2. Мобильные компьютеры и gps

Никакая область вычислительной техники не развивалась быст­рее, чем технология портативных компьютеров. С ростом объема программного обеспечения и расширения приложений портативных ПК изготовители должны были обеспечить их соответствие уровню функциональных возможностей настольного ПК.

Это вело к множеству быстрых сдвигов в размере и мощности, и к середине 1998 г. вычислительные технологии мобильных ПК дос­тигли такого уровня, что можно было приобрести портативный компьютер, который имел бы такое же быстродействие, как настольный, но также был способен к тому, чтобы использоваться без внешнего электрического питания в течение более чем 5 часов.

Технология мобильных центральных процессоров

В середине 1995 г. был выпущен процессор Intel для ПК-ноут­буков с частотой 75 МГц. Он помещался в специальном тонкопле­ночном картридже (Таре Carrier Package  TCP), предназначенном для уменьшения распространения тепла в пределах корпуса ПК. В процессор был также встроен модуль снижения напряжения (Voltage Reduction Technology), что позволило процессору использо­вать промышленный стандарт питания в 3,3 В, в то время как его внутреннее ядро (на 2,9 В) потребляло меньше мощности. Скорость постепенно увеличивалась, пока не достигла 150 МГц летом 1996 г.

В январе 1997 г. первые мобильные процессоры Pentium с ММХ-технологией показали частоту в 150 и 166 МГц. Процессоры выпускались по 0,35-мкм технологии со штырьками крепления, рас­считанными на 3,3 В для совместимости с другими компонентами, в то время как ядро работало при 2,8 В. Более низкое основное напря­жение давало возможность системам работать в пределах эффектив­ных тепловых диапазонов  максимальное потребление мощности составляло 17 Вт. В начале 1998 г. ЦП ММХ достигли 266 МГц.

В сентябре 1997 г. вышли два высокоэффективных мобильных ЦП Pentium ММХ, которые использовали на 50% меньше мощности, чем процессоры предыдущих поколений. Новые ЦП «Tillamook» на 200 и 233 МГц были первыми изделиями, изготов­ленными при использовании расширенной 0,25-мкм технологии.

Несколько недель спустя Intel объявила мобильный процессор Pentium MMX (120 МГц) для мини-ноутбука  важной новой кате­гории мобильных ПК, которые обладали легкой массой, небольши­ми размерами и предоставляли полностью функциональные воз­можности ПК-ноутбука. Изготовленный по 0,35-мкм технологии, новый процессор работал на частоте 120 МГц, внутреннем напряже­нии 2,2 В и потреблял 4,2 Вт.

Tillamook. В 1997 г. Intel объявила процессор мобильных ПК «Tillamook» (по названию маленького города в шт. Орегон). Новые процессоры были первоначально доступны на скоростях 200 МГц, а затем в начале 1998 г. и 233266 МГц (рис. 7.20).

Tillamook был одним из первых процессоров, которые были по­строены на мобильном модуле, разработанном Intel <MMO). Модуль содержит процессор, 512 кбайт вторичного кэша, регулятор напря­жения (защита процессора от более высоких напряжений), такто­вый генератор (часы) и новый чипсет 430ТХ PCI Northbridge. Модуль включался в системную плату единственным разъемом в 280 штырьков, подобных картриджу SEC Pentium II.

Чип процессора изготовлен по 0,25-мкм технологии, напряже­ние внутреннего питания  1,8 В. Регулятор напряжения был необ­ходим, чтобы защитить чип от шин памяти и РСI, которые потреб­ляли 3,3 В. Мобильные ЦП на 200 и 233 МГц производили 3,4 и 3,9 Вт тепловой мощности соответственно.

Отрицательной стороной этого решения были размеры  101,6 × 63,5 × 8 мм (или 10 мм высоты с соединителем), модуль был слишком большой, чтобы вписаться в ультратонкие корпусы ноут­буков.

Мобильный ЦП Pentium II. В апреле 1998 г. был выпущен мо­бильный процессор Deschutes семейства Pentium 1I. Новый процес­сор и его мобильный компаньон  чипсет 440ВХ  имели первона­чально быстродействие 233 и 266 МГц и размещались в модуле (ММО) или инновационном «мини-картридже», который содержал ядро процессора и вторичный кэш на 512 Кбайт. Мини-картридж был приблизительно в 4 раза легче, в 6 раз меньше и расходовал две трети мощности процессора Pentium II для настольных ПК в кар­тридже SEC.

Эти процессоры работали на внутреннем основном напряже­нии 1,7 В и были самыми низковольтными процессорами мобиль­ного ПК Intel, представленными до того времени. Ядро процессора на 233 МГц производило 6,8 Вт тепловой мощности, версия на 266 МГц  7,8 Вт. С дополнением кэша второго уровня мо­бильный ЦП Pentium II (233 МГц) расходовал 7,5 Вт, в то время как версия 266 МГц  8,6 Вт.

В конце января 1999 г. Intel запустила в производство новое се­мейство мобильных процессоров Pentium II, рабочее название «Dixon». Ключевое различие  размещение кэша уровня 2, который работал теперь не на половинной, а на полной частоте ЦП, на кри­сталле процессора. Хотя новые центральные процессоры, доступные со скоростями 333 и 366 МГц, имели 256 Кбайт кэша уровня 2, а не 512 Кбайт, как у предыдущего мобильного Pentium, полная эффек­тивность кэша была повышена втрое благодаря более высокой ско­рости и близости к центральному процессору.

Мобильные ЦП Pentium II (336 МГц) имели внутреннее напря­жение 1,6 В и, согласно Intel, использовали на 15% меньше мощно­сти, чем мобильный ЦП Pentium II при той же самой частоте. К се­редине 1999 г. мобильный ЦП Pentium I1 достиг скорости в 400 МГц, и часть этих процессоров была выпущена, впервые используя 0,18-мкм технологию.

Cyrix MediaGXi. В конце 1998 г. процессор MediaGXi способство­вал тому, чтобы цены на ноутбуки преодолели барьер 1000 долл. (рис. 7.21). Пригодность процессора для развертывания на малень­кой системной плате также сделала его привлекательным для исполь­зования в «мини-ноутбуках» с форматом меньше, чем А4 (sub-A4).

