IBM PC/AT / Хабр

Компьютеры классифицируются по следующим типам:

Одноплатный, при котором все необходимые компоненты установлены на материнской плате без использования дополнительных схем.

2. шинные, в которых материнская плата выполняет только минимально необходимые функции, а остальные функции выполняют карты расширения, подключенные к ней через системную шину.

На материнской плате персонального компьютера типа IBM PC находятся следующие компоненты:

— Микропроцессор, который вставляется в уникальный слот. Процессор обычно имеет радиатор с вентилятором (кулером).

— Микросхемы внешнего кэша.

— Гнездо для установки модулей оперативной памяти.

— Разъемы (слоты), в которые могут быть установлены карты расширения.

— Перепрограммируемая микросхема памяти, в которой хранятся программы BIOS (Basic Input/Output System), тестирование ПК, загрузка операционной системы, драйверы устройств, начальные настройки (CMOS Setup) и т.д.

— Разъемы для подключения накопителей HDD, FDD, CD-ROM, последовательные и параллельные порты для подключения периферийных устройств ввода-вывода.

— Высокоинтегрированный набор микросхем (чипсет) для управления связью между всеми компонентами ПК.

— Батарея для питания микросхемы памяти CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor), которая хранит системные часы и текущие настройки BIOS (CMOS Setup).

В некоторые модели материнских плат производители устанавливают микросхемы, выполняющие функции видеоадаптера, звуковой карты, сетевой карты и т. д. Эти шаги предпринимаются для того, чтобы освободить больше слотов и сэкономить место в корпусе ПК.

Современные компьютерные системы характеризуются:

— Скорость работы микропроцессоров и некоторых внешних устройств увеличилась;

— Появление приложений, которым требуется большое количество операций интерфейса, например, обработка графики в операционной системе Windows.

В этих условиях были созданы современные виды системных шин.

Стандарт шины AGP (Accelerated Graphics Port) был разработан для ускорения ввода/вывода данных на видеоадаптер и повышения производительности ПК при обработке трехмерных изображений без установки специализированных дорогостоящих двухпроцессорных видеоплат. Шина AGP — это канал передачи данных между видеоадаптером и оперативным запоминающим устройством.

В дополнение к наличию стандарта AGP возможности современных материнских плат представлены шинами USB (Universal Serial Bus) и FireWire (IEEE 1394).

Шина U SB (универсальная последовательная шина). Спецификация шины USB была разработана для подключения периферийных устройств вне персонального компьютера.

Периферийные устройства (клавиатура, мышь, джойстик, принтер и т.д.) можно подключать к компьютерам, оснащенным шиной USB, не выключая питание. Как только устройство подключено, оно автоматически автоконфигурируется. Все периферийные устройства должны быть оснащены разъемом USB и подключены к ПК через отдельное выносное устройство, называемое USB-концентратором или хабом, который позволяет подключить к ПК до 127 периферийных устройств.

Новый стандарт Serial SCSI (SCSI-3) включает FireWire, высокоскоростной стандарт локальной последовательной шины. Использование пакетного режима позволяет добиться высокой скорости передачи данных (до 1 гигабита в секунду).

Внутренняя память компьютеров

Внутренняя память компьютера типа IBM PC называется основной памятью и включает в себя:

— Память с произвольным доступом, или RAM, является одним из видов памяти;

— ROM (Read-Only Memory) — это постоянное запоминающее устройство.

R AM предназначен для хранения информации, непосредственно участвующей в вычислительном процессе на текущем этапе работы ПК.

Данные, хранящиеся в оперативной памяти, теряются при отключении питания, поскольку R AM — энергонезависимая память.

Основой для R AM служат большие интегральные схемы с матрицами полупроводниковых запоминающих элементов (триггеров). На пересечении вертикальных и горизонтальных матричных шин располагаются компоненты памяти. Для записи и чтения информации на эти матричные шины подаются электрические импульсы, которые подключаются к компонентам выбранной ячейки памяти.

