Классификация эвм по принципу действия

• Цифровые вычислительные машины (ЦВМ) – вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной (цифровой) форме. ЦВМ отличаются высокой точностью вычисления и удобством хранения информации.

• Аналоговые вычислительные машины (АВМ) – вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного рядя значений какой-либо физической величины. АВМ просты и удобны в эксплуатации, характеризуются высоким быстродействием и относительно высокой тонностью.

• Гибридные вычислительные машины (ГВМ) – вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной в цифровой и аналоговой форме. Они совмещают преимущества ЦВМ и ГВМ.

Классификация эвм по этапам создания

• 1-е поколение, 50-е годы. ЭВМ на электронных вакуумных лампах.

• 2-е поколение, 60-е годы. ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах.

• 3-е поколение, 70-е годы. ЭВМ на полупроводниковых интегральных микросхемах малой и средней степени интеграции (сотни - тысячи элементов на кристалл).

• 4-е поколение, 80-е годы. ЭВМ на больших и сверхбольших интегральных схемах.

• 5-е поколение 90-е годы. ЭВМ с многими десятками параллельно работающих микропроцессоров. ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой.

• 6-е и последующее поколения, оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой – с распределенной сетью большого числа не сложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

Классификация эвм по назначению

• Универсальные ЭВМ – для решения широкого круга задач.

• Проблемно-ориентированные ЭВМ – служат для решения более узкого круга задач связанных, как правило, с управлением технологическими объектами, регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных.

• Специализированные ЭВМ – используются для решения узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций.

Классификация эвм по размерам и функциональным возможностям

Супер ЭВМ - вычислительная машина, значительно превосходящая по своим техническим параметрам большинство существующих компьютеров. В общем случае, суперкомпьютер — это компьютер значительно более мощный, чем доступные для большинства пользователей машины. Архитектура также не может считаться признаком принадлежности к классу суперкомпьютеров. Ранние компьютеры CDC были обычными машинами, всего лишь оснащёнными быстрыми для своего времени скалярными процессорами, скорость работы которых была в несколько десятков раз выше, чем у компьютеров, предлагаемых другими компаниями. Большинство суперкомпьютеров 70-х оснащались векторными процессорами, а к началу и середине 80-х небольшое число (от 4 до 16) параллельно работающих векторных процессоров практически стало стандартным суперкомпьютерным решением. Конец 80-х и начало 90-х годов охарактеризовались сменой магистрального направления развития суперкомпьютеров от векторно-конвейерной обработки к большому и сверхбольшому числу параллельно соединённых скалярных процессоров.

Массивно-параллельные системы стали объединять в себе сотни и даже тысячи отдельных процессорных элементов, причём ими могли служить не только специально разработанные, но и общеизвестные и доступные в свободной продаже процессоры. Большинство массивно-параллельных компьютеров создавалось на основе мощных процессоров с архитектурой RISC. В конце 90-х годов высокая стоимость специализированных суперкомпьютерных решений и нарастающая потребность разных слоёв общества в доступных вычислительных ресурсах привели к широкому распространению компьютерных кластеров. Эти системы характеризует использование отдельных узлов на основе дешёвых и широко доступных компьютерных комплектующих для серверов и персональных компьютеров и объединённых при помощи мощных коммуникационных систем и специализированных программно-аппаратных решений. Несмотря на кажущуюся простоту, кластеры довольно быстро заняли достаточно большой сегмент суперкомпьютерного рынка, обеспечивая высочайшую производительность при минимальной стоимости решений. В настоящее время суперкомпьютеры используются для работы с приложениями, требующими наиболее интенсивных вычислений (например, прогнозирование погодно-климатических условий, моделирование ядерных испытаний и т. п

Большие ЭВМ (минифреймы). Этот класс исторически появился первым. Конструктивно выполнены в виде одной или нескольких стоек. Основные направления применения минифреймов – это решение научно-технических задач, работа в вычислительных системах с пакетной обработкой инфорации, работа с большими базами данных, управление вычислительными сетями и ресурсами. В мнифреймах плохо соблюдается принцип открытых систем – а именно совместимость с другими системами.

Характеризуются высокой надежностью (12-15 лет) благодаря дублированию и горячей замены модулей. Допускает вертикальную и горизонтальную масштабируемость. Появление мини и микро-ЭВМ немного оттеснили использование дорогих и тяжело обслуживаемых минифреймов несмотря на их производительную мощность и надежность.

Малые ЭВМ (мини-ЭВМ) – надежные не дорогие и удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько низкими параметрами по сравнению с большими ЭВМ. Основными особенностями являются: широкий диапазон производительности в конкретных условиях применения, аппаратная реализация большинства системных функций ввода-вывода информации, простая реализация микропроцессорных и многомашинных систем, высокая скорость обработки прерываний, возможность работы с форматами данных различной длины.

К достоинствам можно отнести: специфическую архитектуру с большой модульностью, лучшее, чем у минифреймов, соотношение производительности и цены, повышенная точность вычисления. Малые ЭВМ ориентированы на использование в качестве управляющих вычислительных комплексов, для вычислений в многопользовательских вычислительных системах, в системах автоматического проектирования, для моделирования не сложных объектов.

Микро-ЭВМ – это компьютеры, в которых центральный процессор выполнен в виде одной микросхемы (микропроцессора). Современные модели микро-ЭВМ могут содержать несколько микропроцессоров. Можно выделить следующие группы в классе микро-ЭВМ:

- Микроконтроллеры – микро-ЭВМ выполнение в виде одной микросхемы. Используются для автоматизации работы не сложных электронных устройств.

- Персональные компьютеры – однопользовательские микро-ЭВМ, удовлетворяющие требованиям общедоступности и универсальности.

- Рабочие станции – однопользовательские мощные микро-ЭВМ, специализированные на выполнении определенного вида работы (инженерные, графические, издательские и .т.д.)

- Серверы – многопользовательские мощные микро-ЭВМ в вычислительных сетях выделенные для обработки запросов от всех станций сети.

33. Основные блоки ПК. Порядок сборки/разборки.

Основные блоки ПК и их назначение

Микропроцессор(МП) — центральный блок ПК, предназначенный для управле­ния работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логичес­ких операций над информацией.

В состав микропроцессора входят:

1. Устройство управления (УУ): формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера; опорную последовательность импульсов устройство управления получает от генератора тактовых импульсов.

2. Арифметико-логическое устройство (АЛУ): предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией (в некоторых моделях ПК для ускорения выполнения операций к АЛУ подключается дополнительныйматематический сопроцессор).

3.  Микропроцессорная память (МПП): предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации непосредственно в ближайшие такты работы машины, используемой в вычислениях; МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины, ибо основная память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора. Регистры — быстродействующие ячейки памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП, имеющих стандартную длину один байт и более низкое быстродействие). Кэш — это память с большей скоростью доступа, предназначенная для ускорения обращения к данным, содержащимся постоянно в памяти с меньшей скоростью доступа (далее «основная память»). Процессоры всегда работали быстрее, чем память, причем со временем разрыв между этими скоростями все увеличивается. Чем медленнее память, тем больше процессору приходится ждать.Кэширование применяется ЦПУ, жёсткими дисками, браузерами и веб-серверами.

4. Интерфейсная система микропроцессора: предназначена для сопряжения и связи с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП, бу­ферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной.

Порт ввода-вывода (I/Oport) — аппаратура сопряжения, позволяющая подклю­чить к микропроцессору другое устройство ПК.

Математический сопроцессор широко используется для ускоренного выполне­ния операций над двоичными числами с фиксированной и плавающей запятой, над двоично-кодированными десятичными числами, для вычисления некоторых трансцендентных, в том числе тригонометрических функций.

В современных ПК микросхема математического сопроцессора интегрирована в кристалл МП; мик­росхемы контроллера прерываний, контроллера прямого доступа к памяти и некоторые другие находятся в системном чипсете на материнской плате.

Генератор тактовых импульсов генерирует последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту ма­шины. Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины или просто такт работы машины. Частота гене­ратора тактовых импульсов является одной из основных характеристик персо­нального компьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов.

• Системная шина основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой. Системная шина включает в себя:

• - кодовую шину данных (КШД), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда;

• - кодовую шину адреса (КША), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;

• - кодовую шину инструкций (управления) (КШИ), содержащую провода и схемы сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машины;

• - шину питания, содержащую провода и схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе энергопитания.

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

• - между микропроцессором и основной памятью;

• - между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;

• - между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режи­ме прямого доступа к памяти).

Все блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие унифициро­ванные разъемы (стыки) подключаются к шине непосредственно или через контроллеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляет­ся микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнитель­ную микросхему контроллер шины, формирующий основные сигналы управления. Обмен информацией между внешними устройствами и системной шиной выпол­няется с использованием ASCII-кодов.

• Основная память (ОП) предназначена для хранения и оперативного обмена ин­формацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств

• - ПЗУ (ROM—ReadOnlyMemory) предназначено для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации; позволяет оперативно только считывать информацию, хранящуюся в нем (изменить информацию в ПЗУ нельзя);

• - ОЗУ (RAM—RandomAccessMemory) предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени.

Кроме основной памяти на системной плате ПК имеется и энергонезависимая па­мятьCMOS RAM(ComplementaryMetal-OxideSemiconductorRAM), постоянно питающаяся от своего аккумулятора; в ней хранится информация об аппаратной конфигурации ПК (обо всей аппаратуре, имеющейся в компьютере), которая прове­ряется при каждом включении системы.

Внешняя память относится к внешним устройствам ПК и используется для дол­говременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребо­ваться для решения задач. В частности, во внешней памяти хранится все про­граммное обеспечение компьютера. Внешняя память содержит разнообразные виды запоминающих устройств, но наиболее распространенными из них, имею­щимися практически на любом компьютере, являются показанные на структур­ной схеме (рис.1)накопители на жестких (НЖМД)и гибких (НГМД) маг­нитных дисках.

Назначение этих накопителей: хранение больших объемов информации, запись и выдача хранимой информации по запросу в оперативное запоминающее устрой­ство. Различаются НЖМД и НГМД конструктивно, объемами хранимой инфор­мации и временем поиска, записи и считывания информации. В качестве устройств внешней памяти часто используются также накопители на оптических дисках (CD-ROM —CompactDiskReadOnlyMemory

Таймер — внутримашинные электронные часы реального времени, обеспечиваю­щие при необходимости автоматический съем текущего момента времени (год, месяц, часы, минуты, секунды и доли секунд).