Была предложена виртуальная системная архитектура (Virtual System Architecture  VSA), которая заменяла традиционные воз­можности расширения, осуществленные в дополнительных картах. VSA была дополнена новыми технологиями, которые управляли мультимедиа и системными функциями процессора MediaGX  XpressRAM, XpressGRAPHICS и XpressAUDIO:

• XpressRAM дает возможность процессору избежать задержек данных, передающихся между внешним кэшем и главной па­мятью;

• XpressGRAPHICS устраняет потребность в графической карте. В традиционном ПК графика обрабатывается далеко от глав­ного центрального процессора и передается по медленной шине PCI. Однако, если графический контроллер и акселера­тор поместить на ЦП, обработка графики происходит на пол­ной скорости центрального процессора:

• XpressAUDIO берет на себя функции звуковой платы. Совмес­тимая со стандартными промышленными звуковыми платами, схема воспроизводит весь звук непосредственно от ЦП, таким образом избегая конфликтов совместимости, которые часто происходили между аудио и другими компонентами.

Мобильный ЦП Celeron. Одновременно с запуском Dixon Intel также ввела свой первый мобильный ЦП Celeron со скоростями 266 и 300 МГц. Технически эти центральные процессоры отличались от Dixon тем, что имели на плате кэш размером 128, а не 256 Кбайт.

К осени 1999 г. мобильный ЦП Celeron работал на скорости 466 МГц, что было основано на расширенной микроархитектуре Intel P6 и наличии объединенного 128 Кбайт Ь2-кэша для версий 466 и 433 МГц.

В 2001 г. Pentium III Tualatin (0,13-мкм технология) стал ключе­вым в стратегии мобильных ЦП Intel. К тому времени ноутбуки вы­пускались разнообразных типов  от полноразмерных моделей с эк­раном 15" до ультрапереносных устройств толщиной не более 20 мм и весящих от 800 до 1200 г. Различные изготовители называют такие изделия по-разному  «slimline», «thin and light», «mini-notebooks» и «sub-notebooks».

Весной 2002 г. появляются мобильные ЦП Celeron, которые ис­пользовали напряжение между 1,15 и 1,7 В в разнообразных по ско­рости образцах  до 1,2 ГГц для стандартных версий напряжения и 677 и 670 МГц для низкого и крайне низкого напряжения соответ­ственно.

Мобильные центральные процессоры AMD ЦП К6. Мобильный процессор К6-2, как и его прототип для настольных ПК, с техноло­гией 3DNow! опередил Intel, появившись на рынке задолго до того, как Pentium III предложил подобную возможность обработки 3-D, используя «Новые Команды Katmai». Мобильный ЦП AMD K6-2 получил подобным образом преимущество в секторе ноутбуков, и главные разработчики ноутбуков, включая Compaq и Toshiba, при­ступили к производству систем, основанных на мобильных Кб в на­чале 1999 г.

Мобильные процессоры AMD выпускались с разъемами Socket 7 и Super7 в керамических платах с 321 штырьком или паке­тах BGA для меньших типоразмеров и со скоростями 266, 300 и 333 МГц. Мобильный ЦП К6-2 использовал внутреннее питание в 1,8 В и рассеивал менее 8 Вт тепловой мощности при выполнении типичных приложений.

Семейство мобильных ЦП К6-2 было позже дополнено процес­сорами более высокой производительности  AMD K6-2 Р. Оба се­мейства процессоров совместно используют множество повышаю­щих эффективность конструктивных особенностей, включая техно­логию AMD 3DNow! и поддержку платформ ноутбуков Super7, которые реализуют передовые возможности: 100 МГц FSB, AGP 2х-графика, кэш уровня 2 до 1 Мбайт. К осени 1999 г. диапазон мо­бильных ЦП AMD K6-2-P был расширен, чтобы включить версию на 475 МГц (в то время самая высокая частота ЦП для ноутбуков).

В середине 1999 г. был выпушен мобильный ЦП K6-III-P, осно­ванный на расширенной микроархитектуре шестого поколения AMD и уникальной трехуровневой кэш-памяти. Он включал кэш уровня 1 (64 Кбайт), работающий на полной скорости процессора, внутреннюю память уровня 2 на 256 Кбайт, работающую на полной частоте вторичной системной шины, первичную системную шину на 100 МГц, кэш 3-го уровня на 1 Мбайт. Процессор AMD-K6-III-P содержал 21,3 млн транзисторов, использовал основное напряжение 2,2 В и был изготовлен по 0,25-мкм технологии AMD с пятью уров­нями металлических соединений. Первоначальная скорость диапа­зона до 380 МГц была увеличена до 450 МГц к осени 1999 г.

Весной 2000 г. были выпущены мобильные семейства ЦП AMD-K6-III+ и AMD-K6-2+ со скоростями до 500 МГц по 0,18-мкм технологии. В начале следующего года компания достигла другого существенного рубежа с объявлением первых процессоров седьмого поколения  мобильных ЦП Duron на 600 и 700 МГц.

Мобильный ЦП Pentium III. В октябре 1999 г. был выпущен Pentium HI (0,18-мкм технология) со скоростями 400, 450 и 500 МГц и системной шиной на 100 МГц. Процессоры демонстрировали по­вышение производительности на 100% по сравнению с предыдущи­ми самыми быстрыми мобильными ЦП Intel.

В середине 2001 г. выходит процессор Pentium III-M, основан­ный на новом ядре Pentium III (0,13 мкм), известном как «Tualatin». К весне 2002 г. выпускался широкий диапазон ЦП Pentium I1I-M. Спектр основных напряжений питания был между 1,1 и 1,4 В при частоте до 1,2 ГГц для стандартных уровней напряжения и 866 и 766 МГц для низкого и крайне низкого уровней напряжения соот­ветственно.

SpeedStep. В 2000 г. Intel вводит новую технологию мобильного процессора, которая, как ожидалось, «закроет промежуток произ­водительности» между мобильными ПК и их исторически более мощными настольными аналогами. Это  мобильный процессор двойного режима (кодовое имя «Geyserville»), который позволяет мобильному ПК работать на более высокой частоте, когда он под­ключен к сети внешнего питания, и автоматически переключаться к более низкому энергопотреблению и частоте при переходе на ба­тареи. Технология была впоследствии представлена мобильными процессорами Pentium III на 600 и 650 МГц в начале 2000 г. под названием «SpeedStep».