R OM используется для хранения данных, которые нельзя изменить, включая некоторые драйверы BIOS (Base Input/Output System), программное обеспечение для тестирования компьютерных устройств и программы загрузки ОС. Энергонезависимое ПЗУ — это тип памяти, которая может быть только считана. Для записи данных в ПЗУ требуется специальное программное обеспечение или при особых обстоятельствах.

Каждый байт памяти организован таким образом, что ему соответствует отдельный адрес, называемый физическим адресом. Битовая глубина адресной шины микропроцессора определяет диапазон значений физического адреса.

Для микропроцессоров Pentium, например, этот диапазон составляет от 0 до 232-1 байт (4 ГБ). Механизм управления памятью основан на аппаратных средствах.

Микропроцессор поддерживает следующие режимы использования памяти:

— Сегментированная модель, в которой память программы разделена на непрерывные области (сегменты), и программа может получить доступ к данным только в этих сегментах.

— Страничная модель, которая рассматривает память как набор блоков с заданным размером. Основное применение этой модели — управление виртуальной памятью, что позволяет операционной системе использовать для выполнения программ больше памяти, чем доступно в физической памяти.

Каждая ячейка памяти имеет свой уникальный (отличный от всех остальных) адрес. Основная память имеет единое адресное пространство для ОЗУ и ПЗУ. Адресное пространство определяет максимально возможное количество непосредственно адресуемых ячеек основной памяти.

Два логических региона составляют основную память:

— Прямая память адресована;

— расширенная память, доступ к ячейкам которой возможен с помощью специальных программ-драйверов (специальных программ, управляющих работой памяти или внешних устройств компьютера и организующих обмен информацией между микропроцессором, основной памятью и внешними устройствами).

Расширенная память может использоваться в основном для хранения данных и некоторых программ операционной системы. Часто расширенная память используется для организации виртуальных (электронных) дисков.

Режим виртуальной адресации — это особенность современных компьютеров. Благодаря использованию виртуальной адресации программам становится доступно больше оперативной памяти за счет преобразования части внешней памяти в адресное пространство.

Внешняя память компьютера

E MS (внешние запоминающие устройства) можно классифицировать по различным факторам, в том числе:

— тип информационного перевозчика;

— тип структуры;

— идея, лежащая в основе записи и чтения информации;

— Метод доступа к информации и т. Д.

Дисковые накопители — это магнитные устройства хранения данных с прямым доступом. Это означает, что для записи новой информации компьютер напрямую обращается к дорожке, где начинается информация или где в данный момент времени находится головка чтения/записи диска.

Оптические дисковые накопители сегодня широко используются благодаря своим малым размерам, высокой емкости и надежности.

Существует несколько разновидностей оптических дисководов:

1. неперезаписываемые лазерные оптические диски (CD-ROM, CD-ROM) ;

2) лазерно-оптические диски, на которые можно записывать как один раз (CD-R — CD Recordable), так и несколько раз (CD-RW — CD ReWritable);

3) цифровые видеодиски (также известные как DVD-диски).

Основными преимуществами оптических дисковых накопителей являются

— Заменяемость и компактность опор ;

— большая информационная емкость (от нескольких сотен МБт до нескольких ГБт);

— Высокая надежность и долговечность головок чтения/записи (до 50 лет);

— Менее чувствительны к загрязнениям и вибрациям, чем накопители на магнитных дисках;

— нечувствительность к электромагнитному полю.

Информация предварительно записывается на неперезаписываемые лазерно-оптические диски CD-ROM, которые поставляются производителем. Записать на них информацию вне персонального компьютера можно только мощным лазерным лучом, который оставляет на активном слое компакт-диска след (дорожку) с микроскопическими углублениями. Таким способом изготавливается основной «мастер-диск». Для тиражирования CD-ROM в больших количествах на «главном диске» используется литье под давлением. Лазерный луч значительно меньшей мощности считывает эту дорожку в оптическом дисководе CD-ROM в персональном компьютере.