Внешние устройства (ВУ) ПК — важнейшая составная часть любого вычислитель­ного комплекса, достаточно сказать, что по стоимости ВУ составляют до 80-85 % стоимости всего ПК.

ВУ ПК обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой: пользовате­лями, объектами управления и другими компьютерами.

К внешним устройствам относятся:

• - внешние ЗУ ПК (флеш память);

• - диалоговые средства пользователя; - устройства ввода информации;

• - устройства вывода информации;

• - средства связи и телекоммуникации,

• - мультимедиа.

Флеш-память — разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти (ПППЗУ).Она может быть прочитана сколько угодно раз (в пределах срока хранения данных, типично — 10-100 лет), но писать в такую память можно лишь ограниченное число раз (максимально — около миллиона циклов ).

Благодаря своей компактности, дешевизне и низкому энергопотреблению флеш-память широко используется в цифровых портативных устройствах — фото- и видеокамерах, диктофонах, MP3-плеерах,КПК,мобильных телефонах, а также смартфонах и коммуникаторах.

Кроме того, она используется для хранения встроенного программного обеспечения в различных устройствах (маршрутизаторах, мини-АТС, принтерах, сканерах, модемax), различных контроллерах.

Также в последнее время широкое распространение получили USB флеш-накопители(«флешка», USB-драйв, USB-диск), практически вытеснившие дискеты и CD.

Диалоговые средства пользователя включают в свой состав видеотерминалы (дис­плеи) и устройства речевого ввода-вывода информации;

- видеомонитор(дисплей) — устройство для отображения вводимой и выводи­мой из ПК информации;

- устройства речевого ввода-вывода— быстро развивающиеся средства мульти­медиа. Это различные микрофонные акустические системы, «звуковые мыши» со сложным программным обеспечением, позволяющим распознавать произно­симые человеком буквы и слова, идентифицировать их и кодировать; синтеза­торы звука, выполняющие преобразование цифровых кодов в буквы и слова, воспроизводимые через громкоговорители (динамики) или звуковые колонки, подсоединенные к компьютеру.

• К устройствам ввода информации в ПК относятся:

• - клавиатура

• - графические планшеты(дигитайзеры) — устройства для ручного ввода графи­ческой информации,

• - сканеры

• - устройства указания(графические манипуляторы), (джойстик — рычаг, мышь, трекбол — шар в оправе, световое перо и т. д.);

• - сенсорные экраны— для ввода отдельных элементов изображения, программ или команд с полиэкрана дисплея в ПК.

К устройствам вывода информации относятся:

• - принтеры—;

• - графопостроители(плоттеры) — устройства для вывода графической инфор­мации (графиков, чертежей, рисунков) из ПК на бумажный носитель.

Устройства связи и телекоммуникации используются для связи с приборами и другими средствами автоматизации (согласователи интерфейсов, адаптеры, циф­ро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи и т. п.) и для подключения ПК к каналам связи, к другим компьютерам и вычислительным сетям (сетевые интер­фейсные платы и карты, «стыки», мультиплексоры передачи данных, модемы).

Мультимедиа (multimedia— многосредовость) — это комплекс аппаратных и про­граммных средств, позволяющих человеку общаться с компьютером, используя самые разные, естественные для себя среды: звук, видео, графику, тексты, анима­цию и т. д. К средствам мультимедиа относятся устройства речевого ввода и выво­да информации; микрофоны и видеокамеры, акустические и видеовоспроизводящие системы с усилителями, звуковыми колонками, большими видеоэкранами; звуковые и видеоплаты, платы видезахвата, снимающие изображение с видеомаг­нитофона или видеокамеры и вводящие его в ПК; широко распространенные уже сейчас сканеры, позволяющие автоматически вводить в компьютер печатные тек­сты и рисунки; наконец, внешние запоминающие устройства большой емкости на оптических дисках, часто используемые для записи звуковой и видеоинформации.

Источник питания — блок, содержащий системы автономного и сетевого энерго­питания ПК

Дополнительные интегральные микросхемы

К системной шине и к МП ПК наряду с типовыми внешними устройствами могут быть подключены и некоторые дополнительные интегральные микросхемы, рас­ширяющие и улучшающие функциональные возможности микропроцессора:

• - контроллер прямого доступа к памяти;

• - сопроцессор ввода-вывода;

• - контроллер прерываний и т. д.

Контроллер прямого доступа к памяти (DMA —DirectMemoryAccess) обеспечи­вает обмен данными между внешними устройствами и оперативной памятью без участия микропроцессора, что существенно повышает эффективное быстродей­ствие ПК. Иными словами, режимDMAпозволяет освободить процессор от ру­тинной пересылки данных между внешними устройствами и ОП, отдав эту работу контроллеруDMA; процессор в это время может обрабатывать другие данные или другую задачу в многозадачной системе.

Сопроцессор ввода-вывода за счет параллельной работы с МП существенно уско­ряет выполнение процедур ввода-вывода при обслуживании нескольких внешних устройств (дисплей, принтер, НМД, НГМД и т. д.); освобождает МП от обработки процедур ввода-вывода, в том числе реализует и режим прямого доступа к памяти.

Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания.Прерывание — вре­менное приостановление выполнения одной программы с целью оперативного выполне­ния другой, в данный момент более важной (приоритетной) программы. Контрол­лер принимает запрос на прерывание от внешних устройств, определяет уровень приоритет

Элементы конструкции ПК

Конструктивно ПК выполнены в виде центрального системного блока, к которому через разъемы — стыки подключаются внешние устройства: дополнительные бло­ки памяти, клавиатура, дисплей, принтер и т. д.

Системный блок обычно включает в себя системную плату, блок питания, нако­пители на дисках, разъемы для дополнительных устройств и платы расширения с контроллерами — адаптерами внешних устройств.

На системной плате (часто ее называют материнской платой —motherboard), в свою очередь, размещаются:

• - микропроцессор;

• - системные микросхемы (чипсеты);

• - генератор тактовых импульсов;

• - модули (микросхемы) ОЗУ и ПЗУ;

• - микросхема CMOS-памяти;

• - адаптеры клавиатуры, НЖМД и НГМД;

• - контроллер прерываний;

• - таймер и т. д.

Многие из них подсоединяются к материнской плате с помощью разъемов.

Компоненты ПК

• системная плата;

• процессор;

• память (оперативная память);

• корпус;

• блок питания;

• дисковод для гибких дисков;

• жесткий диск;

• накопитель CD-ROM, CD-RW илиDVD-ROM;

• клавиатура;

• мышь;

• видеоадаптер;

• монитор (дисплей);

• звуковая плата;

• акустические системы;

• модем.

Функциональные характеристики ПК

Основными функциональными характеристиками ПК являются:

1. Производительность, быстродействие, тактовая частота.

2. Разрядность микропроцессора и кодовых шин интерфейса.

3. Типы системного и локальных интерфейсов.

4. Емкость оперативной памяти.

5.  Тип и емкость накопителей на гибких магнитных дисках.

6.  Емкость накопителя на жестких магнитных дисках (винчестера).

7. Наличие, виды и емкость кэш-памяти.

8. Тип видеомонитора (дисплея) и видеоадаптера.

9.  Наличие и тип принтера.

1. Наличие и тип накопителя на CD-ROM.

2. Наличие и тип модема.

3. Наличие и виды мультимедийных аудио-видео средств.

4.  Имеющееся программное обеспечение и вид операционной системы.

5. Аппаратная и программная совместимость с другими типами компьютеров.

6. Возможность работы в вычислительной сети.

7. Возможность работы в многозадачном режиме.

8. Надежность.

9. Стоимость.

10. Габаритные размеры и вес.

Некоторые из приведенных функциональных характеристик нуждаются в пояс­нении, поэтому остановимся на них подробнее.

Производительность, быстродействие, тактовая частота

Производительность современных компьютеров измеряют обычно в миллионах операций в секунду. Единицами измерения служат:

- МИПС (MIPS—MegaInstructionPerSecond) — для операций над числами, представленными в форме с фиксированной запятой ("точкой);

- МФлоПС (MFloPC—MegaFLoatingpointOperationPerSecond) — для опе­раций над числами, представленными в форме с плавающей запятой (точкой).

Реже производительность компьютеров измеряют с использованием единиц из­мерения:

- КОПС (КОРЗ —KiloOperationPerSecond) для низкопроизводительных ком­пьютеров — тысяча неких усредненных операций над числами;

- ГФлоПС (GFloPS—GigaFloPS) — миллиард операций в секунду над числами с плавающей запятой.

Оценка производительности компьютеров всегда приблизительная, ибо ориен­тируется на некоторые усредненные или, наоборот, на конкретные виды опера­ций. Реально при решении различных задач используются и различные наборы операций.

Для компьютеров, выполняющих самые разные задания, эти оценки будут весьма неточными. Поэтому для характеристики ПК вместо производительности обычно указываюттактовую частоту, более объективно определяющуюбыстродействие машины, так как каждая операция требует для своего выполнения вполне опреде­ленного количества тактов. Зная тактовую частоту, можно достаточно точно опре­делить время выполнения любой машинной операции.

Например, при отсутствии конвейерного выполнения команд и увеличения внут­ренней частоты у микропроцессора тактовый генератор с частотой 100 МГц обес­печивает выполнение 20 млн. коротких машинных операций (простых сложений и вычитаний, пересылки информации и т. д.) в секунду; с частотой 1000 МГц — 200 млн. коротких операций в секунду.

Разрядность микропроцессора и кодовых шин интерфейса

Разрядность — это максимальное количество разрядов двоичного числа, над ко­торыми одновременно может выполняться машинная операция, в том числе и опе­рация передачи информации; чем больше разрядность, тем, при прочих равных условиях, будет больше и производительность ПК.

Типы системного и локальных интерфейсов

Разные типы интерфейсов обеспечивают разные скорости передачи информации между узлами машины, позволяют подключать разное количество внешних уст­ройств и различные их виды.