Технология SpeedStep предлагает мобильным пользователям два режима: максимальной производительности (Maximum Performance) и оптимизации батарей (Battery Optimised). Система автоматически выбирает, какой режим выполнять в зависимости от того, работает ли компьютер на батареях или подключен к внешнему питанию. В режиме оптимизации батарей процессор работает на частоте 500 МГц и напряжении 1,35 В, понижая энергопотребление цен­трального процессора и сохраняя заряд аккумулятора. Когда поль­зователь включает внешнее питание, ноутбук автоматически перехо­дит к режиму максимальной производительности, увеличивая на­пряжение до 1,6 В, а частоту процессора  до максимума.

Мобильный ЦП Duron. Базируемый на ядре Spitfire мобильный ЦП Duron имел особенности, аналогичные его немобильному ана­логу  «дважды ускоренной» системной шины на 100 МГц (эффек­тивная производительность 200 МГц), Ll-кэш на 128 Кбайт и L2-кэш на 64 Кбайт на чипе. Ядро чипа работает при 1,4 В (по сравнению с 1,6 В настольной версии). Центральный процессор был первоначально выпущен со скоростями 600 и 700 МГц.

Когда в середине 2001 г. Intel объявила выпуск Pentium III с ядром Tualatin (0,13 мкм), который предназначался для мобильного сектора, ответ AMD состоял в выпуске процессорных ядер (0,13 мкм) Morgan и Palomino. Они различаются размерами L2-K3-ша  64 и 256 Кбайт соответственно. Ядро Morgan используется в обычных ноутбуках под фирменным знаком Duron, в то время как ядро Palomino  в более дорогих высокоэффективных ноутбуках под новым брэндом Athlon 4. К весне 2002 г. мобильный ЦП Duron выпускался с различными частотами до 1,2 ГГц. Самый быстрый ЦП Athlon 4 достигал быстродействия 1600+.

PowerNow!. Технология AMD PowerNow! является фактически версией технологии Intel SpeedStep. Предпосылка простая: некото­рые приложения требуют меньшей мощности, чем другие.

AMD PowerNow! управляет уровнем производительности про­цессора автоматически, динамически регулируя частоту и напряже­ние питания много раз в секунду, соответственно выполняемой за­даче. Мобильный ЦП Athlon 4 предусматривает 32 уровня скоро­сти/напряжения между 500 МГц (1,2 В) и максимальной скоростью процессора. Реально из них используются от четырех до восьми уровней переключения.

Мобильный ЦП Pentium IV. ЦП Pentium Intel IV-M появился на рынке весной 2002 г. с частотой до 1,7 ГГц. В среднем он потребляет 2 Вт мощности, это достигается понижением напряжения меньше 1 В всякий раз, когда это возможно, и переключение на максимум  1,3 В только тогда, когда необходима пиковая производительность. Используется также динамическое управление мощностью (Deeper Sleep Alert State), которое обеспечивает дальнейшее сбережение энергии в течение периодов бездеятельности (они могут быть столь же краткими, как миллисекунды между нажатиями клавиш).

Centrino. Фирменный знак для мобильных процессоров Intel следующего поколения был объявлен в январе 2003 г. Centrino включает три компонента, которые сосредоточиваются на сроке разряда батарей и интеграции беспроводной технологии локальных сетей:

• процессор Pentium-M;

• семейство чипсет Intel 855;

• адаптер беспроводной ЛВС Pro/Wireless.

Процессор Intel Pentium-M  с рабочим названием «Banias» (по имени археологической достопримечательности на Ближнем Восто­ке)  не то же самое, что более ранний Pentium IV-M. Фактически новый центральный процессор объединяет некоторые из лучших особенностей более ранних проектов, чтобы получить новую мик­роархитектуру, способную к высокой эффективности при умень­шенном потреблении мощности.

Процессор поддерживает «четырежды ускоренную» первичную системную шину (FSB) на 400 МГц и команды S1MD и SIMD2. ЦП Pentium-M работает на более низких частотах, чем Pentium IV-M, первоначальные скорости составляли от 1,3 до 1,6 ГГц. По утвер­ждению Intel, Pentium-M на 1,6 ГГц предлагает эффективность, со­поставимую с Pentium IV-M (2,4 ГГц) при расходе энергии на 50% меньше.

В дополнение к новому ядру кэш уровня 1 был увеличен до 32 Кбайт (Pentium III-M  16 Кбайт), а кэш уровня 2 составляет 1 Мбайт. Однако, чтобы уменьшить потребление мощности при ис­пользовании батарейного питания, подключается то количество кэша L1, которое фактически требуется (оценивается в среднем как ¹/₃₂ полного размера кэша).

Предназначенный для работы совместно с Pentium-M, чипсет Intel 855 имеет более низкое основное напряжение по сравнению с предыдущими поколениями контроллеров памяти и использует ин­новационные особенности дизайна, чтобы уменьшить потребление мощности интерфейса памяти в течение неактивных состояний сис­темы. Чипсет выпускается в двух версиях, 855РМ и 855GM, послед­няя включает интегрированную графику.

Особенности чипсета 855:

• системная шина на 400 МГц (100 МГц х 4) обеспечивает пи­ковую пропускную способность в 3,2 Гбайт/с;

• DDR-каналы памяти с пиковой пропускной способностью 2,1 Гбайт/с;

• интерфейс AGP 4-х, позволяющий графическим контролле­рам обращаться к главной памяти со скоростью 1 Гбайт/с.

Третий компонент Centrino  Intel-адаптер беспроводной ЛВС Pro/Wireless. Сначала была обеспечена поддержка только стандарта 802.11b, затем был разработан и поставлен двухполосный адаптер 802.11Ь/802Л 1а.

Мобильный процессор Athlon 4. Перенимая практику компании Intel по завоеванию в первую очередь более дешевых секторов рын­ка, AMD в качестве первого продукта линейки Palomino выпускает процессор для портативных компьютеров Athlon 4.

Athlon 4 для мобильных компьютеров имеет те же усовершенст­вования, что и Palomino для настольных версий:

• улучшение работы аппаратной составляющей компьютера;

• улучшение показателей буфера TLB-процессора;

• полная поддержка набор команд SSE;

• уменьшенное потребление энергии;

• наличие теплового датчика для контроля температуры микро­процессора.