Для перезаписываемых лазерных оптических дисков (CD-R, CD-RW) лазерный луч непосредственно в дисководе компьютера во время записи прожигает микроскопические ямки на поверхности диска под защитным слоем, лазерный луч считывает запись так же, как и для CD-ROM. Приводы CD-R и CD-RW могут также читать обычные диски CD-ROM.

В накопителях на жестких дисках (HDD) блок магнитных головок чтения/записи и один или несколько жестких дисков с ферролаковым покрытием из алюминиевых сплавов или керамики размещаются внутри герметичного корпуса. Благодаря высокой плотности записи эти накопители обладают большой информационной емкостью и высокой скоростью по сравнению с накопителями на гибких дисках.

Наиболее важные особенности NZHMD:

1. производительность. Определяется средним временем доступа и скоростью передачи данных, которые не могут превышать предел для интерфейса накопителя.

2. Время, необходимое для подведения магнитных головок к нужному сектору в среднем (в среднем 1-10 мс), называется средним временем доступа.

3. Внутренняя скорость передачи данных между накопителем и контроллером накопителя. Зависит от скорости привода и плотности продольной записи.

4. скорость внешней передачи. Описывает скорость передачи данных между контроллером диска и оперативной памятью.

5. Среднее время безотказной работы (обычно не менее 250 000 часов).

Построен -i контроль потребления энергии.

Персональный компьютер обычно имеет один, реже несколько жестких дисков.

Максимальный объем памяти и скорость передачи данных жесткого диска зависят от используемого им интерфейса. Интерфейс накопителя — это набор электронных устройств, обеспечивающих обмен информацией между контроллером устройства и компьютером. Интерфейс служит в качестве устройства сопряжения.

Основные направления повышения производительности магнитных дисковых накопителей:

Использование высокопроизводительных дисковых интерфейсов (EIDE, SCSI-2, SCSI-3 и др.).

2. использование более современных магнитных головок, позволяющих увеличить плотность записи, а, следовательно, емкость диска и скорость передачи информации (без увеличения частоты вращения диска).

3. применение зонной записи, при которой внешние дорожки загружаются большим количеством данных, чем внутренние.

4. Эффективно диск.

Организация входящей информации

Клавиатура

Внешняя электромеханическая клавиатура используется для ввода данных, команд и управляющих воздействий в компьютер. Микропроцессор получает электрический сигнал от клавиатуры при нажатии клавиши.

Назначение, обозначение и расположение клавиш может отличаться в зависимости от типа персонального компьютера (ПК). Эти группы используются для классификации всех клавиш:

Буквенно-цифровые клавиши (A-Z, a-z, A-Y, a-I, 0-9). Они используются для ввода текстов и цифр.

2. (,,,,,, Insert, Delete, Home, End, Page Up, Page Down) — это клавиши управления курсором. Они предназначены для просмотра, перемещения и редактирования файлов.

3. Esc, Ctrl, Alt, Enter, Backspace, Tab, Shift, Print Screen, Caps Lock, Num Lock, Scroll Lock и Pause — это специальные клавиши управления. Они могут переключать регистры, останавливать выполнение программ, печатать вывод, перезапускать операционную систему и т.д.

4. (F1-F12) Функциональные клавиши. Служат в качестве клавиш управления в программах.

Блок клавиатуры конструктивно отличается от материнской платы и содержит контроллер клавиатуры, состоящий из схемы управления и буферной памяти.

