Реферат: Что такое мультимедийный компьютер?

Однако все большую популярность приобретают модули памяти типа DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM – синхронная память с удвоенной передачей данных). Такая память обеспе­чивает максимальную полосу пропускания только в случае передачи единых массивов данных. При работе с разрозненными данными производительность резко падает, но все равно превос­ходит показатели обычной SDRAM. Пиковая полоса пропускания памяти DDR SDRAM дости­гает 2100 Мб/с при частоте системной шины 133 МГц.

Видеокарта

Бурное развитие и внедрение в качестве стандарта де-факто графического интерфейса опе­рационных систем, прикладных и игровых программ явилось стимулом к появлению нового поколения видеоадаптеров, которые принято называть «графическими ускорителями». Обычно под этим понятием подразумевают, что многие графические функции выполняются в самом видеоадаптере на аппаратном уровне. Так как эти функции связаны с рисованием графических примитивов (линий, дуг, окружностей и прочих фигур), заливкой цветом участков изображения, перемещением блоков (например, окон), то есть с обработкой графики в двух измерениях на одной плоскости, то такие ускорители получили обозначение 2D-ускорителей.

Трехмерные (3D) ускорители из разряда экзотического профессионального оборудования перешли в массовый сектор благодаря опять же новым программам, прежде всего игровым, по­требовавшим обсчета и построения трехмерных (объемных) изображений на экране монитора в реальном времени. Поначалу они выпускались в виде отдельных плат, занимавших отдельный слот PCI. Сейчас 2D/3D ускорители установлены на самой плате видеоадаптера.

Работа с графикой – одна из самых трудных задач, которые приходится решать мультиме­дийному компьютеру. Сложные изображения, миллионы цветов и от­тенков… Поэтому нет ничего удивительного, что для этой работы приходится устанавливать в компьютер фактически второй мощ­ный процессор. Он находится на видеокарте и предназначен для того, чтобы разгрузить центральный процессор при обра­ботке графики.

Еще несколько лет назад перечень обязательных функций видеокарт состоял только из одной позиции – работа с обычной двумерной графикой. И именно исходя из быстроты и качества работы в 2D-режиме они оценивались.

Сегодня ситуация изменилась: все современные видеокарты способны быстро и качественно обрабатывать двумерную графику и ждать каких либо продвижений в этой области уже не стоит. Однако у видеокарты появились новые обязанности. Первая и обязательная для всех современных видеоадаптеров – поддержка объемной, трехмерной графики, то есть наличие 3D-ускорителя. Среди дополнительных функций – возможность приема телевизионного сигнала (встроенный TV-тюнер), аппаратное декодирование и воспроизведение VideoCD и DVD-дисков, наличие TV-входа/выхода.

Устройство и принцип работы

Современная видеокарта включает в себя следующие основные компоненты:

·     SVGA-ядро

·     Ядро 2D-ускорителя

·     Ядро обработки 3D-графики

·     Видеоядро

·     Видео BIOS

·     Контроллер памяти

·     Видеопамять

·     Интерфейс главной шины

·     Интерфейс внешнего порта ввода-вывода

·     RAMDAC – цифроаналоговый преобразователь с собственной памятью с произвольным доступом.

Последний компонент отвечает за формирование окончательного изображения на мониторе, то есть преобразует результирующий цифровой поток данных, поступающих от других элементов видеоадаптера, в уровни интенсивности, подаваемые на соответствующую электронную пушку (красную, зеленую, синюю) электронно-лучевой трубки монитора.

Один из первых RAMDAC был разработан фирмой IBM в 1985 году и обеспечивал вывод изображения с разрешением 320х200 точек при цветовом охвате 8 бит. В дальнейшем схемотехника RAMDAC быстро развивалась и сегодня стандартом считается RAMDAC, обеспечивающий разрешение 1600х1200 точек при 32-битном цвете на частоте 75-85 Гц. Обязательным стало требование поддержки режима Direct Color, то есть прямого доступа к элементам DAC. Это позволяет создавать независимые таблицы для каждого из трех основных цветов и, тем самым, компенсировать цветовые искажения, вносимые электронной частью монитора. Такой эффект правки цвета получил название гамма-коррекции.

Качество получаемого изображения в решающей степени зависит от таких характеристик RAMDAC, как его частота, разрядность, время переключения с черного на белый и обратно, варианта исполнения (внешний или внутренний).