Процессор Intel Core 2. Объявление о преемнике двухпроцессор­ного микропроцессора Intel летом 2006 г. также подчеркнуло про­цесс объединения настольных и мобильных линеек компании. Низ­кий расход энергии является основным достижением Intel Core 2 (кодовое название «Merom»). Данный микропроцессор был внесен в список микропроцессоров с TDP при 35 Вт для стандартного вари­анта и TDP при 5 Вт для ULV-варианта. Кроме того, Intel утвержда­ла, что микросхема способна выполнить на 20% больше работы, чем Intel Due Core, при потреблении того же уровня электричества.

Мобильные процессоры Intel Core 2 Due обладают следующими новшествами:

• IDPC  сущность технологии заключается в регулировании потока энергии независимо для каждого ядра процессора, что помогает сэкономить энергию;

• IDBP  позволяет беречь энергию и улучшает срок службы аккумулятора, позволяя микросхеме понизить уровень потреб­ления энергии в низкочастотном режиме;

• EIDS с DCS  сохраняет энергию путем обновления кэш па­мяти системной памяти в режиме ожидания, понижая напря­жение на центральном процессоре.

Двухъядерный процессор Centrino. В январе 2006 г. Intel проде­монстрировал новую на тот момент платформу двуядерного процес­сора Intel Centrino Due Mobile (прежде имевшую кодовое название «Napa»), которая является третьим поколением в технологии создания мобильных компьютеров. Упрощая создание целого поколения тонких и легких персональных компьютеров, три компонента новой технологии позволят будущим портативным компьютерам Intel Due Centrino повысить производительность и срок службы аккумулятора по сравнению с предыдущими компьютерами данной линейки:

• двухъядерный процессор Intel Centrino;

• чипсет 945 Express;

• Intel Pro (беспроводное Internet соединение 3945ABG).

Двухъядерный процессор Intel (имеющий кодовое название «Yonah»)  первый мобильный двухъядерный процессор, основан­ный на 65-нм технологии. Процессор Yonah отличается небольшим увеличением размера сравнительно с Pentium M «Dothan» (90 мм² по сравнению с 84 мм² для старших версий). Относительно малень­кий прирост размера матрицы и количества транзисторов (прибли­зительно 11 млн к 152 млн) в значительной степени объясняются тем фактом, что большинство поверхности матрицы повышено за счет кэш памяти второго уровня в 2 Мбайт.

В дополнение к новой мобильной двуядерной архитектуре про­цессор Intel Centrino включает несколько инновационных особен­ностей, которые вместе устраняют недочеты, ограничивающие мультимедийную составляющую Pentium M по отношению к чипсе­там, основанным на архитектуре NetBurst. Для мультимедийной за­грузки процессор включает оптимизацию выполнения инструкций и повышение выполнения SIMD 2 (SSE2), 13 SIMD 3 инструкций (SSE3) и математический сопроцессор, выполняющий работу с пла­вающей точкой. Данная технология позволяет обрабатывать не­сколько процессов параллельно.

Другая новая особенность  разделенная кэш память второго уровня, которая позволяет активному ядру процессора получить доступ к полному объему (2 Мбайта) кэш-памяти, когда второе ядро процессора находится в режиме бездействия.

Мобильный набор микросхем 945 Express  следующее поколе­ние концентратора архитектуры Intel, используемого в портативных компьютера Intel Centrino. Как и с предыдущими наборами микро­схем Centrino, существует три типа микросхем: 945РМ  простой набор микросхем для мобильных компьютеров, 945GM  набор микросхем с интегрированной графикой и 945GMS  набор микро­схем с ультранизким напряжением и интегрированной графикой.

Как и в предыдущей версией Centrino, базовая платформа Intel Centrino Duo специфицируется на беспроводной технологии Intel Pro/Wireless 3945ABG адаптер. Совместимый со всеми тремя часто используемыми беспроводными стандартами, 802.11а, 802.11b и 802.11g, работает при частоте 2,4 ГГц и 5 ГГц со скоростями до 54 Мбит/с. Поддержка расширенных возможностей, которые дела­ют приложения больше удобными, связанными и стабильными, позволяя мобильным персональным компьютерам работать на мак­симум производительности, 3945ABG также доступны в мобильных вариантах для ноутбуков.

Turion 64  линейка 64-битовых мобильных (с низким энерго­потреблением) процессоров. Данные процессоры, включая и Turion 64 Х2, являются ответом AMD на линейку мобильных процессоров компании Intel  Pentium M и Intel Core.

Процессоры Turion 64 (кроме Turion 64 Х2) совместимы с Socket 754 и включают от 512 до 1024 Кбайт кэша 2-го уровня, 64-битовый одноканальный контроллер памяти, интегрированный на ядро, и 800 МГц шину HyperTransport. Основной акцент при позициониро­вании данного процессора на рынке делается на его энергосберегаю­щие функции, такие как PowerNow! и Cool'n'Quiet.

Turion 64 Х2  двухъядерный мобильный 64-битовый процессор AMD. Он конкурирует с процессорами Intel Core и анонсированым Core 2. Процессор Turion 64 Х2 был представлен компанией AMD 17 мая 2006 г. после нескольких задержек. Процессор устанавлива­ется в разъем Socket S1 и использует память DDR2. В Turion 64 Х2 используются более совершенные энергосберегающие технологии по сравнению с предыдущими процессорами компании.

Первые модели Turion 64 Х2 производятся с использованием 90-нм SOI процесса компании IBM (Taylor). В дальнейшем запла­нирован переход на 65-нм процесс (Tyler), вероятнее всего, на осно­ве технологии напряженного кремний-германиевого процесса.

В табл. 7.12 приводятся основные характеристики мобильных процессоров.

Оборудование расширения

Многие ноутбуки представляют собой оригинальные дизайны, совместно используя немного общих, стандартных частей. Вследст­вие этого возможности их расширения часто ограничены, а стои­мость обновления весьма высока.

Хотя в большинстве случаев используются стандартные ЦП и ОЗУ, эти компоненты помещаются на системную плату уникально­го дизайна, а затем  в корпус не менее уникального дизайна. Раз­мер препятствует внедрению стандартных элементов, подобных PCI-слотам, нишам для НЖМД и даже относительно небольших, наподобие разъемов SIMM. Вообще единственный дешевый способ расширить возможности ноутбука  использовать слоты PC Card.