Проверка клавиатуры выполняет следующие функции:

— Сканирование или запрос состояния клавиш;

— временное хранение до 20 отдельных кодов на период времени между двумя последовательными опросами клавиатуры микропроцессором;

— Преобразование кодов нажатия клавиш (сканкодов) в коды ASCII (American Standard Code for Information Interchange) с помощью программируемых системных таблиц драйвера клавиатуры, находящихся в ПЗУ;

— тестирование (проверка функциональности) клавиатуры при включении ПК;

— автоматическое повторение работы клавиши (если клавиша нажата более 0,1 секунды, то генерируются повторные коды нажатия данной клавиши).

Основной принцип работы клавиатуры вместе с контроллером заключается в сканировании клавишных переключателей.

При нажатии или отпускании клавиши в буферную память контроллера клавиатуры поступает код нажатия или отпускания клавиши (scancode), соответственно «0» или «1» в седьмом бите байта и количество клавиш в остальных битах.

Запрос на аппаратное прерывание посылается клавиатурой всякий раз, когда в буферную память поступают какие-либо данные. При активации прерывания сканкод преобразуется в ASCII-код. При нажатии данной клавиши наличие кода освобождения проверяет, все ли клавиши освобождены. Подпрограммы ROM-BIOS (Read Only Memory Basic Input-Output System), поддерживающие клавиатуру, преобразуют скан-код в осмысленные данные. ROM-BIOS и клавиатура взаимодействуют друг с другом через порты и прерывания.

Каждое нажатие или отпускание клавиши генерирует прерывание 9 от клавиатуры, о котором сообщает ПЗУ-БИОС. Это вызывает подпрограмму прерывания, которая отвечает чтением из порта 96 для определения сканкода клавиши. Затем подпрограмма BIOS обрабатывает код сканируемой клавиши в двухбайтовый код (младший байт: код ASCII, старший байт: код сканируемой клавиши клавиатуры). Затем подпрограммы BIOS помещают переведенный код в буфер, расположенный в младших адресах памяти RAM. Эти коды остаются здесь до тех пор, пока их не запросит программа или операционная система, ожидающая ввода с клавиатуры.

Сканеры

Сканер — устройство, предназначенное для считывания графической и текстовой информации в компьютер и позволяющее вводить черно-белые или цветные полутоновые изображения.

Разнообразие сканеров является результатом:

1) Проект:

— настольных — планшетных, листовых и подвесных;

Руководство (ноутбук).

2) Степень прозрачности входного исходного изображения

— непрозрачные оригиналы (фотографии, карты и т. п.)

Прозрачные оригиналы (слайды, отрицательные).

3) Введенное изображение типа:

· Черное и белое;

· цветное.

4) Характеристики оборудования и программного обеспечения

Аппаратные интерфейсы (как подключаться к компьютеру):

Пуэрто -консервативный;

Параллельный порт;

S CSI интерфейс:

шина USB.

Программные ограничения:

— Использование и неиспользование стандарта TWAIN;

— Форматы графических файлов, создаваемых в компьютере после сканирования: TIFF, PCX, BMP, GIF, JPG и другие.

Основные характеристики сканеров следующие:

2) Разрешение, которое влияет на качество сканирования изображения.

(в точках на дюйм dot per inch — dpi);

3) количество воспринимаемых цветов;

3) количество воспринимаемых оттенков серого.

Современное программное обеспечение сканера включает такие функции, как:

— Механизм предварительного сканирования (однократное сканирование всей страницы, а затем выбор более мелких участков для окончательного сканирования);

— установки широкого диапазона разрешений;

— регулировка контрастности и яркости изображения;

· Изображение издание;

— Создавать файлы, формат которых соответствует другим программам, использующимся пользователем.

Для организации процесса сканирования требуется программа-драйвер. Раньше каждый драйвер сканера имел свой собственный интерфейс, но для каждой модели сканера требовалась и своя прикладная программа, что было очень неудобно и проблематично. Использование одной программы для различных моделей сканеров стало возможным благодаря стандарту TWAIN (Toolkit Without An Interesting Name). Проблема совместимости была основной причиной разработки спецификации TWAIN. При использовании прикладной программы (например, Corel Draw, Picture Publisher, Photo Finish и т. д.), поддерживающей стандарт TWAIN, изображение может быть введено с помощью интерфейса TWAIN. ).