Частота RAMDAC говорит о том, какое максимальное разрешение при какой частоте кадровой развертки сможет поддерживать видеокарта. (см. таблицу)

Современными можно считать RAMDAC с частотой не ниже 170 МГц.

Разрядность RAMDAC говорит о том, какое цветовое пространство способен охватывать видеоадаптер. Большинство микросхем этого типа поддерживает представление 8 бит на каждый канал цвета, что обеспечивает отображение около 16,7 млн. цветов. За счет гамма-коррекции исходное цветовое пространство расширяется еще больше. В последнее время появились RAMDAC с разрядностью 10 бит по каждому каналу цвета, охватывающие более миллиарда цветов.

Обычно не афишируемым, а зачастую и замалчиваемым производителями параметром является Slew Rate. Это время, в течение которого электронный луч пушки кинескопа монитора включается, достигает максимальной яркости на отдельном пикселе и выключается (переключение черного сигнала на белый и наоборот). При установке параметров монитора в режим высокого разрешения при высокой частоте кадровой развертки случается, что не успевший полностью погаснуть луч переводится на следующий пиксель (или не достигший требуемой яркости луч перескакивает дальше). В результате изображение становится размазанным. Такой эффект получил название «замыливание» и встречается, к сожалению, довольно часто.

Трехмерная графика

Пространственная компьютерная графика часто называется трехмерной, или 3D-графикой. В обыденной жизни мы практически каждый день сталкиваемся с объектами, созданными либо средствами компьютерной 3D-графики, либо на основе трехмерных виртуальных моделей: телевизионные заставки и реклама, спецэффекты, персонажи и предметы в кинематографии и т.д.

Конечно же, чаще всего с объемной графикой сталкиваются пользователи мультимедийных компьютеров. Чаще всего это компьютерные игры и мультимедийные приложения.

Создание объемного, реалистичного изображения – задача непростая. Фактически, видеокарте приходится выполнять несколько сложных операций. 3D-ускоритель должен построить каркас каждого трехмерного объекта и быть готовым в любой момент показать его с любой точки зрения (сверху, сбоку, под углом). Причем набором нескольких основных видов тут не обойтись – важно не просто показать объект с четырех сторон, но и, что самое главное, воссоздать на экране его реальный объем.

Но воссоздание объема – не самая сложная задача. Ведь даже самая объемная фигура будет выглядеть бледно и бесцветно, если не наложить на нее текстуру. То есть просто раскрасить используя множество цветных объектов, как бы завернуть в фантик. Причем в реальном времени и весьма динамично.

И, наконец, третья область, в которой незаменим 3D-ускоритель – игровые спецэффекты. Туман, пламя, взрывы, отражение в воде или зеркале, тени и множество других.

Для работы с трехмерной графикой обычно используют специализированные прикладные программные библиотеки. Они очень важны потому, что производительность и качество работы видеокарты во многом зависит от поддерживаемых ей библиотек.

Библиотека OpenGL пришла на платформу PC из сферы графических станций во многом благодаря игре Quake, использовавшей несколько упрощенный ее вариант. Наличие поддержки этой библиотеки у видеоадаптера очень желательно, так как многие программы оптимизированы под OpenGL.

Библиотека Direct3D является частью программного интерфейса Microsoft DirectX и поддерживается практически всеми ускорителями. Начиная с шестой версии  технология Direct3D является по своим возможностям достойным конкурентом OpenGL.

Glide – собственная библиотека фирмы 3Dfx, временно завоевавшая популярность благодаря бурному распространению ускорителей Voodoo Graphics. Она слабо поддерживается другими ускорителями и, видимо, в ближайшее время сойдет со сцены.

Трехмерными ускорителями оснащены сегодня практически все видеокарты, ведь по требованиям спецификации PC 2001 мультимедийный компьютер должен иметь видеоадаптер со встроенным 3D-ускорителем.

Форм-фактор

На сегодняшний день существует два формата видеокарт – PCI и AGP.

PCI – достаточно старый и устаревший стандарт видеокарт для компьютеров, выпущенных до эпохи Pentium II. Видеокарты, исполненные в формате PCI, уже не выпускаются, однако их еще можно встретить на многих компьютерах.

