллером.

Современные видеоконтроллеры обеспечивают представление информации на экране

мониторов в двух режимах, а именно в текстовом и графическом.

- -

В графическом режиме программа, которая обеспечивает работу монитора,

выводят изображение в виде прямоугольной сетки точек. Цвет каждой из точек может

задаваться отдельно. При выводе текстов на экране монитора можно использовать разные

шрифты, размеры символов, цвета и расположения символов.

Современные операционные системы поддерживают работу графического режима

монитора (Windows, Linux, OS2…). Работа монитора в графическом режиме связана с

обработкой больших объемов информации. Чтобы обработка информации осуществилась

с приемлемой скоростью, необходимо иметь мощный микропроцессор, а также

высокопроизводительный видеоконтроллер.

В текстовом режиме работы экран монитора разбивается на отдельные места (25

строк по 80 символов, которые называются знакоместами). В каждое знакоместо может

быть выведен один из 256 заранее определенных символов. Для каждого знакоместа на

экране монитора работающая с экраном программа сообщает видеоконтроллеру всего 2

байта информации (1 байт для кода символа, 1 байт для отображения информации о цвете

символа или фона). По этим данным видеоконтроллер формирует изображение на экране

монитора. Для формирования изображения каждого символа, видеоконтроллер использует

матрицу точек фиксированного размера (например, 8х16 точек). В этой матрице отмечено,

какие точки соответствуют символу, а какие – фону. Совокупность матриц для каждого из

256 возможных символов составляет шрифт.

Существуют таблицы, которые описывают соответствующие между кодами

символов и их изображением (таблицы кодировки символов).

Монитор может отображать любые цвета. Вместе с тем, общее количество цветов,

воспроизводимых на экране монитора, ограничено (из-за ограниченности памяти

видеоконтроллера). Как правило, существуют режимы, которые позволяют

воспроизводить 16, 256, 16†800†000 цветов…

Для офисных приложений, как правило, достаточно 256 цветов. Однако, при

воспроизведении многоцветных рисунков гораздо привлекательнее режимы с высокой

степенью разрешения, когда может использоваться 16,8 млн. цветов. Чем больше цветов

одновременно воспроизводиться на экране монитора, тем больший объем видеопамяти

должен иметь видеоконтроллер. Например, разрешение 1024х768 и 256 цветов требуют

768 Кб информации для видеоконтроллера в каждой точке. Видеопамять формируется

блоками по 512Кб. Данный режим работы достижим лишь на видеоконтроллерах с

объемом памяти менее 1 Мб.

- -

Матричный принтер

Требуемый объем памяти видеоконтроллера:

Разрешение

количество цветов

256 65 536 16,8 млн.

640х480 512 Кб 1 Мб 1 Мб

800х600 512 Кб 1 Мб 1 Мб

1024х768 1 Мб 1,5 Мб 2,5 Мб

1280х1024 1,5 Мб 2,5 Мб 4 Мб

1600х1200 2 Мб 4 Мб 5,5 Мб

Технологии цветной печати

В настоящее время реализуется 6 технологий цветной печати:

1. Ударные игольчатые матричные принтеры (технология Dot Matrix);

2. Струйные принтеры с жидкими чернилами (Liquid ink-jet);

3. Принтеры с термопереносом восковой мастики (thermal transfer);

4. Принтеры с термосублимацией красителя (dye sublimation);

5. Струйные принтеры с изменением фазы красителя (phase change ink-jet);

6. Цветные лазерные принтеры (color laser).

1. Dot Matrix

Принцип работы цветных ударных матричных принтеров заключается в том, что

вертикальный ряд (или 2 ряда) непосредственно вбивает краситель с ленты в бумагу. В

отличие от монохромных матричных принтеров в цветных аналогах используется

многоцветная красочная лента. Система

управления цветным матричным принтером

контролирует не только конкретные иголки, но и

цвет ленты.

Для этой технологии характерна

невысокая скорость, шум, невысокое качество

и относительно бедную палитру цветов. Со

временем воспроизводимые цвета на таких

принтерах становятся более тусклыми, так как

красящая лента в процессе печати

загрязняется. К достоинствам этой технологии

- -

Струйный принтер

относятся высокая надежность, низкая стоимость одной страницы изображения,

возможность печати на обычной бумаге.

Такой тип печати применяется при выводе несложных цветных изображений.

2. Liquid ink-jet

Струйная технология печати сегодня является самой распространенной для

реализации цветных изображений. Струйные чернильные принтеры делятся на 2 типа:

устройства непрерывного действия (continuous drop) и устройства дискретного действия

(drop-on-demand). Устройства дискретного действия в свою очередь делятся еще на две

категории: устройства с нагреванием чернил («пузырьковая технология», или bubble-jet) и

устройства на основе пьезоэффекта.

У устройств непрерывного действия струйка чернил, постоянно выпускаемая из

сопла печатающей головки, направляется либо непосредственно на бумагу, либо в

специальный приемник, откуда снова попадают в общий резервуар. В рабочую камеру

чернила подаются микронасосом, а движение чернил зависит от пьезодатчика (такую

технологию реализует, например, фирма Iris Graphics).

При реализации пузырьковой технологии в каждом сопле печатающей головки

находится маленький нагревательный элемент (как правило, тонкопленочный резистор).

При прохождении тока через резистор он нагревается до температуры около 500С и

нагревает чернила. При этом образуется чернильный пузырек, который выталкивает через

выходное отверстие сопла микрокаплю жидких

чернил. При отключении тока резистор быстро

остывает, пузырек быстро уменьшается в размерах

таким образом засасывает через входное отверстие

сопла новую порцию чернил. Такую технологию

реализуют Canon, Hewlett-Packard (HP).

Второй метод основан на управлении соплом

с помощью диафрагмы, которая соединена с

пьезоэлетрическим датчиком. Обратный пьезоэлектрический эффект заключается в

деформации пьезокристалла под действием электростатического поля. Изменение

размеров пьезоэлемента, связанного с диафрагмой, приводит к выталкиванию капли и

приливу через входное отверстие новой порции чернил. Такая технология реализуется в

технике фирм Brazer, Epson, Techtronics. Фирма Epson использует многослойную

пьезоэлектрическую головку, которая позволяет устранить «саттелиты» – маленькие

- -