В отличие от обычной жидкости (например, воды), жидкий кристалл является вязким. В зависимости от пространственной ориентации большинства молекул вода (и другие жидкости) пропускает свет по-разному, а не одинаково во всех направлениях. Кристаллы демонстрируют такую неоднородность своих оптических свойств, отсюда и название вещества. Оказывается, можно заставить жидкий кристалл пропускать только нужную часть светового потока, тщательно вращая молекулы внутри него. Это точно, но помимо этого необходимо использовать поляризационные фильтры. Молекулы вращаются под действием электрического поля. Поскольку жидкий кристалл является вязким веществом, частицы должны перестраиваться при каждом изменении его свойств, на что требуется время. В результате изображение на ЖК-экране получается инерционным и расплывается при резких изменениях.

Для создания точечного дисплея изготавливается матрица из миниатюрных прозрачных ячеек, заполненных жидким кристаллом. Она помещается между двумя электродами, один из которых представляет собой сплошную пластину, а другой состоит из множества миниатюрных контактов, соответствующих отдельным ячейкам. В современных мониторах электрический сигнал на отдельные электроды подается через так называемые тонкопленочные транзисторы (TFT). Это позволило увеличить время, в течение которого поддерживается яркость точки, и, как следствие, избавиться от мерцания изображения.

Мониторы L CD (Liquid Crystal Display) изготавливаются из вещества, которое находится в жидком состоянии, но обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Молекулы жидкого кристалла под воздействием электричества могут менять свою ориентацию и, соответственно, изменять свойства проходящего через них светового луча. Именно поэтому удалось найти связь между увеличением электрического напряжения и изменением ориентации молекул кристалла для создания изображения. Сначала жидкие кристаллы использовались в дисплеях для калькуляторов и в кварцевых часах, а затем их стали применять в мониторах для портативных компьютеров. Сегодня, в результате достижений в этой области, ЖК-мониторы для настольных компьютеров начинают получать все большее распространение.

Экран ЖК-монитора состоит из множества дискретных областей (известных как пиксели), которые могут быть настроены для отображения данных. Основными компонентами ЖК-монитора являются две панели из сверхчистого стекла, не содержащего натрия, называемые подложкой или субстратом, которые соединены между собой тонким слоем жидких кристаллов. Между двумя панелями имеется небольшое пространство. Источник света используется для освещения жидкокристаллической панели, которая может либо отражать, либо пропускать свет в зависимости от того, где она расположена. При прохождении через одну панель луч света поворачивается на 90 градусов, изменяя плоскость поляризации. Молекулы жидких кристаллов частично выравниваются вдоль электрического поля, когда оно появляется, и это заставляет плоскость поляризованного света поворачиваться на угол, отличный от 90 градусов.

Если расположить большое количество электродов, которые создают различные электрические поля в отдельных местах экрана (ячейки), то при правильном управлении потенциалами этих электродов можно будет выводить на экран буквы и другие элементы изображения. Электроды помещаются в прозрачный пластик и могут иметь любую форму. Технологические инновации позволили ограничить их размер до размера маленькой точки, соответственно, на одной и той же площади экрана можно разместить большее количество электродов, что увеличивает разрешение ЖК-монитора.

Монитор должен иметь подсветку, чтобы на задней стороне ЖК-дисплея создавался свет для отображения цветного изображения. Это необходимо для того, чтобы даже в условиях тусклого освещения можно было увидеть высококачественное изображение. Для создания цвета используются три фильтра, которые отделяют три первичных компонента от излучения источника белого света. Любой цвет может быть воспроизведен на экране путем комбинирования трех основных цветов в каждой точке или пикселе.