Интерфейс AGP значительно быстрее, чем старый PCI, а главное дает возможность видеоадаптеру задействовать основную оперативную память компьютера для размещения текстур в трехмерных играх. Видеокарты, выполненные именно в формате AGP, должны быть установлены на домашнем компьютере по стандарту PC 2001. AGP-слот имеется на любой материнской плате для процессоров Pentium II и старше.

Монитор

«Самой важной частью ПК» можно назвать многие детали компьютера. И монитор в этом ряду – один из первых. Все-таки именно с его экраном мы контактируем постоянно в процессе работы на компьютере. И отсюда – именно к монитору предъявляются едва ли не самые строгие требования в области эргономики и безопасности для человека.

Во-первых, монитор должен быть максимально безопасным для здоровья человека по уровню всевозможных излучений, а также по ряду других показателей.

Во-вторых, монитор должен обеспечивать возможность не просто безопасной, но и комфортной работы, предоставляя в распоряжение пользователя качественное изображение.

Мониторы на электронно-лучевой трубке

Параметры монитора определяются характеристиками электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) и качеством элементов, управляющих видеотрактом. Причем основная доля ответственности здесь лежит на ЭЛТ. Нередко на основе одной трубки производители выпускают мониторы для разных ценовых категорий, лишь меняя их электронную начинку. В свою очередь, параметры ЭЛТ во многом зависят от избранной технологии производства. Причем сложность современных технологий производства ЭЛТ такова, что освоить их, а затем и продолжить исследования могут только крупные производители. Именно поэтому изготовителей собственно ЭЛТ во всем мире можно пересчитать по пальцам. Остальные фирмы, выпускающие мониторы, устанавливают на свои изделия уже готовые трубки.

Принципиально конструкция ЭЛТ для мо­нитора совпадает с телевизионным кинеско­пом. В горловине стеклянной колбы, дно ко­торой покрыто слоем люминофора, установ­лена электронная пушка, испускающая по­ток электронов. Такой поток отклоняется в нужном направлении электромагнитным полем отклоняющей системы и затем, про­ходя через теневую маску, установленную перед дном колбы, попадает на люминофор, вызывая его свечение.

В цветных мониторах для формирования изображения применяют отдельные пушки для каждого из основных цветов (красный, зеленый, синий), а слой люминофора составляют из близко расположенных группами по три (так же в сочетании красный, зеленый, синий) точек цветного люминофора.

Для точного попадания в заданную точку люминофора слишком широкий электронный луч необходимо сузить до заданных пределов. Это осуществляется установкой перед люминофорным покрытием теневой маски, имеющей отверстия с размерами, близкими к поперечному размеру единичной точки люминофора. В зависимости от типа маски и характера отверстий различают три основных технологии:

·     Трехточечная (дельтовидная) теневая маска

·     Апертурная решетка

·     Щелевая маска

Каждая из технологий имеет свои преимущества и свои недостатки.

Трехточечная теневая маска относится к наиболее старым техническим решениям, однако она не утра­тила своей актуальности. Физически представляет собой пер­форированный металлический лист, распо­ложенный пе­ред люминофором. Расстояние между группами соседних точек таково, что маскируются все паразитные излуче­ния, обеспечивается попадание луча от каждой электрон­ной пушки в свой люмино­фор. Экран (то есть дно колбы и маска) такой трубки как бы вырезан из гигантской сферы для обеспечения некоторой расходимости лучей. В последнее время за счет улучшения отклоняющих сис­тем удается выпус­кать трубки с практически плоской поверхностью эк­рана. Традиционно считается, что мониторы с трехточечной теневой маской лучше воспроизво­дят текст, имеют высокую контрастность. К недостаткам относят понижен­ную точность цвето­передачи и меньшую яркость. Однако в современных моделях таких трубок от известных про­изводителей эти недостатки сведены к минимуму.

Апертурная решетка обязана своим появлением фирме Sony. Функции маски в ЭЛТ выпол­няют расположенные вертикально сверхтонкие проволочные нити (апертурная решетка). Попе­рек размещают всего две нити, обеспечи­вающие жесткость конструкции. Соответст­венно и люмино­фор на дне колбы располага­ется в виде вер­тикальных чере­дующихся сверхтонких поло­сок разных цве­тов. В результате экран получается как бы вырезанным из огромного верти­кального цилиндра. Особенности техноло­гии позволяют увеличить процент электронов, попадающих на люминофор, и добиться лучшей яркости изображения.

