2. Машинно-зависимые свойства операционных систем

2.1 Архитектурные особенности модели микропроцессорной системы

Внешний вид персональных компьютеров может различаться. Но компоненты, из которых они состоят, всегда одни и те же. Несмотря на разнообразие архитектур персональных компьютеров, в составе большинства ПК можно выделить: системный блок, дисплей, клавиатуру, мышь (или другое указательное устройство) и периферийные устройства. Пользователи могут расширить состав периферии аудиосистемой с синтезатором, модемом, принтером или сканером.

Каждая компьютерная система состоит из двух частей: аппаратного обеспечения и программного обеспечения.

Аппаратное обеспечение- это физическая часть компьютера, то есть то, что можно потрогать или увидеть. Однако аппаратное обеспечение ничего собой не представляет без программного обеспечения.

Познакомимся подробнее с аппаратным обеспечением компьютера.

Системный блок - центральное звено компьютерной системы. Каждая часть компьютерной системы либо расположена внутри системного блока, либо подключена к нему. Корпус системного блока должен быть достаточно большим, чтобы в нем умещались все компоненты компьютера и еще оставалось место для дополнительного оборудования. Очень важно, чтобы он был стандартным – тогда все, что Вы в будущем захотите в него вставить, легко подойдет по размеру. Корпус состоит из блока питания, каркаса, кожуха, задней и передней панелей, системы вентиляции и охлаждения. От того, какой корпус будет выбран, зависит, например, количество внутренних устройств, которые можно подключить к компьютеру, поскольку мощность блока питания и системы охлаждения влияют на их число. Основной параметр, определяющий «стандартность» корпуса, называется формфактором. Сегодня существует два стандарта на размещение компонентов компьютера в корпусе: АТ и АТХ. Формфактор АТХ – более современный и потому более предпочтительный. Он поддерживается Intel и всеми производителями материнских плат. По внешнему виду различают два типа корпусов – «декстоп» и «тауэр». Первый тип предназначен для установки на столе в горизонтальном положении (для экономии места на него можно поставить монитор), второй – в вертикальном. На передней панели корпуса размещаются индикаторы состояния компьютера – Power (включено питание) и Hard (работает накопитель на жестких дисках – «винчестер»). Здесь же располагаются кнопки управления – выключатель питания системы и кнопка сброса Reset, которая предназначена для аварийного сброса программ и перезапуска компьютера. Ею пользовались вместо выключателя питания в случае выхода программ из строя. Современные операционные системы, с которыми работает большинство компьютеров, болезненно реагируют на такое «неправильное» завершение работы программ и могут за это наказать – компьютер может перестать запускаться. Еще на переднюю панель выходят рабочие части накопителей на гибких дисках и дисковода CD-ROM – здесь вставляются и вынимаются дискеты и лазерные диски. Задняя стенка корпуса системного блока компьютера используется для всевозможных подключений. В ней есть несколько щелей для доступа к разъемам плат расширения и отверстия для разъема клавиатуры, вентилятора и сетевых разъемов блока питания. Блок питания относиться к корпусу и продается вместе с ним. Он должен быть достаточной мощности, чтобы питать все компоненты внутри системного блока. Его вторая функция – вентиляция и охлаждение всей системы. Многие компоненты, особенно сам блок питания, центральный процессор и жесткий диск сильно разогреваются во время работы. Если не обеспечить надежную вентиляцию, возможны отказы из-за перегрева. Главный враг блока питания – обычная бытовая пыль. В среднем за год работы на дне корпуса блока питания накапливается слой пыли толщиной от 1 до 3 см. Эта пыль «слеживается» и не слишком мешает работе компьютера, но если положить его на бок при смене компонентов или перевезти в другое место, пыль перемесится, и после включения в сеть блок питания может выйти из строя. Поэтому желательно регулярно обрабатывать блок питания с помощью пылесоса (для этого он имеет вентиляционные отверстия). Перед транспортировкой или обслуживанием компьютера это делать не просто желательно, но и необходимо.

Внутри системного блока находится множество различных устройств: центральный процессор, материнская плата, жесткий диск (винчестер), видеоадаптер (видеокарта), звуковая плата. В компьютере могут также быть установлены и контроллеры - небольшие платы с микросхемами, которые помогают компьютеру взаимодействовать с внешними устройствами. По существу все эти платы являются адаптерами, потому что они преобразовывают сигналы от внешних устройств в сигналы, понятные материнской плате и процессору. Они присоединяются к специальным разъемам материнской платы, которые называют слотами.