Аппаратная и программная совместимость с другими типами компьютеров

Аппаратная и программная совместимость с другими типами компьютеров озна­чает возможность использования на компьютере, соответственно, тех же техни­ческих элементов и программного обеспечения, что и на других типах машин.

Возможность работы в многозадачном режиме

Многозадачный режим позволяет выполнять вычисления одновременно по не­скольким программам (многопрограммный режим) или для нескольких пользова­телей (многопользовательский режим). Совмещение во времени работы нескольких устройств машины, возможное в таком режиме, позволяет существенно увеличить эффективное быстродействие компьютера.

Примерный порядок (последовательность) разборки системного блока компьютера (ПК)

Желательно соблюдать следующую последовательность разборки системного блокакомпьютера:

• Отсоединить все кабели.

• Удалить все платы расширения ПК, в том числе видеокарту.

• Удалить все планки памяти.

• Удалить материнскую плату в сборе с кулером и процессором.

• Удалить накопители данных.

• Удалить блок питания.

Последовательность сборки системного блока компьютера производится в следующем порядке

Желательно соблюдать следующую последовательность сборки системного блокакомпьютера:

• Установка накопителей данных.

• Установка материнской платы в сборе с процессором, кулером и планкой памяти.

• Подключение кабелей выключателей и индикаторов передней панели.

• Подключение кабелей данных накопителей.

• Установка блока питания.

• Подключение разъема питания ПК материнской платы.

• Подключение разъема питания дисковых накопителей.

• Установка платы расширения, в том числе видеокарту.

• Проверка правильности сборки системного блока компьютера и всех компонентов в целом.

• Закрытие крышки системного блока компьютера.

• Подключение всех внешних кабелей.

• Включение системного блока компьютера и проверка его работоспособности.

33. Внутримашинный системный интерфейс.

Внутримашинный системный интерфейс– это система связи и сопряжения узлов и блоков ПК между собой, представляющая собой совокупность электрических линий связи (проводов), схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов.

Одним из простейших механизмов, позволяющих организовать взаимодействие различных устройств, является шина, к которой подсоединяются все системы. Доступ к такой шине разделяется между всеми устройствами. Подобная организация имеет два основных преимущества:низкая стоимость и универсальность. Поскольку шина является единственным местом подсоединения для разных устройств, то новые устройства могут быть легко добавлены.

Основным недостатком организации с единственной шиной является то, что шина ограничивает максимальную пропускную способность ввода/вывода. Если весь поток ввода/вывода должен проходить через центральную шину, такое ограничение пропускной способности весьма реально.

Максимальная пропускная способность шины главным образом лимитируется физическими факторами: длиной шины и количеством подсоединяемых устройств (нагрузкой на шину).

Традиционно шины делятся на шины, обеспечивающие организацию связи МП с ОП, и шины ввода/вывода. Последние могут иметь большую протяженность, поддерживать подсоединение многих типов устройств, и обычно следуют одному из шинных стандартов. Шины процессор-память сравнительно короткие, обычно высокоскоростные.

С целью снижения стоимости в первых моделях ПК использовалась единственная шина для памяти и устройств ввода/вывода, называемая системной. Такая шина строится в соответствиии со стандартами ISA, EISA или MCA.

Необходимость сохранения баланса производительности по мере роста быстродействия МП привела к двухуровневой организации шин в ПК на основе локальной шины.

Локальная шина– это шина, электрически выходящая непосредственно на контакты МП. Она обычно объединяет МП, ОП, схемы буферизации для системной шины и ее контроллер, а также некоторые вспомогательные схемы. Примерами локальных шин являются VL-Bus и PCI.

Важным понятием в организации обмена между устройствами является понятие «транзакции», под которой понимается сообщение, передаваемое в систему.Шинная транзакция включает в себя две части: посылку адреса и прием (или посылку) данных. Шинные транзакции обычно определяются характером взаимодействия с памятью: транзакция типа «Чтение» передает данные из памяти (либо в МП, либо в устройство ввода/вывода), транзакция типа «Запись» записывает данные в память. В транзакции типа «Чтение» по шине сначала посылается в память адрес вместе с соответствующими сигналами управления, индицирующими чтение. Память отвечает, возвращая на шину данные с соответствующими сигналами управления. Транзакция типа «Запись» требует, чтобы МП или устройство в/в послало в память адрес и данные и не ожидает возврата данных. Обычно МП вынужден простаивать во время интервала между посылкой адреса и получением данных при выполнении чтения, но часто он не ожидает завершения операции при записи данных в память.

Главное устройство шины – это устройство, которое может инициировать транзакции чтения или записи. МП, например, всегда является главным устройством шины. Шина может иметь несколько главных устройств, если имеется несколько МП или когда устройства ввода/вывода могут инициировать транзакции на шине. Если имеется несколько таких устройств, то требуется схема арбитража, чтобы решить, кто следующий захватит шину.

В настоящее время используются два типа шин, отличающиеся способом коммутации: шины с коммутацией цепей(circuit-switched bus) и шины с коммутацией пакетов(packet-switched bus). Шина с коммутацией пакетов при наличии нескольких главных устройств шины обеспечивает значительно большую пропускную способность по сравнению с шиной с коммутацией цепей за счет разделения транзакции на две логические части: запроса шины и ответа. Транзакция чтения разбивается на транзакцию запроса чтения, которая содержит адрес, и транзакцию ответа памяти, которая содержит данные.

Шина с коммутацией цепей не делает расщепления транзакций, любая транзакция на ней есть неделимая операция. Главное устройство запрашивает шину, после арбитража помещает на нее адрес и блокирует шину до окончания обслуживания запроса.

Если шина синхронная, то она включает сигналы синхронизации, которые передаются по линиям управления шины, и фиксированный протокол, определяющий расположение сигналов адреса и данных относительно сигналов синхронизации. Обычно шины процессор-память синхронные.

Асинхронная шина, с другой стороны, не тактируется. Вместо этого обычно используется старт-стопный режим передачи и протокол «рукопожатия» (handshaking) между источником и приемником данных на шине. Эта схема позволяет гораздо проще приспособить широкое разнообразие устройств и удлинить шину без беспокойства о перекосе сигналов синхронизации и о системе синхронизации.. Шины ввода/вывода обычно асинхронные.

Обычно количество и типы устройств ввода/вывода в вычислительных системах не фиксируются, что позволяет пользователю самому подобрать необходимую конфигурацию. Шина ввода/вывода компьютера может рассматриваться как шина расширения, обеспечивающая постепенное наращивание устройств ввода/вывода.

В табл. 2 представлены характеристики нескольких стандартных шин.

Таблица 2.

	VME bus	FutureBus	Multibus II	IPI	SCSI
Ширина шины (кол-во сигналов)	128	96	96	16	8
Мультиплексирование адреса/данных	Нет	Да	Да	(	(
Разрядность данных	16/32 бит	32 бит	32 бит	16 бит	8 бит
Размер пересылки (слов)	Одиночная или групповая	Одиночная или групповая	Одиночная или групповая	Одиночная или групповая	Одиночная или групповая
Количество главных устройств шины	Несколько	Несколько	Несколько	Одно	Несколько
Расщепление транзакций	Нет	Доп. возможность	Доп. возможность	Доп. возможность	Доп. возможность
Полоса пропускания (время доступа - 150 нс - 1 слово)	12.9 Мб/c	15.5 Мб/c	10.0 Мб/c	25.0 Мб/c	5.0 Мб/c
Максимальное количество устройств	21	20	21	8	7
Максимальная длина шины	0.5 м	0.5 м	0.5 м	50 м	25 м
Стандарт	IEEE 1014	IEEE 896.1	ANSI/IEEE 1296	ANSIX3.129	ANSIX3.131

Одной из популярных шин первых ПК была системная шина IBM PC/XT, обеспечивавшая передачу 8 бит данных. Эта шина включала 20 адресных линий, которые ограничивали адресное пространство пределом в 1 Мбайт. Для работы с внешними устройствами в этой шине были предусмотрены также 4 линии аппаратных прерываний (IRQ) и 4 линии для требования внешними устройствами прямого доступа к памяти (DMA). теоретическая скорость передачи данных достигала немногим более 4 Мбайт/с.

Системная шина ISA(Industry Standard Architecture–. Эта системная шина отличалась наличием второго, 36-контактного дополнительного разъема для соответствующих плат расширения. За счет этого количество адресных линий достигло 24 (это позволяет обращаться к 16 Мбайт системной памяти), а данных – 16. Количество линий аппаратных прерываний в этой шине было увеличено до 15, а каналов прямого доступа - до 7. скорости передачи 16 Мбайт/с.

С появлением процессоров i386,i486иPentiumшинаISAстала узким местом персональных компьютеров на их основе. Новая системная шинаEISA(Extended Industry Standard Architecture), появившаяся в конце 1988 года, обеспечивает адресное пространство в 4 Гбайта за счет 32-разрядной шины адреса, 32-битовую передачу данных (в том числе и в режиме DMA), улучшенную систему прерываний и арбитраж DMA, автоматическую конфигурацию системы и плат расширения. Устройства шиныISAмогут работать на шинеEISA. скорость передачи данных 33 Мбайт/с. К шине может подключаться до 15 устройств.

Шина МСА(Micro Channel Architecture) -32-разрядная шина, созданная фирмой IBM в 1987 г. для машин PS/2, пропускная способность 76 Мбайт/с, рабочая частота 10-20 МГц. По своим прочим характеристикам близка к шинеEISA, но не совместима ни сISA, ни сEISA.

В связи со стремительным ростом быстродействия МП, а также появлением программ, требующих выполнения большого количества интерфейсных операций разработчики интерфейсов пошли по пути создания локальных шин, подключаемых непосредственно к шине МП,

Появились стандарты универсальных локальных шин.

Шина VLВ (VESA Local Bus-локальная шинаVESA), предложенная в 1992 г. ассоциациейVESA(Video Electronics Standard Association), предназначалась для увеличения быстродействия видеоадаптеров и контроллеров дисковых накопителей для того, чтобы они могли работать с тактовой частотой до 40 МГц. ШинаVLВявляется расширением внутренней шины МП для связи с видеоадаптером и реже с винчестером, платами мультимедиа, сетевым адаптером. Разрядность шины – 64 бита (32 бита адреса и 32 бита данных), скорость передачи данных поVLB– 132 Мбайт/с. После появления процессораPentiumассоциацияVESAприступила к работе над новым стандартомVLВ-2, который предусматривает использование 64-битовой шины данных и увеличение количества разъемов расширения. Ожидаемая скорость передачи данных - до 400 Мбайт/с.