Мониторы с трубками на основе апертурной решетки традиционно привлекают специалистов при работе с графи­кой, требующей ярких и чистых цветов. Однако некоторые профессионалы считают недостатком сравнительно невысо­кую контрастность и наличие двух темных полосок на эк­ране (тень от поперечных проволочек).

Последней по времени разработки явилась технология ще­левой маски, продвигаемая фирмой NEC. Под торговой мар­кой ChromaClear были выпущены ЭЛТ, в которых теневая маска образована продольными щелями. Соседние триады рядов таких щелей смещены по вертикали, образуя решетку с расположением элементов в шахматном порядке. По сути дела, в технологии щелевой маски удалось совместить досто­инства предыдущих конструкций, почти избавившись от их недостатков. Специалисты признают, что решение NEC явля­ется наилучшим для всех групп пользователей.

Традиционно количественным выражением качества изготовления маски и люминофора служит размер так называемого «зерна». Для трехточечной теневой маски принято измерять расстояние между двумя соседними точками люминофора по диагонали. Для апертурной и щелевой масок расстояние меряют по горизонтали. Нормальным сегодня считается шаг 0,28 мм, качественные мониторы имеют шаг 0,25 мм, профессиональные – 0,22 мм. Величина шага заметно сказывается на контрастности и четкости изображения.

Максимальная частота вертикальной развертки монитора может отличаться от максимальной частоты развертки видеокарты обычно в меньшую сторону. То есть, если видеокарта предоставляет возможность работать, скажем, с разрешением 1200х1024 с частотой развертки 100 Гц, то не обязательно, что монитор сможет работать в таком видеорежиме. Нормальной рабочей частотой, не утомляющей глаза, считается частота 85 Гц. Монитор просто обязан обеспечивать эту частоту кадровой развертки в следующих режимах:

·     Для 15-дюймового монитора – 800х600 и 1024х768

·     Для 17-дюймового монитора – 800х600, 1024х768 и 1200х1024

Важным элементом монитора является его электронный тракт, а ядром электронного тракта является видеоусилитель. Полоса пропускания видеоусилителя фактически определяет возможности монитора по разрешению и кадровой развертке. Она должна обеспечить беспрепятственное прохождение генерируемых видеокартой сигналов. Минимально необходимую полосу пропускания легко рассчитать по необходимым параметрам видеорежима. Для этого нужно перемножить число точек по горизонтали, число точек по вертикали и частоту кадровой развертки, затем умножить все это на 1,3 и разделить на миллион. В результате мы получим необходимую полосу пропускания видеоусилителя для заданного видеорежима в мегагерцах.

Стандарты безопасности и электропотребления

Современный монитор обязательно должен соответствовать требованиям по медицинским, эргономическим и экологическим параметрам одного из стандартов безопасности – MPR II, TCO 92, TCO 95, TCO 99. Для длительной работы с мониторами, не соответствующими хотя бы одному из этих стандартов необходимо использовать защитный экран.

MPR II – базовый стандарт безопасности по излучению, которому просто обязаны соответствовать современные мониторы. С таким монитором уже не нужен защитный экран.

ТСО 92 – стандарт безопасности, соответствие которому свидетельствует о практически полной безопасности монитора.

В стандарте ТСО 95 впервые появились требования к эргономике и экологичности монитора.

В стандарте ТСО 99 эти требования ужесточились. Также в ТСО 99 устанавливаются самые жесткие требования к качеству изображения (яркость, контрастность, мерцание, антибликовое покрытие экрана) и энергопотреблению.

Стандарт Energy Star устанавливает требования к электропотреблению и электросбережению. Мониторы, соответствующие стандарту Energy Star, обладают способностью переходить в режим пониженного потребления энергии при длительном простое компьютера.

Жидкокристаллические мониторы

Жидкокристаллическая технология – одна из самых перспективных сегодня. И вот уже в течении многих лет производители мониторов пытались выпустить на рынок мониторов для настольных компьютеров устройства, созданные на ее основе.

В 1997 году дело, наконец, сдвинулось с мертвой точки: на рынке появился сразу десяток моделей жидкокристаллических мониторов с диагональю 13,3, 14 и 15 дюймов, что соответствует стандартным 14, 15 и 17-дюймовым мониторам на ЭЛТ.