Структурная схема внутренней организации и взаимодействия основных функциональных модулей компьютера называют архитектурой ПК. Основная особенность архитектуры ПК – ее открытость (возможность замены основных компонентов и подключения новых устройств).

Плата, на которой установлен процессор, называется материнской, потому что она является основой для всего компьютера. Кроме того, здесь же находятся сопроцессоры, платы оперативной памяти, микросхемы быстрой памяти (кэш), микросхема базовой системы ввода – вывода (BIOS), системная шина, контроллеры, чипсет.

Процессор (микропроцессор) состоит из десятков миллионов транзисторов, с помощью которых собраны отдельные логические схемы. Основные внутренние схемы процессора – арифметико-логическое устройство, внутренняя память (так называемые регистры) и кэш - память (сверхоперативная память), а также схемы управления всеми операциями и схемы управления внешними шинами (схемы связи с «внешним миром»). Через внешние шины в процессор попадает входная информация – данные и команды. Данные в соответствии с командами обрабатываются в арифметико-логическом устройстве, результаты выводятся на внешнюю шину. Персональная ЭВМ может оперировать одновременно ограниченным набором единиц информации. Наименьшая единица – двоичный разряд (бит). Если процессор за один раз может обработать 8 разрядов информации, то процессор 8-разрядный. Чем больше разрядов имеют все схемы процессора, тем больше информации он обрабатывает за единицу времени, то есть от разрядности процессора напрямую зависит производительность компьютера. Кроме разрядности важную роль играет так называемая тактовая частота, на которую процессор рассчитан. Тактовая частота измеряется в мегагерцах. Один мегагерц – это миллион тактов в секунду, соответственно, 100 МГц – это сто миллионов тактов в секунду. За один такт процессор выполняет какой-то фрагмент вычислительной операции, поэтому, чем выше тактовая частота, тем быстрее процессор обрабатывает поступающие данные. Внутри кристалла процессора сигналы могут циркулировать с огромной частотой, но общаться с внешним миром на той же частоте процессор пока не в состоянии. Поэтому материнская плата процессора работает на одной частоте, а процессор на другой, более высокой. Типичные частоты материнских плат сегодня 66, 100 и 133 МГц. Эту частоту процессор получает от материнской платы и использует ее в качестве «опорной», а внутри себя он умножает ее на определенный коэффициент, в результате чего и получается внутренняя частота. Так, например, процессор Celeron 333 предназначен для работы с материнской платой, рассчитанной на 66 МГц, и имеет внутренний коэффициент умножения, равный 5. многие процессоры имеют управляемый коэффициент умножения – его можно выбрать и установить при настройке компьютера с помощью перемычек материнской платы или программы. Но некоторые процессоры имеют «жесткий» коэффициент умножения, управлять которым нельзя.

Программа для процессора представляет собой последовательность инструкций или команд, закодированных с помощью чисел. Коды программ хранятся в памяти компьютера.

Центральный процессор работает циклически и упрощенно его работу можно описать следующим образом: в начале очередного цикла процессор считывает из оперативной памяти команду, расшифровывает ее и выполняет. Полученный результат записывается в заданную ячейку памяти. После этого инициируется новый цикл выборки и обработки команды.

Кэш-память процессора. Свои данные для работы процессор получает от оперативной памяти. При этом обратите внимание на то, что внутри микросхемы сигналы обрабатываются с огромной частотой в несколько сот МГц, а все обращения к оперативной памяти происходят с частотой в несколько раз меньшей. Чем выше коэффициент внутреннего умножения частоты, тем эффективнее процессор работает с данными, хранящимися у него внутри, по сравнению с данными, хранящимися снаружи.

Обычно процессор внутри себя ничего не хранит. У него совсем немного ячеек, в которых данные обрабатываются (эти «рабочие» ячейки называют регистрами). Поэтому для ускорения работы процессора уже давно была предложена технология кэширования. Кэш – это сравнительно небольшой набор ячеек памяти, выполняющий роль буфера. Когда что-то считывается из общей памяти или записывается в нее, копия данных заносится и в кэш-память. Если те же данные потребуются еще раз, их не надо извлекать издалека – гораздо быстрее взять их из буфера.