Стыковочные узлы. Порт-репликатор (port replicator)  не столько устройство расширения, сколько средство более легкого обеспечения связи между ноутбуком-ПК и внешними устройствами или другими приборами. Главная причина для использования пор­та-репликатора  недолговечность соединителей ПК, которые рас­считаны только на ограниченное число стыковок. Идея репликато­ра  оставаться постоянно соединенным с настольным ПК, уста­навливать связь и поддерживать синхронизацию между мобильным вычислительным устройством типа ноутбуков и КПК (PDA) и на­стольным ПК.

Настольный стыковочный узел (рис. 7.22, а), или докинг-станция (docking station), идет дальше, добавляя мобильному вычисли­тельному устройству возможности расширения настольных ПК. Полный стыковочный узел может содержать любые слоты расшире­ния и ниши для НЖМД, внешние интерфейсы (IDE, SCSI, PCA), интерфейсы монитора и пр.

Интерфейсы расширения. В начале 1990-х гг. быстрый рост рын­ка мобильных компьютеров инициировал развитие более компакт­ных, легких и портативных инструментальных средств для обработ­ки информации. Одним из наиболее удачных новшеств была техно­логия PC Card. Гибкость и многосторонность PC Card быстро сделали их стандартным оборудованием в мобильных компьютерах.

Первоначальный стандарт PC Card (выпущенный в 1990 г.) оп­ределяет интерфейс с 68 штырьками между периферийной картой и гнездом ее включения (рис. 7.22, 6) (см. также табл. 2.3).

Начиная со стандарта PC Card, появилось множество новых интерфейсов расширения, облегчающих подключение внешних устройств, расширение памяти или обеспечение сетевой связи (рис. 7.23):

• Springboard  интерфейс, разработанный Handspring для уст­ройств Visor (карманные компьютеры). Карта имеет наиболь­ший физический объем среди периферийных карт. Она также обеспечивает самую высокую скорость передачи данных, по­тому что позволяет устройству ввода-вывода соединяться не­посредственно с шиной процессора, а также может иметь соб­ственную батарею питания;

• CompactFlash  индустриальный стандарт интерфейса расши­рения для портативных устройств. Широко распространена, и, хотя размер карты является относительно малым, она обеспе­чивает достаточно места, чтобы осуществлять множество функций. Популярный интерфейс для добавления памяти цифровым камерам или портативным проигрывателям МРЗ. Кроме того, последовательные порты, модемы, сетевые карты Ethernet, приложения сотовой связи, приемники спутниковых программ и устройства GSP (Система Глобального Позицио­нирования) реализуются на Compact Flash-картах;

• SmartMedia: в настоящее время изготовляется Toshiba и Samsung. Toshiba, являясь владельцем торговой марки, сделала спецификацию доступной бесплатно в промышленности в расчете на создание стандарта де-факто. Не все SmartMedia-карты взаимозаменяемы, поскольку некоторые требуют 5,0 В от присоединяемого устройства, другие  3,3 В, а третьи мо­гут приспособиться к любому напряжению;

• Memory Stick: разработанный Sony и Fujitsu, носитель имеет сравнительно маленький размер и может использоваться для относительно немногих функций. Самое обычное использо­вание  среда памяти. Существует формат Memory Stick, поддержанный индустрией музыки под названием «волшеб­ные ворота» (Magic Gate). Эта разработка удовлетворяет спе­цификации Secure Digital Music Initiative (SDMI), разрабо­танной для ограничения пиратского копирования и распро­странения защищенного авторским правом содержания через Internet;

• MultiMediaCard. Созданный в соответствии с объединенным соглашением между Siemens, Hitachi и SanDisk, интерфейс имеет размер почтовой марки и предназначен, чтобы обеспе­чить носитель данных для портативных проигрывателей МРЗ;

• Secure Digital (SD) Memory Card. Летом 1999 г. SanDisk и Toshiba достигли соглашения о том, чтобы совместно опреде­лить и развивать версию формата MultiMedia Card, получив­шего известность как SD Memory Card. Формат SD включает уникальные патентованные функции защиты, встроенные в контроллер карты, которые облегчают безопасный обмен со­держанием между устройствами и картой. Уровень защиты был усилен, чтобы удовлетворить сегодняшние и будущие тре­бования SDMI к портативным устройствам. SD-интерфейсы совместимы с MultiMediaCard.

Из-за ограничений в размере и электропитании интерфейсы PC Card не встраивают в устройства КПК. Вместо этого они реализу­ются в стыковочных узлах, прилагаемых к КПК. Поскольку слоты PC Card широко распространены среди портативных компьютеров, PC Card часто используются как адаптеры для других карт расши­рения меньших размеров. Например, карта адаптера PC Card-to-CompactFlash позволяет CompactFlash-карте быть вставленной в PC Card. Подобные адаптеры были разработаны также для карт Memory Stick, MultiMediaCard, Secure Digital и SmartMedia.

Карманные ПК

КПК Psion. Карманные ПК (КПК или PDA - Personal Digital Assistant) получили широкое распространение с конца 1990-х гг. (рис. 7.24). Общепризнанно, что «основателем жанра» КПК является британская компания Psion, выпустившая электронный органай­зер в 1984 г. Psion 1 имел размеры 142 × 78 × 29,3 мм (почти в пачку сигарет), массу 225 г и базировался на 8-бит технологии, обладал 10 Кбайт энергонезависимой символьной памяти в картриджах, имел два слота для картриджей, ЖК-дисплей на 16 символов, часы/календарь. Функции: база данных с возможностью поиска, сервисный пакет с математическими функциями, собственный язык программирования OPL (подобный Бэйсик).

Во второй половине 1980-х гг. было продано более 500 тыс. КПК, в том числе Psion II с характеристиками  64 Кбайт ROM, 32 Кбайт ОЗУ, текстовый дисплей 4 × 20.

Второе поколение  серия 3а, запущена в 1993 г. и основана на микропроцессоре на 16 бит, имела дисплей 40 × 8 символов, клавиа­туру с 58 клавишами. Здесь впервые была реализована возможность связываться с настольным ПК и синхронизировать данные между этими двумя средами.