ЖК-дисплеи изготавливают по двум различным технологиям:

·     Мониторы с активной матрицей (TFT) – самые качественные и дорогие. В TFT-мониторах применена специальная система контроля цветов, при которой каждый мельчайший ЖК-элемент экрана – пиксель имеет свой контроллер – специальный транзистор, отдающий команды только ему. Вследствие этого картинка на TFT-мониторах способна меняться практически мгновенно, не оставляя следов.

·     Мониторы с пассивной матрицей (DSTN) лишены этой особенности. Вследствие этого изображение на них более бледное, да и меняется оно с явным опозданием. Однако DSTN-мониторы дешевле.

Впрочем, независимо от типа ЖК-дисплея у любого из них есть масса преимуществ перед традиционными мониторами на ЭЛТ. Они компактны и легки, их толщина составляет всего несколько сантиметров, безопасны в медицинском и экологическом отношении, потребляют в несколько раз меньше энергии, а главное – обладают плоским экраном, более качественным по сравнению с традиционным выпуклым.

По количеству отображаемых цветов и разрешению жидкокристаллические мониторы с активной матрицей уже почти встали на один уровень с обычными. Пока что максимальным разрешением для большинства моделей является режим 1024х768 при частоте вертикальной развертки 75 Гц. Правда, такая низкая частота, в отличии от мониторов на электронно-лучевой трубке, практически не вызывает дискомфорта у пользователей. Хуже то, что жидкокристаллический монитор пока еще несколько зернистее ЭЛТ – практически стандартные модели с экраном 14 и 15 дюймов имеют размер зерна 0,28 мм.

Другая проблема связана с тем, что пока еще не выработан стандарт на ЖК-мониторы. Да и специальные видеокарты, на которых должен иметься цифровой выход, довольно трудно найти.

Жесткий диск

В отличие от оперативной памяти жесткий диск (винчестер, HDD- Hard Disk Drive) предназначен для долговременного хранения всей имеющейся в компьютере информации. Информация хранится на одной или нескольких круглых пластинах с магнитным слоем, над поверхностью которых перемещаются магнитозаписывающие головки.

Основной параметр, характеризующий винчестер – его емкость, измеряемая в мегабайтах или гигабайтах. Первые  винчестеры, появившиеся в начале 80-х были вообще 10-мегабайтными. И по тем временам люди просто не знали, что делать с таким колоссальным объемом. Однако сейчас стандартным считается винчестер объемом 20 – 40 Гб. Не редкость жесткие диски и объемом 60 – 80 Гб. Для комфортной работы мультимедийный компьютер должен иметь винчестер емкостью не менее 10 Гб.

Параметры жестких дисков

Практически все современные жесткие диски выпускаются по технологии, использующей магниторезистивный эффект. Благодаря этому в последние годы емкость дисков растет быстрыми темпами за счет повышения плотности записи информации. Появление в 1999 году изобретенных фирмой IBM головок с гигантским магниторезистивным эффектом (GMR –Giant Magnetic Resistance) привело к повышению плотности записи до 6,4 Гб на одну пластину. Теоретически достижимый предел составляет около 20 Гб, поэтому развитие технологии продолжается. Однако освоить ее могут только крупнейшие производители, потому что организация изготовления многослойных головок требует крупных финансовых и интеллектуальных затрат. Пока в промышленных масштабах головки GMR выпускают IBM, Fujitsu и немногие другие фирмы.

Скорость вращения жесткого диска в основном влияет на сокращение среднего времени доступа. Повышение общей производительности особенно заметно при выборке большого числа файлов. Сегодня стандартом для жестких дисков с интерфейсом IDE считается значение 5400 оборотов в минуту (среднее время доступа 9 – 10 мс), с интерфейсом SCSI – 7200 об/мин (среднее время доступа 7 – 8 мс). Изделия более высокого уровня имеют частоты вращения соответственно 7200 и 10000 об/мин (среднее время доступа 5 – 6 мс). Для интерфейса SCSI появились диски с частотами вращения до 15000 оборотов в минуту. Каждая ступенька прироста обеспечивает увеличение общей производительности примерно на 25%.

Большинство винчестеров, предназначенных для домашних компьютеров, имеют интерфейс IDE. Этот стандарт, возникший более 10 лет назад, уже давно не является самым быстрым и надежным для устройств хранения информации. Более совершенен другой интерфейс – SCSI, который имеет большую скорость и работает стабильнее. Однако устройства этого типа дороже обычных. К тому же они требуют специальный контроллер, который установлен только на очень дорогих материнских платах.

Страницы: 1, 2, 3