Сегодня кэш-память устанавливают «пирамидой». Самая быстрая по скорости, но самая малая по объему кэш-память первого уровня входит в состав кристалла процессора. Ее производят теми же технологиями, что и регистры процессора, в результате она оказывается безумно дорогой, но очень быстрой и, главное, надежной. Ее размер измеряется всего лишь десятками килобайт, но она играет очень важную роль в быстродействии.

Кэш-память второго уровня может располагаться на том же кристалле процессора (в этом случае она работает с частотой ядра процессора), но может располагаться и в отдельной микросхеме рядом с процессором (в этом случае она работает с половинной частотой ядра). Обычно объем кэш-памяти второго уровня измеряется сотнями килобайт.

Самая большая, но и самая медленная кэш-память – это кэш третьего уровня. Она к процессору не относится, поскольку устанавливается на материнской плате и работает с ее частотой. Ее размеры могут достигать 1-2 мегабайт.

Материнская плата. Наиболее важные элементы компьютера: центральный процессор, модули памяти и множество микросхем, без которых он не мог бы работать, - размещаются на материнской плате. Это основная плата компьютера, обычно самая большая по размеру. Одновременно материнская плата служит еще механической основой всей электронной схемы компьютера и несет на себе еще одну важную нагрузку – разъемы для установки дополнительных плат расширения.

Всего несколько лет назад основным параметром, определявшим свойства компьютера, была марка его процессора. Сегодня для большинства бытовых систем это уже не так. Можно сказать, что ныне основным параметром является марка чипсета материнской платы. Это связано с тем, что в последнее время производительность процессоров возросла в несколько раз, а производительность материнских плат осталась там же, где и была, и стала «узким местом» для компьютеров.

Чипсет – это микропроцессорный комплект. А если немного более развернуто, то это набор микросхем, необходимых для взаимодействия процессора со всем остальным электронным хозяйством. Когда-то в прошлом материнскую плату покрывала россыпь из многих десятков микросхем. Потом появилась идея свести их в несколько специализированных «заказных» микросхем – полученный комплект и назвали чипсетом. Первые чипсеты обычно состояли из четырех микросхем. Сегодня чипсеты состоят в основном из двух микросхем, одна из которых называется южным мостом, а вторая, соответственно, северным. Если вы взглянете на материнскую плату, то без труда найдете эту пару – это самые крупные микросхемы после процессора. По их маркировке можно определить производителя и марку чипсета.

Знать производителя и марку чипсета не менее важно, чем производителя и марку процессора, поскольку функциональные возможности компьютера определяет чипсет, а от процессора лишь зависит скорость, с которой эти функции выполняются. Чипсет материнской платы должен быть согласован с процессором. Это значит, что не всякому процессору подойдет любая материнская плата и наоборот. От чипсета материнской платы, прежде всего, зависят частоты, на которых она может работать. От него зависит и возможный объем оперативной памяти, и количество дополнительных устройств, которые можно подключить к материнской плате.

Микросхемы чипсета генерируют большинство сигналов для системных и периферийных компонентов, преобразуют сигналы между шинами, позволяют процессору и оперативной памяти работать с высокой производительностью.

В состав нескольких микросхем, из которых состоят чипсеты, входят узлы, называемые обрамлением центрального процессора. Это таймеры, контроллеры и прочие устройства, поддерживающие системные процессы в ПК.

Контроллеры – небольшие платы с микросхемами, которые помогают процессору взаимодействовать с внешними устройствами. Эти платы являются адаптерами, потому что преобразуют сигналы от различных внешних устройств в сигналы, понятные материнской плате и процессору. Они присоединяются к специальным разъемам на материнской плате, которые называют слотами.

Все электронные элементы компьютера обмениваются информацией друг с другом и взаимосвязаны с помощью шин.

Системная шина – некий набор линий связи (группа проводников), которые работают по определенным правилам и с определенной частотой. Частота системной шины и микропроцессора должна совпадать. Таким образом, шины – это линии и микросхемы, осуществляющие передачу электрических сигналов определенного назначения между различными компонентами ПК. По функциям различают три основных шины: шину команд, шину данных и адресную шину. Адресная шина служит для выбора как команд, так и данных из оперативной памяти. Можно считать, что она является управляющей для двух прочих шин. Шина управления служит для передачи сигналов управления, шина данных предназначена для передачи данных между электронными модулями ПК. Совокупность все шин называется системной магистралью. Разрядность шины – количество линий, составляющих шину или количество битов информации, одновременно передаваемых по линиям шины.