В настоящее время не существует установленных критериев для оценки яркости ЖК-монитора. Однако яркость в центре ЖК-монитора может быть на 25% больше, чем по краям экрана.

Контрастность монитора L CD измеряется как разница в яркости между самым светлым белым и самым темным черным цветом. 120:1 — это хороший коэффициент контрастности, поскольку он воспроизводит цвета с яркими, насыщенными деталями. Для точного воспроизведения черно-белых оттенков серого используются коэффициенты контрастности 300:1 или выше.

Преимущества ЖК -экранов:

— Изображения, получаемые на их экранах, характеризуются четкостью и насыщенностью цветов

Отсутствие деформации экрана

— ЖК-мониторы потребляют гораздо меньше энергии, чем ЭЛТ-мониторы, как с точки зрения энергопотребления, так и с точки зрения рассеиваемой мощности.

Плазменный экран

В пространстве между двумя стеклянными пластинами шириной около 0,1 мм, заполненном смесью инертных газов ксенона и неона, происходит формирование изображения плазменного дисплея. Чувствительные проводники находятся на задней пластине, а тончайшие прозрачные электроды — на передней прозрачной пластине.

Задняя стенка современных цветных дисплеев переменного тока имеет три микроскопические ячейки на пиксель, которые заполнены люминофорами трех основных цветов — красного, синего и зеленого. Прямого разряда, как в моделях постоянного тока, не происходит, поскольку оба электрода в дисплеях переменного тока покрыты слоем диэлектрика. В отличие от этого, каждая ячейка (электрод-электрод) работает как очень емкий конденсатор.

Этот принцип значительно продлевает срок службы дисплея за счет сохранения целостности электродов и увеличения цвета и яркости. Однако в этом случае цена устройства резко возрастает из-за усложнения управляющей электроники — дисплеи переменного тока требуют более высокой частоты. При разряде газовая смесь излучает ультрафиолетовый свет, который, в свою очередь, воздействует на люминофор, заставляя его светиться в видимом спектре. Интенсивность излучения достаточна для того, чтобы плазменные дисплеи можно было использовать в помещениях с любым уровнем освещенности.

Почти каждый производитель плазменных панелей совершенствует стандартную технологию, используя собственные наработки для улучшения цветопередачи и контроля.

Характеристики мониторинга:

1) Дюймы экрана монитора.

2) Для определения разрешения используется наибольшее количество пикселей (точек экрана), которые могут быть расположены на экране монитора по горизонтали и вертикали. При этом необходимо учитывать характеристики монитора и видеоадаптера.

Значения по умолчанию: 640×480; 800×600; 1024×768; 1600×1200, но возможны и другие значения.

3) Размер зерна (точки экрана).

Четкость изображения увеличивается с уменьшением размера зерна.

Мониторы функционируют в текстовом и графическом режимах.

В текстовом режиме изображение на экране состоит из расширенного набора символов ASCII, генерируемого генератором символов; экран разделен на символьные пространства (отдельные области — обычно 25 строк по 80 символов в каждой).

В графическом режиме на экране отображаются более сложные изображения и надписи с различными шрифтами и размерами букв, сформированные из отдельных мозаичных элементов — пикселей.

Видеоадаптеры

Видеоадаптеры — это внутренние компоненты, которые непосредственно управляют мониторами и представляют данные.

Стандартные видеоадаптеры хранят содержимое изображения в видеопамяти (расположенной на плате адаптера) таким образом, что определенный адрес памяти соответствует определенному месту на экране монитора. Аппаратное обеспечение видеоадаптера периодически считывает содержимое видеопамяти и выводит его на экран. Таким образом, информация на экране теоретически может меняться с той же скоростью, с какой программа записывает информацию в оперативную память.

Современные видеоадаптеры представляют цвет с помощью 32 бит, причем 24 бита представляют истинный цвет, а остальные 8 бит — степень прозрачности истинного цвета. Таким образом, возможности представления цвета в современных вычислительных системах заключаются в использовании 16,7 миллионов (224) цветов и 256 (28) степеней прозрачности каждого цвета.