Шина PCI(Peripheral Component Interconnect – соединение внешних устройств) разработана в 1993 г. фирмойIntel. Имеет свой адаптер, позволяющий ей настраиваться на работу с любым МП, позволяет подключать 10 устройств самой разной конфигурации с возможностью автоконфигурирования, имеет свой «арбитраж», средства управления передачей данных. Разрядность PCI - 64 бита, теоретическая пропускная способность - 263 Мбайт/с (реальная вдвое ниже).

Шина РСI, являясь локальной, выполняет и многие функции шины расширения, в частности, шины расширенияISA,EISA,MCA(а она совместима с ними) при наличии шиныPCIподключаются не непосредственно к МП (как это имеет место при использовании шиныVLB), а к самой шинеPCI(через интерфейс расширения).

Вариант схемы реализации внутримашинного интерфейса современных ПК показан на рис. 3.

Процессор и кэш-память связаны между собой самой скоростной и наиболее широкой шиной. Именно эта часть ПК является системной шиной. Микросхемы чипсета выполняют функции мостов(bridge) между шинами. Отдельно выделяется специальная шинаAGP, предназначенная для подключения видеоадаптера.

Основные характеристики шин приведены в табл. 3.

Таблица 3.

Параметр	ISA	EISA	MCA	VLB	PCI
Разрядность шины, бит Данных Адреса	16 24	32 32	32;64 32	32;64 32	32; 64 32
Рабочая частота, МГц	8	8-33	10-20	до 33	до 33
Пропускная способность, Мбайт/с теоретическая практическая	4 2	33 8	76 20	132 80	132;264 50;100
Число подключаемых устройств, шт.	6	15	15	4	10

Локальные шины IDE(Integrated Device Electronics),EIDE(Enhanced IDE) используются чаще всего в качестве интерфейса только для внешних запоминающих устройств.

Шина VMEприобрела большую популярность как шина ввода/вывода в рабочих станциях и серверах на базе RISC-процессоров. Эта шина высоко стандартизована, имеется несколько версий этого стандарта. В частности,VME32- 32-битовая шина с производительностью 30 Мбайт/с, аVME64- 64-битовая шина с производительностью 160 Мбайт/с.

Одной из наиболее популярных шин ввода-вывода в настоящее время является шина SCSI(Small Computer System Interface- интерфейс малых вычислительных систем) - набор стандартов, разработанных Национальным институтом стандартов США (ANSI) и определяющих механизм реализации магистрали передачи данных между системной шиной компьютера и периферийными устройствами. На сегодняшний день приняты стандартыSCSI-1,SCSI-2,SCSI-3.

Начальный стандарт SCSI-1определяет рабочие спецификации протокола шины, набор команд и электрические параметры. В 1992 г. этот стандарт был пересмотрен с целью устранения недостатков первоначальной спецификации (особенно в части синхронного режима передачи данных) и добавления новых возможностей повышения производительности, таких как «быстрый режим» (fast mode), «широкий режим» (wide mode) и помеченные очереди. Этот пересмотренный стандарт получил названиеSCSI-2и в настоящее время используется большинством поставщиков вычислительных систем.

Характерной чертой SCSIявляется простота, особенно в части обеспечения гибкости конфигурирования периферийных устройств без изменения организации основного процессора. Главной особенностью подсистемы SCSI является размещение в периферийном оборудованииинтеллектуального контроллера.

Стандарт SCSI-1определяет построение периферийной шины на основе 50-жильного экранированного кабеля, описывает методы адресации и электрические характеристики сигналов. Шина данныхSCSI-1имеет разрядность 8 бит, а максимальная скорость передачи составляет 5 Мбайт/сек.Fast SCSIсохраняет 8-битовую шину данных и тем самым может использовать те же самые физические кабели, что иSCSI-1. Он отличается только тем, что допускает передачи со скоростью 10 Мбайт/сек в синхронном режиме.Wide SCSIудваивает либо учетверяет разрядность шины данных (либо 16, либо 32 бит), допуская соответственно передачи со скоростью либо 10, либо 20 Мбайт/сек. В комбинацииFast-and-Wide SCSIвозможно достижение скоростей передачи 20 и 40 Мбайт/сек соответственно.

Однако поскольку в обычном 50-жильном кабеле просто не хватает жил, комитет SCSIрешил расширить спецификацию вторым 66-жильным кабелем (так называемыйB-кабель), имеющем дополнительные линии данных и ряд других сигнальных линий.

В реализации режима Wide SCSIпредложена также расширенная адресация, допускающая подсоединение к шине до 16 устройств (вместо стандартных восьми). Это значительно увеличивает гибкость подсистемыSCSI.

33. Структура МП.

См вопр 17

микропроцессорная память (МПП) — служит для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины. МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины, ибо основная память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора. Регистры — быстродействующие ячейки памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП, имеющих стандартную длину 1 байт и более низкое быстродействие);

интерфейсная система микропроцессора — реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной. Интерфейс (interface) — совокупность средств сопряжения и связи устройств  компьютера,  обеспечивающая  их эффективное  взаимодействие.  Порт ввода-вывода (I/O — Input/Output port) — аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору другое устройство ПК.

Процессоры классифицируются по базовому типу, называющемуся семейством. С целью преемственности программного обеспечения последующие модели и модификации процессоров, как правило, содержат всю систему команд своих предшественников. Существует большое количество различных семейств процессоров, среди которых можно выделить семейство Intel и совместимых с ними AMD и Cyrix, на которых базируется значительная часть ПК. Фирмой Intel был создан процессор Pentium и его модификации Pentium Pro, Pentium II, Pentium III, Pentium IV. Процессоры фирмы Motorola, применяемые в компьютерах фирмы Apple, относятся к другому семейству.

Основными характеристиками процессора являются:

быстродействие — количество операций, производимых в 1 секунду, измеряется в бит/сек. Каждая последующая модель имеет более высокую производительность по сравнению с предыдущей. Современные процессоры обладают расширением ММХ (MultiMedia eXtention — расширение мультимедиа);

тактовая частота — количество тактов, производимых процессором за 1 секунду. Операции, производимые процессором, не являются непрерывными, они разделены на такты. Эта характеристика определяет скорость выполнения операций и непосредственно влияет на производительность процессора. Процессор Pentium и его модификации имеют тактовые частоты от 60 МГц до 1,5 ГГц (1,5 миллиарда операций в секунду);

разрядность — количество двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Указывая разрядность процессора 64, имеют в виду, что процессор имеет 64-разрядную шину данных, т.е. за один такт он обрабатывает 64 бита.

Логика управления организует взаимодействие всех узлов процессора, перенаправляет данные, синхронизирует работу процессора с внешними сигналами, а также реализует процедуры ввода и вывода информации.

Таким образом, в ходе работы процессора схема выборки команд выбирает последовательно команды из памяти, затем эти команды выполняются, причем в случае необходимости обработки данных подключается АЛУ. На входы АЛУ могут подаваться обрабатываемые данные из памяти или из внутренних регистров. Во внутренних регистрах хранятся также коды адресов обрабатываемых данных, расположенных в памяти. Результат обработки в АЛУ изменяет состояние регистра признаков и записывается во внутренний регистр или в память (как источник, так и приемник данных указывается в составе кода команды). При необходимости информация может переписываться из памяти (или из устройства ввода/вывода) во внутренний регистр или из внутреннего регистра в память (или в устройство ввода/вывода).

Внутренние регистры любого микропроцессора обязательно выполняют две служебные функции:

определяют адрес в памяти, где находится выполняемая в данный момент команда (функция счетчика команд или указателя команд);

определяют текущий адрес стека (функция указателя стека).

В разных процессорах для каждой из этих функций может отводиться один или два внутренних регистра. Эти два указателя отличаются от других не только своим специфическим, служебным, системным назначением, но и особым способом изменения содержимого. Их содержимое программы могут менять только в случае крайней необходимости, так как любая ошибка при этом грозит нарушением работы компьютера, зависанием и порчей содержимого памяти.

Содержимое указателя (счетчика) команд изменяется следующим образом. В начале работы системы (при включении питания) в него заносится раз и навсегда установленное значение. Это первый адрес программы начального запуска. Затем после выборки из памяти каждой следующей команды значение указателя команд автоматически увеличивается (инкрементируется) на единицу (или на два в зависимости от формата команд и типа процессора). То есть следующая команда будет выбираться из следующего по порядку адреса памяти. При выполнении команд перехода, нарушающих последовательный перебор адресов памяти, в указатель команд принудительно записывается новое значение — новый адрес в памяти, начиная с которого адреса команд опять же будут перебираться последовательно. Такая же смена содержимого указателя команд производится при вызове подпрограммы и возврате из нее или при начале обработки прерывания и после его окончания.

33. ОЗУ. Модули памяти.

Модули памяти характеризуются такими параметрами:

• Объем

• число микросхем

• паспортная частота

• время доступа к данным

• число контактов

Модули оперативной памяти изготавливаются на основе прямоугольных печатных плат с односторонним или двухсторонним расположением микросхем. Они отличаются формфактором и имеют различную конструкцию: SIMM (Single In-line Memory Module — модуль памяти с однорядными контактами); DIMM (Dual In-line Memory Module — модуль памяти с двухрядными контактами); SO DIMM (Small Outline DIMM — малый размер DIMM). Контакты разъемов модулей памяти покрывают золотом или сплавом никеля и палладия.

Модули SIMM представляет собой плату с плоскими контактами вдоль одной стороны; в разъем материнской платы их устанавливают под углом с последующим поворотом в рабочее (вертикальное) положение с помощью защелок. Существуют два типа модулей SIMM: 30-контактные с разрядностью 9 бит (8 бит данных и 1 бит контроля четности); 72-контактные с разрядностью 32 бит (без контроля) или 36 бит (с контролем четности). Поэтому для 32-битной шины требовалось использовать четыре банка 30-контактных модулей SIMM или один 72-контактный модуль; для 64-разрядной шины — два банка 72-контактных модулей.