Система памяти персонального компьютера включает следующие компоненты: оперативную память, сверхоперативную память, кэш-память, память базовой системы ввода-вывода и память системного конфигуратора и часов реального времени.

Оперативная память (или оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) – это основная память компьютера, предназначенная для хранения текущих данных и выполняемых программ, а также копий отдельных модулей операционной системы. Большинство программ в процессе выполнения резервируют часть оперативной памяти для хранения своих данных. При выключении питания вся информация ОЗУ пропадает. Быстродействие оперативной памяти измеряется в наносекундах (миллиардных долях секунды). Быстродействие оперативной памяти измеряется в наносекундах (миллиардных долях секунды). Быстродействие должно быть согласовано с частотой, на которой работает материнская плата.

Каждая ячейка памяти хранит данные объемом в один байт и имеет свой уникальный адрес.

Микросхемы памяти имеют четыре основные характеристики: тип, объем, структуру и время доступа.

Тип обозначает статическую или динамическую память.

Объем показывает емкость микросхемы.

Структура – это количество ячеек памяти и разрядность каждой из них.

Время доступа к ячейке памяти характеризует скорость работы микросхемы памяти и указывается в наносекундах.

Сверхоперативное запоминающее устройство расположено внутри самого центрального процессора. Эта память очень маленького объема - -всего несколько десятков байтов, без которой ПК работать не будет. Дело в том, что после включения компьютера операционная система загружает в СОЗУ всю информацию, необходимую для работы процессора. Можно сказать, что операционная система программирует процессор. В процессе работы ЦП сохраняет в СОЗУ результаты своей вычислительной деятельности.

Кэш-память, о ней мы уже говорили выше, выполняет промежуточное хранение данных при обмене между центральным процессором и оперативной памятью и служит как бы «карманом» между ними. Она позволяет повысить скорость информационного обмена в целом.

Если ОЗУ компьютера называется динамической памятью, то кэш-память носит название статической памяти. В отличие от динамической памяти, статическая работает быстрее. Типичная емкость кэш – 512Кбайт-1Мбайт.

Флэш-память. Память этого вида предназначена для хранения BIOS – базовой системы ввода-вывода операционной системы. Эти программы выполняют операции запуска и управляют стандартными периферийными устройствами ПК.

Микросхемы этой памяти имеют емкость 4 – 512 Мбит, которых вполне достаточно для хранения следующих программ:

- драйверов устройств ввода-вывода. (Драйвер – программа - посредник между оборудованием и другими программами. Драйверы устройств - это специальные программы, которые дополняют систему ввода-вывода ОС и обеспечивают обслуживание устройств или нестандартное использование имеющихся устройств. Драйверы загружаются в память компьютера при загрузке операционной системы.)

• проверки оборудования ПК;

• инициирования загрузки операционной системы;

• программы настройки конфигурации (Setup).

BIOS (Basic Input Output System) – это одна из важнейших микросхем материнской платы. В ней записаны первичные программы, с которых начинается работа компьютера. Как только на процессор поступает питание, он обращается в эту микросхему за своей самой первой программой и далее уже не прекращает свою работу, пока питание не будет выключено. Если вы видели, как включается компьютер, и обращали внимание на белые буквы, пробегающие на черном фоне сразу же после запуска, то знайте, что это вы наблюдали работу программ, записанных в BIOS.

Программы BIOS производят проверку основных систем компьютера после включения, обеспечивают взаимодействие с клавиатурой и монитором, выполняют проверку дисководов и позволяют выполнять некоторые настройки чипсета материнской платы и даже самого процессора. Так, например, если материнская плата может работать с несколькими частотами, то частоту можно задать с помощью переключателей на самой материнской плате или с помощью программы, записанной в BIOS. То же относится и к коэффициенту внутреннего умножения частоты процессора (если она не задана «жестко», как в процессорах Intel Celeron).

У каждого способа управления есть свои достоинства и недостатки. Например, управлять параметрами материнской платы с помощью перенастройки программ BIOS удобно, так как это не требует разборки корпуса системного блока и доступа к материнской плате. С другой стороны, в случае ошибки в назначении параметров можно сделать программы BIOS неработоспособными – тогда компьютер просто не запустится, и восстановить настройки BIOS программным путем уже не удастся. В этом случае спасает настройка BIOS с помощью переключателей на материнской плате.