Типичный видеоадаптер состоит из четырех основных устройств

П ЗУ, ЦАП, видеопамять и видеоконтроллер (педаль газа).

Видеопамять используется для хранения изображения. Максимально возможное полное разрешение видеоадаптера зависит от его размера:

A x B x C, где A — количество точек по горизонтали; B — по вертикали; C — количество возможных цветов каждой точки.

Например, для разрешения 1024x768x65536 (также известного как 1024x768x64k) достаточно 2 МБ памяти. Количество цветов всегда имеет степень двойки, так как для хранения цветов отводится целое число разрядов (16 цветов — 4 разряда, 256 — 8 разрядов, 65 536 — 16 разрядов и т. д.) ).

Видеоконтроллер является основой видеоадаптера, и именно он определяет производительность и возможности видеоадаптера. Он отвечает за вывод изображений из видеопамяти, регенерацию ее содержимого, формирование сигналов развертки для монитора и обработку запросов от центрального процессора.

Контроллер внешнего порта также может присутствовать в дополнение к необходимым портам видеопамяти и основной системной шины.

Все современные видеоконтроллеры являются потоковыми — их работа основана на создании и смешивании нескольких потоков графической информации. Обычно это основное изображение, на которое накладывается изображение аппаратного курсора мыши, и отдельное изображение в прямоугольном окне, поступающее, например, от телевизионного приемника или MPEG-декодера, Видеоконтроллер с потоковой обработкой, а также аппаратной поддержкой некоторых типовых функций называется газовой педалью, или педалью газа, и служит для разгрузки центрального процессора от рутинных операций по формированию изображения

Основные особенности видеоадаптеров :

1) Объем видеопамяти;

2) разрешение (количество адресов, отображаемых на мониторе как по горизонтали, так и по вертикали)

3) разрядность шины данных, которая определяет скорость передачи данных

4) Количество присваивающих цветов.

Факторы, влияющие на скорость отображения информации на экране

· Разрешение;

— Количество цветов, передаваемых видеоадаптером ;

— Частота кадровой и строчной развертки.

Печатные устройства

Использовать специализированное оборудование, такое как принтеры, плоттеры, чертежи и диаграммы, напечатанные на больших форматах, для распечатки текста и графики, подготовленных на компьютере.

Однако принтеры, предназначенные для издательских систем и плоттеров, подключаются через специальные порты с высокоскоростными интерфейсами. Как правило, принтер подключается к системному блоку персонального компьютера через порт шины USB.

Разрешение (измеряется в точках на дюйм, или dpi), ключевая характеристика печатных устройств, влияющая на качество печати.

В принтерах для хранения шрифтов и рисунков требуется собственная оперативная память. В цветных лазерных принтерах собственная оперативная память принтера достигает десятков мегабайт для печати с высоким разрешением.

Принтеры делятся на следующие группы в зависимости от технологии печати, связанной с характеристиками печатного элемента:

· Штаб -квартира;

· Запрещенный;

лазерные.

Матричные принтеры

Принцип работы заключается в том, что печатающая головка содержит вертикальный ряд тонких металлических стержней (игл) и перемещается вдоль печатаемой строки, при этом стержни в нужный момент ударяют по бумаге через красящую ленту. Это обеспечивает формирование изображения на бумаге. Количество игл обычно составляет от 9 до 48 (чем больше игл, тем выше качество печати и тем меньше требуется проходов головки над линией). Типичная скорость печати составляет от 10 сек. до 5 мин. в зависимости от версии.

Струйные принтеры

Принцип струйной печати заключается в образовании крошечных специальных капель чернил, которые выдуваются из контейнера с помощью сопел. Качество печати современных струйных принтеров сравнимо с качеством печати лазерных принтеров. Разрешение составляет 720 точек на дюйм или выше.