Модули DIMM бывают двух типов: 168-контактные (для установки микросхем SDRAM) и 184-контактные DIMM (для микросхем DDR SDRAM). Они одинаковы по установочным размерам, вставляются в разъем системной платы вертикально и фиксируются защелками. В переходный период материнские платы оснащались разъемами для обоих типов DIMM-модулей, но в настоящее время в ПЭВМ модули SIMM и 168-контактные DIMM устарели и не используются.

Модули SO DIMM с 72- и 144-контактными разъемами применяются в портативных ПЭВМ. В материнскую плату их устанавливают аналогично модулям SIMM.

В настоящее время наиболее востребованы модули DIMM с микросхемами DDR SDRAM, DDR2 SDRAM и DDR3 SDRAM.

Модули DIMM на основе микросхем DDR SDRAM выпускаются со 184 контактами (рис. 1).

Рис. 1. Плата 184-контактного модуля DIMM:

1 — микросхемы DDR SDRAM; 2 — микросхема буферной памяти и контроля ошибок; 3 — вырезы для крепления платы; 4 — ключ; 5 — разъем

Ключом на модуле памяти является вырез в плате, который в сочетании с соответствующим выступом в разъеме системной платы не позволяет установить модуль не той стороной. Кроме того, ключ у несовместимых модулей ОЗУ может иметь разное размещение (сдвигаться между контактами в одну или другую сторону), указывая номинал напряжения питания (2,5 или 1,8 В) и защищая от электрического повреждения.

Микросхемы памяти типа DDR2, DDR3, приходящие на смену DDR, производятся в виде 240-контактных модулей DIMM.

Современные модули памяти для ПЭВМ поставляются в вариантах 512 Мбайт, 1,2 и 4 Гбайт.

На момент написания этой статьи на рынке доминируют модули памяти DDR третьего поколения или DDR3. Память типа DDR3 имеет более высокие тактовые частоты (до 2400 мегагерц), пониженное примерно на 30-40% (по сравнению с DDR2) энергопотребление и соответственно меньшее тепловыделение.

Однако, до сих пор, можно встретить память стандарта DDR2 и морально устаревшую (а потому местами жутко дорогую) DDR1. Все эти три типа полностью несовместимы друг с другом как по электрическим параметрам (у DDR3 меньше напряжение), так и физическим (смотрите изображение).

Характеристики и маркировка оперативной памяти

Рассмотрим маркировки

• 4096Mb (2x2048Mb) DIMM DDR2 PC2-8500 Corsair XMS2 C5 [TWIN2X4096-8500C5] BOX

• 1024Mb SO-DIMM DDR2 PC6400 OCZ OCZ2M8001G (5-5-5-15) Retail

Объем

Первым обозначением в строке идет объем модулей памяти. В частности, в первом случае это - 4 ГБ, а во втором - 1 ГБ. Правда, 4 ГБ в данном случае реализованы не одной планкой памяти, а двумя. Это так называемый Kit of 2 - набор из двух планок. Обычно такие наборы покупаются для установки планок в двухканальном режиме в параллельные слоты. Тот факт, что они имеют одинаковые параметры, улучшит их совместимость, что благоприятно сказывается на стабильности.

Тип корпуса

DIMM/SO-DIMM - это тип корпуса планки памяти. Все современные модули памяти выпускаются в одном из двух указанных конструктивных исполнений.

Тип памяти

Тип памяти - это архитектура, по которой организованы сами микросхемы памяти. Она влияет на все технические характеристики памяти - производительность, частоту, напряжение питание и др.

Частоты передачи данных для типов памяти:

• DDR: 200-400 МГц

• DDR2: 533-1200 МГц

• DDR3: 800-2400 МГц

Цифра, указываемая после типа памяти - и есть частота: DDR400, DDR2-800.

Модули памяти всех типов отличаются напряжением питания и разъемами и не позволяют быть вставленными друг в друга.

Частота передачи данных характеризует потенциал шины памяти по передаче данных за единицу времени: чем больше частота, тем больше данных можно передать.

Однако, есть еще факторы, такие как количество каналов памяти, разрядность шины памяти. Они также влияют на производительность подсистем памяти.

Стандарт скорости модуля памяти

Для комплексной оценки возможностей RAM используется термин пропускная способность памяти. Он учитывает и частоту, на которой передаются данные и разрядность шины и количество каналов памяти.

Пропускная способность (B) = Частота (f) x разрядность шины памяти (c) x кол-во каналов (k)

Например, при использовании памяти DDR400 400 МГц и двухканального контроллера памяти пропускная способность будет: (400 МГц x 64 бит x 2)/ 8 бит = 6400 Мбайт/с

В обозначении для облегчения понимания скорости модуля указывается и стандарт пропускной способности памяти. Он как раз и показывает, какую пропускную способность имеет модуль.

Все эти стандарты начинаются с букв PC и далее идут цифры, указывающие пропускную способность памяти в Мбайтах в секунду.

Тайминги

Тайминги - это задержки при обращении к микросхемам памяти. Естественно, чем они меньше - тем быстрее работает модуль.

Дело в том, что микросхемы памяти на модуле имеют матричную структуру - представлены в виде ячеек матрицы с номером строки и номером столбца. При обращении к ячейке памяти считывается вся строка, в которой находится нужная ячейка.

Сначала происходит выбор нужной строки, затем нужного столбца. На пересечении строки и номера столбца и находится нужная ячейка. С учетом огромных объемом современной RAM такие матрицы памяти не целиковые - для более быстрого доступа к ячейкам памяти они разбиты на страницы и банки. Сначала происходит обращение к банку памяти, активизация страницы в нем, затем уже происходит работа в пределах текущей страницы: выбор строки и столбца. Все эти действия происходит с определенно задержкой друг относительно друг друга.

Основные тайминги RAM - это задержка между подачей номера строки и номера столбца, называемая временем полного доступа (RAS to CAS delay, RCD), задержка между подачей номера столбца и получением содержимого ячейки, называемая временем рабочего цикла (CAS latency, CL), задержка между чтением последней ячейки и подачей номера новой строки (RAS precharge, RP). Тайминги измеряются в наносекундах (нс).

Производитель и его part number

Каждый производитель каждому своему продукту или детали дает его внутреннюю производственную маркировку, называемую P/N (part number) - номер детали.

Для модулей памяти у разных производителей она выглядит примерно так:

• Kingston KVR800D2N6/1G

• OCZ OCZ2M8001G

• Corsair XMS2 CM2X1024-6400C5

На сайте многих производителей памяти можно изучить, как читается их Part Number. Модули Kingston семейства ValueRAM:

Последняя маркировка говорит о многом, а именно:

KVR – производитель Kingston ValueRAM

1066 – рабочая частота (Mhz)

D3 - тип памяти (DDR3)

D (Dual) – rank/ранг. Двухранговый модуль – это два логических модуля, распаянных на одном физическом и пользующихся поочерёдно одним и тем же физическим каналом (нужен для достижения максимального объёма оперативной памяти при ограниченном количестве слотов)

8 – 8 чипов памяти DRAM

R – Registered, указывает на стабильное функционирование без сбоев и ошибок в течение как можно большего непрерывного промежутка времени

7 – задержка сигнала (CAS=7)

S – термодатчик на модуле

K3 – набор (кит) из трех модулей

6G – суммарный объем кита (трех планок) равен 6 GB.

По маркировке OCZ можно понять, что это модуль DDR2 объемом 1 Гбайт, частотой 800 МГц.

По маркировке CM2X1024-6400C5 понятно, что это модуль DDR2 объемом 1024 Мбайт стандарта PC2-6400 и задержками CL=5.

Некоторые производители вместо частоты или стандарта памяти указывают время в нс доступа к чипу памяти. По этому времени можно понять, какая используется частота. Так поступает Micron: MT47H128M16HG-3. Цифра в конце обозначает, что время доступа - 3 нс (0.003 мс).

По известной форуме T=1/f частота работы чипа f=1/T: 1/0,003 = 333 МГц. Частота передачи данных в 2 раза выше - 667 МГц. Соответственно, данный модуль DDR2-667.

33. Магнитные ВЗУ.

НМД бывают двух типов: НГМД — на гибком магнитном диске (с носителем-дискетой) и НМД —на жестком магнитном диске (типа «Винчестер»).

НМД имеют значительно больший объем внешней памяти и высо­кое (почти на порядок) быстродействие, чем НГМД. Но НГМД име­ют съемные магнитные носители — дискеты (компактные, на кото­рых легче организовать архивное хранение данных и программ).

НМЛ обычно бывают кассетного типа и используют либо компакт-кассеты для бытовых магнитофонов (емкость 1 кассеты от 500 Кбайт до 1,5 Мбайт), либо видеокассеты (для стриммеров) с многодорожечной записью. Емкость их измеряется в десятках и сотнях мегабайтов.

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) связываются с МП че­рез системную магистраль при помощи устройства управления (кон­троллера).

Контроллер необходим для двух целей:

• управления ВЗУ;

• связи с МЛ и ОП.

НМД и оптические ЗУ — устройства с циклическим доступом к информации. НМЛ представляют собой устройства с последователь­ным доступом.

Время доступа к информации в ВЗУ намного превосходит время обращения к ОП. ВЗУ являются относительно медленными устрой­ствами электромеханического типа.

При магнитной записи информации с помощью записывающей головки происходит изменение магнитной индукции носителя. Носитель изготавливают из ферромагнитного материала. Располагается носитель на подложке, в качестве которой может выступать пластмассовая пленка, металлические или стеклянные диски.

Ток, протекающий по обмотке записывающей головки, создает в сердечнике (магнитопроводе) магнитный поток. Через узкий зазор в сердечнике магнитный поток намагничивает носитель в одном из двух направлений, что зависит от направления протекающего по обмотке тока. Разные направления намагниченности носителя соответствуют логическому нулю или логической единице. Таким образом, записывающая головка – это маленькие электромагниты, которые своим электромагнитным полем изменяют ориентацию магнитных доменов в носителе в зависимости от полярности протекающего в обмотке тока.

При считывании информации с ленты или диска движущийся намагниченный носитель индуцирует в считывающей головке электродвижущую силу. Полярность возникающего на обмотке напряжения зависит от направления намагниченности носителя.