Микросхему BIOS легко найти. За исключением процессора это единственная микросхема, которая не впаяна в компьютер, а устанавливается на специальной колодке, так что ее можно вынуть и заменить. Самостоятельно этим лучше не заниматься, поскольку физическая смена BIOS – это уже не обслуживание компьютера, а ремонт, который следует выполнять специалистам.

Память часов реального времени и конфигурационных настроек системы. Данная микросхема предназначается для организации часов реального времени и хранения сведений о системе. Содержимое этой памяти не должно уничтожаться после выключения компьютера, поэтому микросхема имеет постоянное питание от автономного источника – аккумулятора 6,3 В. в этой памяти постоянно содержаться данные о конфигурации компьютера, которые пользователь может прочитать или изменить с помощью программы Setup.

Устройства внешней памяти – любое запоминающее устройство, связанное с ПК и управляемое им, но в конструктивном исполнении выполненное отдельно. Устройства внешней памяти используются для длительного хранения данных и переноса их на другой компьютер. Они могут быть полезны и в качестве устройств резервного копирования данных. Несколько устройств могут быть коллективно использованы несколькими ПК. Самым быстрым накопителем информации является накопитель на жестких магнитных дисках (винчестер). Устройства для передачи данных и архивирования не столь оперативны, но обладают высокой емкостью. К их числу относятся накопители на сменных дисках и магнитные ленты.

Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД, HDD), или винчестеры, - это устройства внешней памяти, позволяющие сохранять информацию продолжительное время. НЖМД содержат внутри металлического корпуса несколько нанизанных на одну ось жестко закрепленных металлических или стеклянных пластин, покрытых магнитным слоем. Корпус защищает дисковод от внешних воздействий (пыли, электромагнитных полей). Дисковые пластины, собранные в пакет, вращаются на очень высокой скорости – до 10000 оборотов в минуту. Над их поверхностью «парят» головки записи-считывания. При вращении дисков информация записывается в пределах концентрических окружностей на поверхности дисков, которые называются дорожками или треками. Треки всех поверхностей пластин логически объединяются в цилиндры. Воздушный зазор между головкой и диском настолько мал, что сквозь него не проходят даже мельчайшие твердые частицы, содержащиеся в табачном дыме, не говоря об обычной пыли. Основным параметром жесткого диска является его емкость. Для большинства бытовых систем достаточен объем 6 – 8 Гбайт. Современные жесткие диски имеют объем до 80 Гбайт. Данные с жесткого диска передаются медленнее, чем из оперативной памяти, зато остаются на нем после выключения питания.

FDD – накопитель на гибких дисках, или флоппи-диски – это устройства, позволяющие компьютеру считывать и записывать информацию на гибкие магнитные диски (дискеты), предназначенные для хранения сравнительно небольших объемов информации. Гибкие диски используются для переноса программ и данных между ПК, для создания небольших архивов данных. На гибком диске размером 3,5 дюйма можно записать до 1,44 Мбайт информации.

Дисководы для компакт-дисков – это устройства, основанные на оптической и лазерной технологиях для считывания информации с компакт-дисков, называемых также дисками CD-ROM (Compact Disc-Read Only Memory – компакт-диск, предназначенный только для чтения). Компакт-диски являются устройствами однократной записи и многократного считывания и относятся к числу основных «переносчиков» программных продуктов.

Существуют также устройства многократной перезаписи CD-RW. Принципиально новое поколение перезаписываемых компакт-дисков разработано на базе технологии универсального цифрового диска DVD (цифровой многосторонний диск).

Принцип работы дисковода напоминает принцип работы обычных дисководов для гибких дисков. Поверхность оптического диска (CD-ROM) перемещается относительно лазерной головки постоянной линейной скоростью, а угловая скорость меняется в зависимости от радиального положения головки. Луч лазера направляется на дорожку, фокусируясь при этом с помощью катушки. Луч проникает сквозь защитный слой пластика и попадает на отражающий слой алюминия на поверхности диска. При попадании его на выступ, он отражается на детектор и проходит через призму, отклоняющую его на светочувствительный диод. Если луч попадает в ямку, он рассеивается и лишь малая часть излучения отражается обратно и доходит до светочувствительного диода. На диоде световые импульсы преобразуются в электрические, яркое излучение преобразуется в нули слабое - в единицы. Таким образом, ямки воспринимаются дисководом как логические нули, а гладкая поверхность как логические единицы