Третье поколение (32 бита), серия 5, начала выпускаться в 1997 г. и имела наибольший экран  640 × 240 пикселей (16 оттен­ков) и клавиатуру, но этого оказалось недостаточным, чтобы пре­дотвратить потерю позиции лидерства на рынке КПК после выпус­ка фирмой 3COM инновационного ряда устройств PalmPilot.

КПК PalmPilot. В 1996 г. Palm Computing, Inc  тогда входила в US Robotics (с 1999 г.  в 3COM)  выпустила Pilot 1000 и Pilot 5000. Разработанные как изделие-компаньон для ПК, они дают воз­можность мобильным пользователям управлять их распорядком, встречами и другой важной личной и деловой информацией в удаленном режиме, автоматически синхронизируют информацию с персональным компьютером в локальном режиме или по сети.

Размеры первых устройств были с колоду игральных карт, а к 1999 г. стали еще меньшими  Palm массой 115 г, размером 115 × 77 × 10 мм имел экран с задней подсветкой 160 × 160 пикселей и универсальный набор программного обеспечения. Простота в экс­плуатации и функциональные возможности сделали эти КПК фак­тическим стандартом в данном секторе рынка. Большинство КПК предлагает следующий ряд услуг: дневник/планировщик; список не­отложных дел; телефонно-адресная книга; записная книжка; фи­нансовая математика; калькулятор; будильник (таймер); мировое время; диспетчер файлов; запись речи; ввод графических данных и распознавание символов; синхронизация данных; подключение принтера.

Хотя выбор КПК все время увеличивается, основными операци­онными системами являются три  СЕ Windows, EPOC, PalmOS.

КПК стали привлекательными для многих пользователей ПК в связи со способностью перемещать данные между карманным уст­ройством и настольным ПК (синхронизировать данные между мо­бильными и настольными системами). В ранних версиях взаимо­связь осуществлялась через последовательный порт. Современные КПК обеспечивают связь через инфракрасный порт или стыковоч­ный узел.

В связи с их малым размером ввод данных в КПК требует или крошечной клавиатуры (они слишком малы для печатания слепым методом), или некоторой системы распознавания почерка (труд­ность в том, чтобы заставить их работать эффективно). Одно из ре­шений проблемы распознавания почерка была система Graffiti (Palm, 1995 г.), использовавшая сенсорный экран и упрощенный алфавит, для обучения которому для ввода данных требовалось примерно 20 мин. Кроме того, промежуточным вариантом являлся сенсорный экран с виртуальной клавиатурой, нажатие на которую осуществлялось стилом (с тем же недостатком  отсутствие слепой печати).

Система Graffiti использовала метод распознавания отдельных слов, однако она была не единственной. Apple в своих PDA Newton (1993 г.) и eMate (1997 г.) использовала подход, который был на­много более «интеллектуальным». Предполагалось «изучать» способ, которым пользователь пишет, на основе некоторых стандартных ис­пытательных сценариев и диалоговых обучающих программ. Это повышает эффективность, поскольку система распознает все боль­ше стилей почерков пользователей. Однако, как показало развитие системы, Newton был дорогостоящей ошибкой для Apple. Несмотря на то, что технология распознавании почерка Newton продвинулась стремительно за время, начиная с ее появления, она так и не стала быстрой или достаточно надежной. В 1998 г. Apple объявила о ре­шении прекратить развитие операционной системы Newton. Успеху Graffiti, с другой стороны, подражали другие разработчики: про­грамма Jot, выпущенная Communication Intelligence Corporation (CIC) и CalliGrapher (разработчик  ParaGraph)  две из таких сис­тем, обычно используемые в КПК и работающие с ОС СЕ Windows и EPOC. В табл. 7.13 и 7.14 приводятся характеристики некоторых образцов портативных и карманных ПК.

Технологии глобальных систем позиционирования (GPS)

В настоящее время наблюдается широкое применение спутни­ковых систем, предназначенных для определения параметров про­странственного положения объектов. Сегодня применяются две системы второго поколения  американская GPS (более точно она называется GPS/NAVSTAR, Global Positioning System  глобальная система позиционирования), и российская ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система).

Глобальная система позиционирования (GPS) была разработана для Министерства обороны США (Department of Defense  DOD) и состоит из 28 спутников, первый из которых был запушен в нача­ле 1978 г. Каждый спутник весит около 2000 фунтов и имеет размер приблизительно 17 футов (с солнечными батареями). Мощность пе­редатчиков, излучающих сигналы, улавливаемые специальными уст­ройствами, содержащими GPS-приемники,  50 Вт или менее, с передачей на трех различных частотах. Каждый спутник, как ожида­ется, будет функционировать приблизительно 10 лет, после этого заменяться.

Система работает на принципе триангуляции,  зная свое рас­стояние до трех или более спутников, абонент может вычислить свою позицию, решая систему уравнений. Информация от трех спутников необходима, чтобы определить долготу и широту на из­вестной высоте, четыре спутника необходимы, чтобы также опреде­лить высоту. Существует два типа сигналов  для военного исполь­зования (точность до 5 м) и для частных лиц (точность до 100 м). До недавнего времени американские военные не давали полного досту­па к GPS частным пользователям. Существовала система заглушки качества точности сигнала для частных приемников или «селектив­ный доступ» (SA). В настоящее время режим селективного доступа отменен («Заявление Президента относительно решения Соединен­ных Штатов Америки прекратить снижение точности глобальной системы позиционирования», Белый Дом. Офис Пресс-секретаря. 1 мая 2000 г.).

Однако периодически те или иные ограничения возобновляют­ся. Например, во время боевых действий в Афганистане Миноборо­ны США объявило о том, что ему удалось добиться локального пре­кращения функционирования системы GPS, что принципиально важно для США, поскольку талибы чрезвычайно активно пользова­лись системой GPS.

ГЛОНАСС  государственная система, разработанная для нужд Министерства обороны СССР (РФ) и гражданского использования. Она предназначена для сообщения точной координатно-временной информации воздушным, морским, наземным и космическим по­требителям в любой точке Земли независимо от метеоусловий.