Накопители на магнитных дисках включают в себя ряд систем:

ü элекромеханический привод, обеспечивающий вращение диска;

ü блок магнитных головок для чтения и записи;

ü системы установки (позиционирования) магнитных головок в нужное для записи или чтения положение;

ü электронный блок управления и кодирования сигналов.

Дискета – гибкий пластиковый диск с нанесенным на обе стороны магнитным покрытием, заключенный в достаточно твердый пластиковый конверт для предохранения от механических повреждений. Информация на диск наносится вдоль концентрических окружностей (рис. 2.7) – дорожек.

Каждая дорожка разбита на несколько секторов (обычно 18) – минимально возможных адресуемых участков. Стандартная емкость сектора – 512 байт.

Рис. 2.7. Логическая структура поверхности магнитного диска

Процедура разметки нового диска – нанесение секторов и дорожек – называется форматированием. Одноименные сектора обеих поверхностей образуют кластеры. В центре дискеты имеется приспособление для захвата и обеспечения вращения диска внутри пластмассового корпуса. Дискета вставляется в дисковод, который вращается с постоянной угловой скоростью. Магнитные головки примыкают к обеим поверхностям и при вращении диска проходят мимо всех кластеров дорожки. Перемещение головок по радиусу с помощью шагового двигателя обеспечивает доступ к каждой дорожке. Запись/чтение осуществляется целым числом кластеров, обычно под управлением операционной системы.

Для дискет формата 3,5’’ максимальная емкость составляет 2,88 Мб, самый распространенный формат емкости для них – 1,44 Мб.

В целях сохранения информации гибкие магнитные диски необходимо предохранять от воздействия сильных магнитных полей и нагревания, так как такие воздействия могут привести к размагничиванию носителя и потере информации.

Накопителем на гибких дисках является дисковод ZIP фирмы Iomega. Накопитель подобен дискете по принципу действия, (но емкостью около 100 Мб) и вставляется в специальный дисковод. Носитель информации имеет гибкую основу, сам накопитель использует эффект Бернулли.

Основная идея такого накопителя заключается в следующем. Воздушные потоки, возникающие вследствие вращения гибкого диска, вызывают изгиб части поверхности диска, находящейся под головкой. Однако диск не соприкасается с головкой, и между ними остается небольшой, достаточно стабильный зазор, который обеспечивается потоками воздуха. Этот эффект позволяет использовать более плотную запись информации.

Накопитель на жестком магнитном диске (НМД) имеет тот же принцип действия, что и НГМД, но отличается тем, что в нем магнит­ный носитель информации является несъемным и состоит из несколь­ких пластин, закрепленных на общей оси (пакета магнитных носите­лей).

Каждую рабочую поверхность такой конструкции обслуживает своя головка. Если в НГМД головка во время работы соприкасается с поверхностью дискеты, то в НМД головки во время работы нахо­дятся на небольшом расстоянии от поверхности (десятые доли микро­на). При устранении контакта головки с поверхностью диска появи­лась возможность увеличить скорость вращения дисков, а следова­тельно, повысить быстродействие внешнего ЗУ.

Запись и чтение информации на жестком магнитном диске произ­водятся с помощью магнитных головок, которые во время чтения-записи неподвижны. Магнитное покрытие каждой поверхности диска во время чтения-записи перемещается относительно головки. Магнитный «след» на поверхности диска, образовавшийся при работе голов­ки на запись, образует кольцевую траекторию — дорожку (trek). До­рожки, расположенные друг под другом на всех рабочих поверхнос­тях магнитного носителя, называются цилиндром.

В жестких МД различных фирм используются разные материалы для магнитного покрытия: диски ранних конструкций имели оксидное покрытие (окись железа), современные диски — кобальтовое по­крытие. Оксидное покрытие наносилось на поверхность диска в виде магнитного лака, который после высыхания образовывал довольно толстый магнитный слой. Обеспечить устойчивую запись в таком слое можно было за счет длительного воздействия электромагнитным по­лем. Поэтому магнитные «следы» на поверхности диска получались большого размера, что приводило к невысокой плотности записи и низкому быстродействию. Для увеличения емкости магнитного дис­ка приходилось увеличивать его размеры.

Кобальтовое покрытие наносится на поверхность диска мето­дом напыления. При этом образуется тонкая магнитная пленка, на которую легче воздействовать для образования магнитных следов. Размеры магнитных следов уменьшились, что позволило увеличить продольную и поперечную плотности записи. Увеличение продоль­ной плотности записи позволило увеличить емкость дорожки, а уве­личение поперечной плотности записи — количество дорожек на по­верхности диска. Диски той же емкости уменьшились в раз­мерах.

Стандарт на физическое размещение информации на жестком маг­нитном диске мягче, чем для НГМД, так как гибкие диски должны читаться одинаково на дисководах разных фирм, в то время как жес­ткий магнитный диск имеет встроенную в него систему управления. При работе с жестким магнитным диском встроенная система управ­ления решает вопросы физического размещения информации и зачас­тую недоступна для внешнего вмешательства. Например, наружные и внутренние дорожки магнитного диска имеют разную длину. Если их сделать одинаковой емкости и писать информацию с одинаковой плотностью записи, то на наружных дорожках остается много сво­бодного места. Некоторые фирмы при изготовлении жестких дисков делают дорожки различной емкости. Но, для того чтобы стандарт­ные операционные системы могли работать с такими дисками, встро­енный в них контроллер осуществляет пересчет адресов; при этом фи­зически на диске имеется меньшее количество дорожек, чем кажется операционной системе (так как операционная система настроена на работу с дорожками одинаковой емкости).

Количество дисков, каждый из которых имеет по две рабочие по­верхности, в накопителе может быть от 3 до 10 и более. В некоторых накопителях две крайние поверхности пакета (верхняя и нижняя) не являются рабочими — при этом сокращается размер дисковода (и емкость тоже). Иногда эти поверхности используются для размеще­ния служебной информации.

Жесткие диски делают герметичными — малое расстояние (зазор) между рабочей поверхностью и магнитной головкой должно быть за­щищено от пылинок, чтобы уберечь тонкий напыленный слой кобаль­та от стирания. Магнитная головка во время работы не должна ка­саться поверхности диска и в то же время должна находиться от нее на расстоянии в доли микрона. Наиболее распространенный способ удовлетворения обоих условий — применение «воздушной подушки»: в магнитной головке делаются отверстия, через которые в рабочий зазор в направлении магнитного диска нагнетается сжатый воз­дух — он и является демпфером (воздушной подушкой), не позво­ляющим магнитной головке «прижаться» к поверхности диска. Воздух перед нагнетанием в зазоры проходит тщательную очистку от пыли с помощью специальных фильтров.

Магнитные головки при работе НМД могут перемещаться, настра­иваясь на требуемую дорожку.

Перед началом эксплуатации пакет магнитных дисков формати­руется: на нем размечаются дорожки (ставится маркер начала до­рожки и записывается ее номер), наносятся служебные зоны секто­ров на дорожках. Для записи-чтения информации контроллеру НМД передается адрес: номер цилиндра, номер рабочей поверхности цилиндра, номер сектора на выбранной дорожке. На основании этого магнитные головки перемещаются к нужному цилиндру, ожи­дают появления маркера в начале дорожки и появления требуемого сектора, после чего записывают или читают информацию из него. Несмотря на то что все магнитные головки установлены на требуе­мый цилиндр, работает в каждый данный момент только одна го­ловка.

Из-за малого расстояния между секторами и высокой скорости вращения пакета дисков схемы управления не всегда успевают пере­ключиться на чтение-запись следующего сектора (если считываемые-записываемые сектора следуют один за одним). В этом случае после обработки одного сектора приходится ожидать, пока диск сделает целый оборот и к головкам подойдет требуемый сектор. Чтобы избе­жать этого, при форматировании используется чередование (interleaving) секторов: последовательность нумерации секторов на дорожке задается таким образом, что следующий по порядку номер сектора принадлежит не следующему по физическому размещению сектору, а через «k» секторов (гдеk — фактор чередования). Фактор чередования при форматировании задается таким образом, чтобы си­стема управления НМД обеспечила обработку с последовательными номерами без длительного ожидания (слишком маленькийk приводит к «проскакиванию» требуемого сектора и ожиданию нового витка, слишком большое значениеk также приводит к ожиданию, так как схема управления уже отработала, а требуемый сектор все еще не подошел к головке).

Поскольку физически НМД различных фирм могут быть устрое­ны по-разному, возникает проблема совместимости НМД с микро­процессорным комплектом ЭВМ. Проблема эта решается с помощью стандартизации интерфейсов для накопителей на жестких магнитных дисках.

Основной характеристикой НМД является их емкость, которая в наибольшей степени зависит от плотности записи, в свою очередь в значительной степени зависящей от уровня технологии. Наиболее ре­зультативным для повышения плотности записи явилось применение магниторезистивных головок, которые известны и применяются уже давно, но по-настоящему массовой продукцией долгое время не были, из-за большой капиталоемкости их производства. Кроме увеличения емкости диска, повышение плотности записи приводит и к увеличе­нию скорости считывания-записи данных при неизменных диаметре и скорости вращения носителя.

8.3. Стриммер

Стриммером называется внешнее устройство ПЭВМ для запи­си и воспроизведения цифровой информации на кассету с магнит­ной лентой. Основное их назначение — архивирование редко исполь­зуемых больших массивов информации, резервное копирование. Это устройство называется floppy tape. Оно может подключаться к контроллеру НГМД. В стандарте QIC-40 емкость обычной видео­кассеты составляет около 120 Мбайт, в стандарте QIC-80 — 250 Мбайт.

Устройства, работающие в этом стандарте (стандарт разработан для небольших локальных сетей, а также для «неорганизованных» пользователей), выпускаются различными фирмами. Например, фирма ColoradoMemorySystemsвыпускает стриммерыJumbo120 иJumbo250. Скорость передачи информации вJumbo120 — 250 и 500 Кбайт/с, что совпадает со стандартными возможностями контроллера НГМД.

По конструктивному исполнению стриммеры выпускаются внут­ренними и внешними. Программная поддержка этих стриммеров по­зволяет сжимать информацию до 6 раз (в среднем — в 2 раза).

Контроллеры этой фирмы выполнены по технологии Plug&Play (95% необходимых параметров определяется программным путем автоматически).