Производительность CD-ROM обычно определяется его скоростными характеристиками при непрерывной передаче данных в течение некоторого промежутка времени и средним временем доступа к данным, измеряемыми соответственно в Кбайт/с и мс. Существуют одно-, двух-, трех-, четырех-, пяти, шести и восьмискоростные дисководы, обеспечивающие считывание данных со скоростью 150, 300, 450, 600, 750, 900, 1200 Кбайт/с соответственно. В общем случае дисководы с четырехкратной скоростью обладают более высокой производительностью, однако оценить чистое преимущество дисковода с четырехкратной скоростью по сравнению с дисководом с удвоенной скоростью бывает не так просто. Прежде всего, это зависит от того с какой операционной системой и с каким типом приложения ведется работа. При высокой интенсивности повторяющегося доступа к CD-ROM и считывании небольшого количества данных (например, при работе с базами данных) “импульсная” скорость считывания информации приобретает важное значение. Например, по данным журнала InfoWorld, производительность дисководов с четырехкратной скоростью, по сравнению с дисководами с удвоенной скоростью, в случае операции доступа к базе данных в среднем повышается вдвое. В случае простого копирования данных выигрыш составляет от 10 до 30%. Однако наибольшее преимущество получится при работе с полноформатным видео.

Видеосистема (видеоадаптер и монитор).

Монитор может быть изготовлен по аналоговым технологиям – это мониторы на электронно-лучевых трубках, и цифровым технологиям – это жидкокристаллические мониторы. Жидкокристаллические мониторы не излучают, имеют более контрастное изображение, малое энергопотребление.

Чтобы подключить к компьютеру монитор, необходим специальный видеоадаптер. Задача видеоадаптера – сформировать сигнал, отображающий на мониторе определенную область памяти, в которой хранятся данные об изображении, а также видеть сигналы синхронизации – горизонтальную (строчную) и вертикальную (кадровую) развертки.

Самым удачным, используемым и по сей день, стал видеоадаптер VGA – Video graphics Array, постепенно перешедший в стандарт SVGA (Super-VGA). Первые платы VGA поддерживали 256 цветов из палитры 262144 цветов! Позднее появилось множество плат, совместимых с VGA, в которых число возможных оттенков доходит до 16,8 млн. (режим True Color).

Общее стремление разработчиков видеоадаптеров – получать на экране как можно более качественное изображение, максимально приближенное к натуральному. При этом всегда стоит задача увеличения количества отображаемых цветов, повышения разрешающей способности изображения и скорости его вывода на экран.

Разрешающая способность напрямую связана с количеством выводимых на экран отдельных точек изображения – пикселов. Обычно говорят о количестве пикселов по горизонтали и вертикали. Разрешающая способность в режиме VGA – 640:480 точек. Сегодня применяются режимы SVGA – 800:600, 1024:768, 1280:1024, 1600:1200 точек и более.

Количество воспроизводимых цветов называют глубиной цвета или цветовым разрешением. Цветовое разрешение зависит от того, сколько битов памяти выделяется для каждой точки изображения. При 8 битах число доступных цветов равно 256, 16 бит дают 65 536 цветов – этот режим называют High Color, а режим True Color (16 777 216 цветов) достигается при использовании 24 битов для кодирования цвета пиксела.

Видеоадаптер генерирует сигналы для формирования изображения на экране в одном из двух режимов – символьном и графическом. В символьном передается символьная информация. Каждый символ организован в отдельной матрице символа, определяющей знакоместо на экране. Кодирование текста осуществляется с помощью специальных символьных таблиц (программных кодовых таблиц). Каждому символу алфавита соответствует свое уникальное восьмибитовое число (байт). При нажатии определенной клавиши (допустим, клавиши «С») программе передается номер нажатой клавиши, программа просматривает кодовую таблицу и находит, что полученному номеру нажатой клавиши соответствует код символа «С». Затем программа передает код символа «С» видеокарте, которая генерирует поточечное изображение символа «С» на экране. Внешний вид изображения символов на экране также определяется при помощи программы (драйвер клавиатуры и экрана). При графическом режиме формирования изображения на экран посылается последовательность точек (пикселей). Каждая из точек модулируется сигналами цветности. При кодировании изображение раскладывается на точки (пикселы). Черно-белое изображение может быть представлено в виде набора битов: 0 – белая точка, 1 – черная. Цветные изображения кодируются помощью точек различных цветов. В этом случае каждая точка представлена несколькими битами. Это так называемые растровые изображения (битовые карты). Сейчас применяется векторная графика, когда изображение геометрических фигур кодируется с помощью формул.