ГЛОНАСС состоит из 24 спутников. Они находятся в заданных точках на высоких орбитах. Спутники непрерывно излучают в сто­рону Земли специальные навигационные сигналы. Любой человек или транспортное средство, оснащенные специальным прибором для приема и обработки этих сигналов, могут с высокой точностью в любой точке Земли и околоземного пространства определить соб­ственные координаты и скорость движения, а также осуществить привязку к точному времени.

Первый запуск спутника по программе ГЛОНАСС (Космос 1413) состоялся 12 октября 1982 г. Система ГЛОНАСС была официально принята в эксплуатацию 24 сентября 1993 г. распоряжением Прези­дента Российской Федерации 658рпс с неполной комплектацией ор­битальной структуры при условии развертывания штатной орбиталь­ной структуры (24 спутника) в 1995 г. Постановлением Правительст­ва РФ от 7 марта 1995 г. № 237 были организованы работы по полному развертыванию орбитальной структуры (24 спутника), обес­печению серийного производства навигационной аппаратуры и представлению ГЛОНАСС в качестве элемента международной гло­бальной навигационной системы для гражданских потребителей.

Спутники системы ГЛОНАСС непрерывно излучают сигналы, которые подразделяются на два типа:

• навигационный сигнал стандартной точности (СТ) в диапазо­не L1 (1,6 ГГц);

• навигационный сигнал высокой точности (ВТ) в диапазонах L1 и L2(l,2 ГГц).

ВТ предназначен для МО и не используется гражданскими ли­цами (это противозаконно). Вопрос о предоставлении ВТ в частное пользование находится в рассмотрении. Информация, принимаемая навигационным приемником СТ, доступна для гражданского поль­зования в любое время при любой метеообстановке.

С помощью приемника ГЛОНАСС возможно получить следую­щую информацию о:

• горизонтальных координатах с точностью 28 м (вероятность 95%);

• вертикальных координатах с точностью 60 м (вероятность 95%);

• составляющих вектора скорости с точностью 15 см/с (вероят­ность 99,7%);

• времени с точностью до 0,7 мкс (вероятность 99,7 %).

Для того чтобы определить координаты объекта и точное время, необходимо, чтобы приемник ГЛОНАСС улавливал сигналы по меньшей мере четырех спутников данной системы.

Определение координат базируется на измерении дальности сигнала от спутника до приемника и скорости его движения. Одно­временно с приемом данных приемник производит обработку сиг­налов меток времени и цифровой информации, поступающих со спутника. В результате обработки информации определяются три координаты местоположения объекта, скорость его движения и осу­ществляется привязка шкалы времени потребителя к высокоточной шкале Координированного всемирного времени (UTC).

Европейский проект Galiileo. Государства-члены Европейского союза последнее время активно обсуждают планы создания собст­венной системы GPS. Стоимость построения системы, названной Galiileo и которую планируется полностью развернуть к 2008 г., оце­нивается в три миллиарда долларов. Galiileo позволил бы Европе быть более независимой от США как в военной области, так и в промышленной. Координацию работ над проектом Galileo выпол­няют Европейское космическое агентство (ESA) и Евросоюз в лице Еврокомиссии.

Под угрозой оказаться «локально отключенной» от американ­ской, изначально военной системы GPS, Европа решила создать Galiileo. Помимо чисто политических мотивов в построении собст­венной системы у Европы есть и определенные экономические ин­тересы. Планируемая европейская система превосходит по своим показателям существующую американскую, и если Galiileo постро­ить к 2008 г., новое поколение американской GPS еще не будет за­пущено. Только в этом случае проект Galliieo может стать прибыльным и окупить вложенные в него средства. Если же промедлить, то система появится слишком поздно и будет уже неинтересна пользо­вателю.

Орбитальная группировка Galileo будет состоять из 30 спутни­ков: 27 основных и трех резервных, необходимых на тот случай, если какой-либо из основных спутников выйдет из строя. Спутники будут располагаться на трех круговых орбитах на высоте в 23 616 км над поверхностью Земли. Наклон орбиты по отношению к экватору составит 56°. Такая конфигурация должна обеспечить наиболее эф­фективное покрытие всей территории планеты. В отличие от глав­ного своего конкурента  американской системы GPS  Galileo бу­дет решать исключительно гражданские задачи.

GPS и КПК. Развитие рынка КПК в 1990-х гг. привело к появ­лению многообразия приложений. Одна из самых интересных но­вых областей развития, как из-за ее врожденной применимости для мобильного пользователя, так и потому, что это превосходный при­мер эксплуатации пересекающихся технологий,  системы контро­ля маршрута движения.

Эти программные пакеты позволяют пользователям планиро­вать их поездку, настраивать карты, направление и траекторию дви­жения, путешествуют ли они сушей, морем или воздухом, безотно­сительно от вида транспорта.

Приложение «Route Planner», разработанное Palmtop Software (Великобритания) и доступное для всех трех конкурирующих плат­форм (ОС), является хорошим примером (рис. 7.25). Пользователь задает необходимый маршрут движения, указывая курсором точки на карте или вводя имена пунктов старта и финиша. Интересующие достопримечательности или места, которые следует избегать, могут быть введены прежде, чем маршрут будет вычислен.

Любой участок дорожной карты может быть отображен в любом масштабе и на любом уровне детализации. Названия, координаты, маршруты, символические обозначения и масштабы могут быть отображены разнообразными способами. Точно так же управляю­щие команды могут быть отображены в нескольких форматах «есте­ственного языка» и в различных степенях подробности. Поскольку КПК постоянно подключен к приемнику спутниковой связи GPS, позиция путешественника на карте будет обновляться в процессе движения. Многооконное представление информации позволяет отображать продвижение по маршруту в то же самое время, как и показ инструкций для водителя.

Контрольные вопросы

1. Что такое синхронный и асинхронный каналы передачи?

2. Охарактеризуйте проводные и беспроводные пинии связи.

3. Каковы характеристики оптических линий?

4. Назовите методы модуляции.

5. Перечислите типы протоколов модемов и приведите примеры.

6. Что такое команды модемов?

7. Охарактеризуйте систему цифровой связи ASDL.

8. Опишите общие свойства систем xSDL.

9. Что такое модем ASDL?

10. Перечислите уровни модели взаимодействия открытых систем.

11. Какие топологии сетей вам известны?

12. В чем отличие стандартов FDDI и Token-Ring?

13. Опишите версии сетей Ethernet.