В качестве стриммера может быть использован видеомагнито­фон — в России выпускаются платы «АрВид 1010» и «АрВид 1020», дающие возможность при наличии шины ISAподключить к ПЭВМ и использовать в качестве накопителя любой видеомагнитофон. Пла­ты позволяют на стандартную видеокассету записывать 1 — 2 Гбай-та информации. На ленте поддерживается многоуровневая иерархи­ческая система, имеющая общий каталог. Программное обеспечение имеет дружественный интерфейс, выполненный в стилеNortonCommander. Предусмотрена автоматизированная процедура настрой­ки на конкретный видеомагнитофон.

http://www.studfiles.ru/preview/718147/

33. Оптические ВЗУ.

СМ. вопр 71

Один из первых оптических накопителей информации — видеопла­стинка Laservision фирмыPhilips, представляла собой плексигласо­вый диск диаметром 20 или 30 см с тонким алюминиевым слоем, по­крытым защитной пленкой из лака. При нанесении информации в алю­миниевом слое делаются углубления, располагаемые вдоль дорожек, как в обычных грампластинках. Отличие заключается в том, что, во-первых, дорожки начинаются в центре пластинки и, во-вторых, что они наносятся лазерным лучом; ширина дорожки при этом составляет 0,4 микрона, расстояние между дорожками — 1,6 микрона. При таких размерах на одном миллиметре радиуса располагаются 600 дорожек. При считывании информации лазерный луч по-разному отражается от основной ровной поверхности (0) и от углублений (1).

Для считывания информации применяются два различных способа:

• CAV(ConstantAngularVelocity) — считывание при постоянной угловой скорости;

• CLV(ConstantLinearVelocity) — считывание при постоянной ли­нейной скорости.

При CAVпластинка имеет постоянную угловую скорость 1500 об./мин. Дорожки расположены кольцеобразно, каждая дорожка от­водится для отдельного видеоизображения, независимо от длины дорожки. На одной стороне пластинки при этом умещаются 54 000 изоб­ражений для воспроизведения в течение 36 мин.

Рис. 8.5. Классификация оптических накопителей информации

При CLVугловая скорость меняется: при чтении внутренних до­рожек она равна 1500 об./мин, при чтении внешних — 500 об./мин. На пластинке имеется всего одна спиралеобразная дорожка (от центра наружу). Продолжительность времени воспроизведения увеличивается до 60 мин., но теряется возможность прямого доступа к отдельным изображениям.

Видеокомпакт-диски (CDV — Compact Disk Video) предназначены для воспроизведения на специальном видеопроигрывателе. При диа­метре диска 12 см на него наносится двадцатиминутная цифровая запись звука и шестиминутный аналоговый видеосигнал; при диаметре диска 20 см на нем содержится двадцатиминутная запись аналогово­го видеосигнала и цифрового звукового сопровождения; при диамет­ре диска 30 см емкость диска такая же, как у видеопластинки Laservision.

Компакт-диск CD-ROM (CompactDisk-ReadOnlyMemory) содер­жит информацию только в цифровом виде. Диск имеет прозрачную поликарбонатную основу толщиной 1,2 мм и диаметром 8 или 12 см. Конструкция аналогична пластинкеLaservision, работает по принци­пуCLV, угловая скорость изменяется от 200 до 500 об./мин. На од­ном дюйме по радиусу умещается 16 000 дорожек (тогда как на од­ном дюйме флоппи-диска — всего 96). Емкость компакт-диска состав­ляет около 650 Мбайт.

Компакт-диск CD-ROM/XA (extendedArchitecture) отличается отCD-ROMтем, что информация перед нанесением на диск подверга­ется сжатию. Диск может содержать двоичные коды, графику, видео, текст, аудиоданные.

Интерактивные компакт-диски CD-I (Compact-Disk-Interactive) предназначены для потребительского рынка, используются без ЭВМ. Их производство основано на технологииCD-ROM, но имеет более простое управление.

Диски Photo-CD (совместная разработка фирмы Philips и Kodak) предназначены для хранения в цифровом формате кино- и фотокад­ров. На диске размещается до 100 кадров, запись полного диска про­изводится за один час.

Bridge-Disk выполнен по стандарту, который позволяет воспроизво­дить его на проигрывателе дляPhoto-CD, дисководе дляCD-ROM/XAили на проигрывателе дляCD-I.

Компакт-диски CD-WO позволяют дозаписывать информацию за несколько сеансов. После окончательной записи создается оглавле­ние диска. Обычное устройство для чтения CD-ROM позволяет чи­тать только первую зону CD-WO. Аналогичные возможности предо­ставляют компакт-диски CD-R, которые допускают дозапись инфор­мации по мере ее накопления. Компакт-диски CD-WO и CD-R могут изготовляться по различным технологиям: диск может быть покрыт чувствительным фотолаком, в котором лазер прожигает отверстия, испаряя лак; на подложку диска могут быть нанесены два слоя: один — из искусственных полимеров (имеющих малую теплоту плав­ления), другой — металлический. При нагревании металла лазерным лучом находящийся под ним слой полимера испаряется, что приводит к образованию пузырька в металлическом слое и, как следствие, к нетиповому отражению считывающего луча в этом месте; поверх­ность диска может быть покрыта слоем галий-сурьмы или индий-сурь­мы, которые при воздействии на них лазерного луча расплавляются и переходят из кристаллического в аморфное состояние, что сопровож­дается изменением условий отражения и может быть зафиксировано считывающим лазерным лучом.

33. Магнитооптические ВЗУ.

В основе магнитооптических компакт-дисков (CD-МО) лежит воз­действие магнитного поля на нагретый до критической температуры материал. В результате этого изменяются отражающие свойства по­крытия диска или производится его намагничивание в определенном направлении. Магнитооптические диски позволяют записывать, читать и стирать информацию. На таких дисках могут быть выделены зоны, предназначенные только для чтения или для многократной записи.CD-MOвыпускаются в виде мини-дисков диаметром 2,5 дюйма в пласт­массовом корпусе трехдюймовой дискеты. Как для записи, так и для воспроизведения магнитооптических дисков необходимы специальные устройства. Емкость таких дисков составляет не менее 640 Мбайт. Из них могут создаваться магнитооптические библиотеки с автоматичес­кой сменой дисков (время на смену дисков составляет несколько се­кунд), емкость которых измеряется сотнями Гбайтов.

Флоптики — это внешние запоминающие устройства, имеющие две головки: одну — обычную, для работы с дискетамиDDиHD, другую — магнитооптическую. Емкость флоптических дискет состав­ляет 21 Мбайт. Разметка флоптической дискеты производится лучом лазера, благодаря чему дорожки плотнее располагаются друг к дру­гу. У флоптических дискет используется тот же магнитный матери­ал, что и у обычных дискет емкостью 2,88 Мбайт - барий-феррит. Количество магнитооптических дорожек на одной стороне — 753, поперечная плотность записи — 1245 дорожек на дюйм, продольная плотность записи — 23 980 бит на дюйм (для сравнения: уDD-дис-кет — 8717, уHD-дискет — 17 434).

В 1995 г. появилась новая технология — DVD(DigitalVersatileDisc) — цифровой многофункциональный диск. ТехнологияDVDпре­дусматривает использование в качестве носителя информации опти­ческого диска диаметром 120 мм и толщиной 1,2 мм. ВнешнеDVD-диск похож на стандартный компакт-диск, но конструкция его значительно сложнее: такие диски могут быть одно- и двухсторонними, с одним или двумя рабочими слоями с каждой стороны. Отражающий слой расположен не на составляющем почти полную толщину слое поликарбона­та (1,2 мм), а на слое половинной толщины (0,6 мм). Однослойный од­носторонний дискDVDимеет емкость 4,7 Гбайта, что обеспечивает более двух часов видеотелевизионного качества при записи изображе­ния и звука в сжатом по форматуMPEG-2 виде. Двухслойные одно­сторонние диски имеют суммарную емкость 8,5 Гбайта (некоторое уменьшение емкости каждого слоя вызывается необходимостью сни­зить помехи при считывании дальнего слоя). Емкость двухслойного дву­стороннего дискаDVDсоставляет около 17 Гбайт.

Устройства для работы с DVD-дисками (DVD-комплекты) могут иметь следующие разновидности:

• DVD-Video(видеоданные с разрешением 1280x1024 и 20-битовое звуковое сопровождение с частотой дискретизации 48 КГц в фор­матеDolbyАС-3 для 2—5 каналов);

• DVD-Audio, позволяющий создавать «полное собрание сочинений» музыкантов с указанным выше качеством;

• DVD-ROM — аналог CD-ROM;

• DVD-R(wRitable), допускающий однократную запись;

• DVD-RW(Rewritable), допускающий многократную запись.

DVD-ROM комплект Encore Dxr2 PC DVD Kit фирмы Creative Labs имеет плату Dxr2, на задней панели которой находятся вход и выход VGA для подключения платы к графическому адаптеру, циф­ровой выход в формате S/PDIF и стандартный видеовыход для теле­визора или магнитофона, обеспечивающий качественное воспроизве­дение и запись с разрешением 800x600, DVD-дисковод со встроенным буфером размером 512 Кбайт, обеспечивающий считывание DVD-дисков с удвоенной скоростью, а также работу в 20Х-режиме со стан­дартными CD-дисками.

33. Электронные ВЗУ. Flash-накопители.

Устройства, основанные на кристаллах электрически перепрограммируемой памяти, не имеющие подвижных частей, называются флэш-память. Физический принцип организации ячеек флэш-памяти можно считать одинаковым для всех выпускаемых устройств, как бы они ни назывались. Различаются такие устройства по интерфейсу и применяемому контроллеру, что обусловливает разницу в емкости, скорости передачи данных и энергопотреблении.

USBFlashDrive– последовательный интерфейс USB с пропускной способностью 12 Мбит/с или его современный вариант USB 2.0 с пропускной способностью до 480 Мбит/с. Может служить не только «переносчиком» файлов, но и работать как обычный накопитель – с него можно запускать приложения, воспроизводить музыку и сжатое видео, редактировать и создавать файлы.

PCCard(PCMCIAATA) – основной тип флэш-памяти для компактных компьютеров. В настоящее время существует четыре формата карточек PC Card: Type I, Type II, Type IIIи CardBus, различающиеся размерами, разъемами и рабочим напряжением. Емкость PC Card достигает 4 Гб, скорость – 20 Мб/с при обмене данными с жестким диском.