Для ускорения работы видеосистемы и ПК в целом устанавливаются акселераторы и графические сопроцессоры. Акселератор – специальный графический сопроцессор, ориентированный на выполнение графических операций. Он работает только с конкретными программами и приложениями.

Видеопамять. Для самых первых компьютеров IBM PC никакой специальной памяти не требовалось. Просто в основной памяти компьютера выделялась специальная область, в которой хранилось экранное изображение. Если изображение нужно было изменить, в ячейки этой памяти записывались другие значения. В современных компьютерах основную память для хранения изображений не используют – все работает гораздо быстрее, если на плате видеоадаптера разместить специальные микросхемы памяти, работающие с более высокой скоростью. Чем больше разрешающая способность и глубина цвета, обеспечиваемые видеокартой, тем больше потребность в видеопамяти.

Мониторы (дисплеи) отличаются характеристиками видеосигналов и физическими свойствами экрана. От этих характеристик дисплея зависит контрастность, цветность и четкость изображения на экране. Основным потребительским параметром монитора является размер экрана по диагонали. Он измеряется в дюймах. Основные размеры: 14", 15", 17", 19", 21". Разрешение экрана – это максимальное количество точек (пикселей) на экране, которое задается в виде двух чисел: количества пикселей по горизонтали и вертикали. Разрешение зависит от размеров экрана. Некоторые оптимальные соотношения приведены в таблице.

Таблица 1 Характеристик дисплея

Размер экрана по диагонали	Разрешение (в пикселах)	Частота кадровой развертки (Гц)	Частота строчной развертки (кГц)	Частота видеосигнала (МГц)
14"	640x480	72,7	38,7	32,5
15"	800х600	56	35	36
15"	800х600	60	38	40
15"	800х600	72	48	50,35
17"	1024х768	69,8	56,3	72

Дисплей получает от видеокарты сигналы синхронизации строк, кадров и составляющие видеосигналов. Поэтому требуется согласование работы дисплея и видеокарты с максимально возможной частотой кадровой развертки дисплея. За это отвечают специальные автоматические регулировки.

Частотой строчной, или горизонтальной, развертки является число линий развертки, выводимых на экран за одну секунду. Эта частота измеряется в килогерцах.

Частотой кадровой, или вертикальной, развертки (или частотой обновления экрана) называется число кадров, генерируемых на экран за одну секунду. Частоту кадров 25 Гц глаза человека воспринимают как слитное изображение. Частота обновления экрана играет огромную роль. У телевизора она фиксированная и равна 50 Гц. При такой частоте дрожание изображения заметно на глаз. Если даже не обращать на него внимания, через час-другой серьезная головная боль обеспечена. Минимальная частота обновления, с которой разрешается работать – 75 Гц, рекомендуемая – 85 Гц, комфортная – 100 Гц и более. Разумеется, способен ли монитор держать такую частоту, зависит от него, но выдает изображение на экран все-таки видеокарта, поэтому при ее выборе надо обязательно смотреть, какую частоту обновления экрана она обеспечивает.

Полосу частот, или частоту видеосигнала, определяет число пикселей в строке, которое дисплей может отразить за одну секунду. Эта частота измеряется в мегагерцах.

Для качественного отображения текста требуется высокая четкость. Для этого в мониторах применяют схемы тракта видеосигнала с гораздо более широкой, чем у телевизора полосой пропускания. Чем меньше размер изображения, тем большая частота нужна для его четкого воспроизведения на экране. Чем больше полоса, пропуская пропускания, тем большую частоту обновления может поддерживать монитор для заданного разрешения, а о роли частоты обновления мы уже говорили.

Когда необходимая полоса пропускания обеспечена и сигнал с четкими мелкими деталями попадает на электронно-лучевую трубку, мы упираемся в другой параметр монитора – так называемый «шаг маски», или, по-простому, «зерно». Чем меньше размер этих «зерен», тем большую четкость обеспечит трубка. Сегодня самое распространенное значение – 0,27 мм, но в более дорогих моделях применяют трубки с еще меньшей зернистостью.