14. Перечислите варианты клиент-серверных архитектур.

15. Назовите компоненты сетевого оборудования.

16. Что такое Категории кабеля «витая пара»?

17. Перечислите методы организации сети внутри здания.

18. Охарактеризуйте основные особенности процессоров мобильных ПК.

19. В чем заключаются функции средств и интерфейсов расширения мо­бильных и карманных ПК?

Заключение

Процесс информатизации и создание информационной среды, охватывая материальное производство, социальную сферу, а также услуги, включает в себя: создание информационных техники и тех­нологий, обеспечивающих производство, обработку и распростране­ние информации; разработку инфраструктуры, обеспечивающей применение и развитие средств и процессов информатизации; про­изводство самой информации, информационных продуктов и услуг.

К инфраструктуре информатизации относятся:

• система коммуникаций, вычислительных средств и сетей, обеспечивающих взаимодействие между собой информацион­ных объектов и технологий;

• программные средства, поддерживающие функционирование комплексов аппаратуры;

• информационные средства и базы данных; система подготов­ки кадров, способных эффективно использовать эти техноло­гии; экономические и правовые механизмы, способствующие эффективному развитию процесса информатизации.

Создание современной инфраструктуры информатизации долж­но обеспечивать пользователям широкий набор информацион­но-вычислительных услуг с доступом к локальным и удаленным ма­шинным ресурсам, технологиям и базам данных.

Информационными ресурсами являются формализованные идеи и знания, различные данные, методы и средства их накопле­ния, хранения и обмена между источниками и потребителями ин­формации. При этом под информацией понимаются сведения об объективно существующих объектах и процессах, а также их связях и взаимодействии, доступные для практического использования в деятельности людей. Задача информатизации состоит в сокращении различных видов материальных, энергетических, финансовых и дру­гих потоков за счет их частичной замены и компенсации информа­ционными потоками. Для этих целей применяются информацион­ные системы, реализующие соответствующие информационные тех­нологии.

Методы и средства информатики доходят до потребителя в виде информационных технологий. На всех этапах развития общества

информационные технологии обеспечивали информационный об­мен между людьми, коллективами, институтами, отражали соответ­ствующий уровень и возможности систем регистрации, хранения обработки и передачи информации и, по существу, являлись синте­зом методов оперирования человека с информацией в интересах той или иной сферы его деятельности.

Литература

1. Computing & Multimedia. Словарь. М.: Внешсигма, 1996.

2. Dictionary of Computing (Data Communication, Hardware and Software Basics, Digital Electronic) Ed. by Frank J. Galland, John Wiley & Sons, Datology Press Ltd, Windsor, England, 1983.

3. PC 99 System Design Guide, Microsoft Press, 1998.

4. PC 2001 System Design Guide. A Technical Reference for Designing PCs and Peripherals for the Microsoft Windows Family of Operating Systems, (c) 1999 2000 Intel Corporation and Microsoft Corporation. All rights reserved.

5. Аппаратные средства PC / 2-е изд., перераб. и доп. / К. Айден, О. Колесниченко и др. СПб.: BHV-Санкт-Петербург, 1998.

6. Айден К, Фибельман X., Драмер М. Аппаратные средства IBM PC. СПб.: BHV-Санкт-Петербург, 1996.

7. Аскеров Т. М. ЭВМ и программное обеспечение. Часть I. Тех­нические средства ЭВМ: учеб. пособие / под общ. ред. К. И. Курба-кова. М.: Изд-во Рос. экон. акад. им. Г. В. Плеханова, 1999.

8. Мультимедиа для всех / А. Борзенко и dp. M.: Компьютер­Пресс, 1996.

9. Терминологический ог.оварь по автоматике, информатике и вычислительной технике / В. В. Зотов и др. М.: Высш. шк., 1989.

10. Каган Б. М. Электронные вычислительные машины и систе­мы. М.: Энергоатомиздат, 1991.

11. Казаков С. И. Основы сетевых технологий. 1998.

12. Кирмайер М. Мультимедиа. СПб., 1994.

13. Курбаков К И. Информационный ресурс и национальная система баз данных и баз знаний высшей школы России // Пробле­мы информатизации. 1993. № 34. С. 7389.

14. Основы информатики: учеб. пособие для абитуриентов эко­номических вузов / К. И. Курбаков, Т. Л. Партыка, И. И. Попов, В. П. Романов. М.: Экзамен, 2004.

15. Максимов Н. В., Попов И. И. Компьютерные сети: учеб. посо­бие. М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2003.

16. Максимов П. В., Партыка Т. Л., Попов И. И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: учеб. пособие. М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2004.

17. Методы, системы, стандарты // Мир связи и информации. Connect. I996. № 12. С. 54-55.

18. Иадточий А. И. Технические средства информатизации: учеб. пособие / Под общ. ред. К. И. Курбакова. М.: КОС-ИНФ, Рос. экон. акад., 2003.

19. Нортон П. Программно-аппаратная организация IBM PC. М., 1991.

20. Нортон П., Сандлер К., Батпей Т. Персональный компьютер изнутри М.: Бином, 1995.

21. Олифер В, Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. СПб.: Питер, 2000.

22. Партыка Т. Л., Попов И. И. Операционные системы, среды и оболочки. М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2003.

23. Попов И. И., Храмцов П. Б., Максимов Н. В. Введение в сете­вые информационные ресурсы и технологии: учеб. пособие. М.: РГГУ, 2001.

24. Скотт Мюллер. Модернизация и ремонт персональных ком­пьютеров. М.: Бином, 1997.

25. Стерлинг, Дональд Дж. Волоконная оптика. Техническое ру­ководство. М.: ЛОРИ, 1998.

26. Толковый словарь по вычислительным системам / Под ред. В. Иллингуотера и др. М.: Машиностроение, 1990.

27. Фролов А. В., Фролов Г. В. Локальные сети персональных компьютеров. Монтаж сети, установка программного обеспечения. Т. 7. М.: Диалог-МИФИ, 1994.

28. Фролов А. В., Фролов Г. В. Модемы и факс-модемы. М.: Диа­лог-МИФИ, 1995.

29. Фролов А. В., Фролов Г. В. Программирование модемов. М.: Диалог-МИФИ, 1993.

30. http://www.pctechguide.com

31. http://www.wikipedia.org