MirrorBitFlash,разработанная компанией AMD, основана на технологии хранения в ячейке двух бит. Каждая ячейка разделена на симметричные (зеркальные) половинки изолирующим слоем из нитрида кремния и, таким образом, имеет удвоенную емкость. За счет «зеркальности» более быстро формируется стандартная 16-битная страница данных, что увеличивает скорость обмена. Чипы семейства MirrorBit имеют емкость 64 Мбит и могут быть установлены на большинство современных типов твердотельных устройств памяти.

CompactFlash(CF) – самый распространенный, универсальный и перспективный формат. Легко подключается к любому ноутбуку. Основная область применения – цифровая фотография. По емкости (до 3 Гбайт) сегодняшние CF-карты не уступают IBM Microdrive, однако отстают по скорости обмена данными (около 2 Мбайт/с).

MiniatureCard(MC) – карточка флэш-памяти, предназначена в основном для карманных компьютеров, мобильных телефонов и цифровых фотокамер. Стандартная емкость составляет 64 Мбайт.

SmartMedia– основной формат для карт широкого применения от банковских и проездных в метро до удостоверений личности. Тонкие пластинки весом 2 грамма имеют открыто расположенные контакты, но значительная для таких габаритов емкость (до 128 Мбайт) и скорость передачи данных (до 600 Кбайт/с) обусловили их проникновение в сферу цифровой фотографии и носимых МР3-устройств.

MemoryStick– «эксклюзивный» формат фирмы Sony, практически не используется другими компаниями. Максимальная емкость — 256 Мбайт, скорость передачи данных доходит до 410 Кбайт/с, цены сравнительно высокие.

xDPictureCard(extremeDigital)является новым типом флэш-памяти, разработанным компанией Toshiba специально для цифровых фотоаппаратов. В момент написания учебника – это самое миниатюрное устройство флэш-памяти. Благодаря использованию технологии NAND не имеет ограничений на максимальный объем.

Флеш-накопители

USB флэш-накопитель (сленг. флэшка, флешка) -запоминающее устройство с интерфейсом подключения USB, в котором для хранения информации используется энергонезависимая флэш-память.

SD карта (Secure Digital Memory Card) - формат карт памяти (флэш-память), разработанный для использования в основном в портативных устройствах.

Устройство USB флэш-накопителя

1. USB-разъём

2. микроконтроллер

3. контрольные точки

4. микросхема флэш-памяти

5. кварцевый резонатор

6. светодиод

7. переключатель «защита от записи»

8. место для дополнительной микросхемы памяти

Устройство SD-карты

1. контроллер

2. микросхемы памяти

Контактные площадки расположены с обратной стороны платы.

Карта памяти Secure Digital card (SD), поддерживающая протокол SDMI, была разработана в 1999г. компаниями Toshiba, Panasonic и SanDisk.

За основу была взята карта формата ММС, в которую добавили специальный модуль памяти.

+

• Малый вес, бесшумность работы и портативность.

• Универсальность, современные компьютеры, телевизоры и DVD-проигрыватели имеют USB-разъёмы

• Более устойчивы к механическим воздействиям по сравнению с жёсткими дисками.

• Работоспособность в широком диапазоне температур

• Низкое энергопотребление

• Не подвержены воздействию царапин и пыли, которые были проблемой для оптических носителей и дискет.

-

Ограниченное число циклов записи-стирания перед выходом из строя.

Способны хранить данные полностью автономно до 5 лет. Наиболее перспективные образцы — до 10 лет.

Скорость записи и чтения ограничены пропускной способностью USB.

Чувствительны к электростатическому разряду, чувствительны к радиации.

Несимметричность интерфейса при симметрично выглядящем разъёме.

33. Принтеры.

Принтер (англ. Printer, от print — печать) — это внешнее периферийное устройство компьютера, предназначенное для вывода текстовой или графической информации, хранящейся в компьютере, на твёрдый физический носитель, обычно бумагу, малыми тиражами (от единиц до сотен) без создания печатной формы.

Принтер предназначен для преобразования информации, хранящейся в вычислительном устройстве, из цифровой формы в аналоговый вид для доступного понимания этой информации пользователем и последующего долговременного её хранения.

Классификация

1. По возможности печати графической информации принтеры делятся на:

• алфавитно-цифровые, иначе символьные или знаковые (с возможностью печати ограниченного набора символов);

• графические.

3. По конструктивному устройству и принципу формирования изображения принтеры делятся на:

— принтеры ударного типа:

• литерные (типовые) принтеры;

• матричные (игольчатые) принтеры;

— принтеры безударного типа:

• струйные принтеры;

• графопостроители (фломастерные или каплеструйные)

• лазерные принтеры (разновидность светодиодные принтеры);

• термопринтеры;

• твёрдочернильные принтеры;

• сублимационные принтеры;

• 3D-принтеры;

• фотонные принтеры;

3. По количеству выдаваемых цветов:

• чёрно-белые (одноцветные, monochrome)

• цветные (многоцветные, color).

На цветных принтерах в качестве основы цветовой модели используются цвета CMYK:

Cyan — голубой

Magenta — пурпурный

Yellow — жёлтый

Kobalt (вариант blacK) — чёрный (английское название соответствует названию тяжёлого металла (кобальта), входящего в состав чёрных красителей)

4. По типу интерфейса подключения, то есть по соединению с источником данных (откуда принтер может получать данные для печати):

— проводные принтеры (по проводным каналам):

• через SCSI-интерфейс

• через последовательный порт (COM)

• через параллельный порт (LPT)

• по шине Universal Serial Bus (USB)

• через локальную сеть (LAN, NET)

• с помощью двух портов, при этом один из портов управляет приводом ЧПУ, через другой порт идут данные на печатающие головки

— беспроводные принтеры (по беспроводной связи):

• через ИК-порт (IRDA)

• по Bluetooth

• по Wi-Fi (в том числе с помощью AirPrint)

33. Сканеры.

Ска́нер (англ. scanner) — устройство, выполняющее преобразование расположенного на плоском носителе (чаще всего бумаге) изображения в цифровой формат. Процесс получения такой цифровой копии называется сканированием.

Во время сканирования при помощи АЦП создаётся цифровое описание изображения внешнего для ЭВМ образа объекта, которое затем передаётся посредством системы ввода-вывода в ЭВМ.

Бывают ручные, рулонные (англ. Sheet-Feed), планшетные и проекционные сканеры. Разновидностью проекционных сканеров являются слайд-сканеры, предназначенные для сканирования фотоплёнок. В высококачественной полиграфии используются барабанные сканеры, в которых в качестве светочувствительного элемента используется фотоэлектронный умножитель (ФЭУ).

Принцип работы однопроходного планшетного сканера состоит в том, что вдоль сканируемого изображения, расположенного на прозрачном неподвижном стекле, движется сканирующая каретка с источником света. Отраженный свет через оптическую систему сканера (состоящую из объектива и зеркал или призмы) попадает на три расположенных параллельно друг другу фоточувствительных полупроводниковых элемента на основе ПЗС (или CCD-ма́трица  — специализированная аналоговая интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных фотодиодов, выполненная на основе кремния, использующая технологию ПЗС — приборов с зарядовой связью.), каждый из которых принимает информацию о компонентах изображения.

Характеристики:

оптическое разрешение оптимальное разрешение составляет 600 dpi .

Глубина цвета. Цветопередача зависит от качества аналого-цифрового преобразователя и матрицы. Современные сканеры должны иметь глубину цвета в 24 бита. компьютерном рынке достаточно широко представлены модели 32- и даже с 48-битной глубиной цвета. Как это понимать? Дело в том, что эти «лишние» 16 (или 24) бит являются шумовыми, они несут дополнительные шумы и некоторую служебную информацию. На изображении это сказывается не сильно – картинка выглядит, может быть, немного чище, поскольку при обработке идет учет шумов. Но в любом случае, вы получаете 24-битное изображение.

Интерфейс подключения. В свое время достаточно широко практиковалось подключение к принтерным и параллельным – LPT и COM – портам. скорость передачи данных через эти порты недостаточно высока. С появлением интерфейса USB необходимость использовать параллельные порты для сканеров отпала.

Формат. Форматы сканеров бывают разные - от «открыточного» 10х15 до А3. Для дома более всего подойдет стандартный А4.

Тип сканирования. Текст из книги относится к непрозрачным оригиналам. Бывает, что приходится сканировать и прозрачные – слайды, пленки, негативы. непрозрачные оригиналы сканируются в отраженном свете, а прозрачные – на просвет.

Тип матрицы. Фотоприемные элементы сканеров аналогичны используемым в цифровых фотокамерах. Они могут быть выполнены по технологии CCD или CMOS . Только здесь они расположены в виде линейки. Считывающая линейка движется вдоль оригинала и строка за строкой получает цифровую копию оригинала.В некоторых сканерах используется контактный датчик изображения (CIS), эта схема представляет собой набор нескольких коротких линеек с чувствительными элементами и нескольких объективов, расположенных в непосредственной близости от сканируемого материала. CIS-сканеры заметно дешевле, потребляют заметно меньше энергии

Глубина резкости. Это расстояние от светочувствительных элементов до оригинала, обеспечивающее резкость изображения. Может составлять от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. Естественно, чем больше это значение, тем лучше.

Программное обеспечение. Дело в том, что сканер не был включен в число стандартных устройств Windows . Поэтому каждый производитель комплектует свою продукцию специальными драйверами с графическим интерфейсом, называемые TWAIN -драйверами. T WAIN -драйвер сканера - это программное приложение с графическим интерфейсом, которое несет на себе функции панели управления сканером и осуществляет передачу данных от сканера в программное приложение, из которого вы вызываете сканер.

33. Средства мультимедиа. Устройства ввода/вывода.

Под термином мультимедиа понимается комплекс аппаратных и программных средств, позволяющих пользователю работать в диалоговом режиме с информацией, представленной в виде графических, текстовых, звуковых и видео файлов, образующих единую информационную среду. Значит, следует предположить, что комплекс аппаратных и программных средств мультимедиа составляет аппаратно-программную систему мультимедиа или, как принято называть, платформу мультимедиа.