Лазерные принтеры

Основанный на технологии ксерографии Xerox, процесс лазерной печати переносит изображение с уникального светочувствительного барабана, к которому электрически притягиваются частицы чернил. В отличие от копировального аппарата, лазерный луч активирует печатный барабан в ответ на команды компьютера. Диапазон разрешения составляет от 360 до 2400 точек на дюйм.

Плоттеры предназначены для использования в системах автоматизированного проектирования (САПР) и строительства.

Плоттеры делятся на следующие типы по технологии печати:

Электромеханический векторный тип;

— Устройства растрового вывода графических данных, в которых изображение создается с использованием различных физических принципов (электростатика, электрография и др.) );

— фотооптические и микрофильмирующие устройства вывода.

Графические плоттеры могут работать независимо, считывая входные данные с магнитного диска или напрямую с компьютера с помощью различных интерфейсов.

Основные характеристики производителей Grapho :

— субстраты или графические средства, которые использовались;

· Размеры прессы;

· Высокоскоростной;

· решение;

— наличие устройств сопряжения с компьютером.

Благодаря развитию вычислительных систем, технические характеристики печатных устройств постоянно улучшаются, что позволяет получать высококачественные изображения в короткие сроки.

Мультимедийные системы

Мультимедиа — это интерактивная система, которая предлагает работу с речью, высококачественным звуком, анимированной компьютерной графикой, неподвижными изображениями и движущимся видео.

Появление мультимедийных систем обусловлено развитием технических и системных средств, включая прогресс ПК: резко возросший объем памяти, скорость работы, графические возможности, характеристики внешней памяти и достижения в области видеотехнологий, лазерных дисков, а также их массовое внедрение. Важную роль сыграло также развитие быстрых и эффективных методов сжатия/масштабирования данных.

Современный мультимедийный персональный компьютер представляет собой домашнюю стереосистему Hi-Fi (High Fidelity), совмещенную с дисплеем-телевизором. Он оснащен активной стереосистемой, микрофоном и оптическим CD-приводом. Кроме того, внутри компьютера находится аудиоадаптер (звуковая карта), позволяющий перейти на прослушивание чистого стереозвука через акустические системы со встроенными усилителями.

Компьютер хранит всю информацию в цифровом виде, в то время как аналоговые сигналы используются телевизором, видео и большинством аудиоаппаратуры. Поэтому стыковка разнородного оборудования с компьютером, предоставление ему возможности управлять этими устройствами, объединение выходных сигналов компьютера и видео- и аудиоустройств и обеспечение нормального взаимодействия были самыми простыми и доступными способами построения первых мультимедийных систем. Целью дальнейшего развития мультимедийных систем является интеграция разрозненных типов цифровых данных на единый носитель в рамках одной системы.

Современный мультимедийный ПК требует подключения к нему множества внешних устройств. Все они обслуживаются массой программных утилит — драйверов и часто конфликтуют друг с другом. По этой причине был создан стандарт Plug and Play. Этот стандарт представляет собой обширный набор программных и аппаратных средств для полностью автоматической настройки компьютера в соответствии с используемым оборудованием.

Технология Plug and Play означает, что достаточно включить компьютер, и все аппаратное и программное обеспечение автоматически настроится на оптимальную работу, без сбоев и конфликтов.

Лечение и синтез графики

Вывод трехмерных изображений видеоадаптерами в мультимедийных системах является отличительной особенностью. В данном случае особенности таких видеоадаптеров позволяют выполнять этот процесс без ущерба для общего быстродействия вычислительной системы.

Изображение, которое является проекцией трехмерных сцен, называется трехмерным изображением. Оно не является трехмерно построенным изображением.

Для создания такого изображения сначала строится объект из плоских полигонов или криволинейных поверхностей. Его поверхности придается текстура, т.е. вносятся изображения, имитирующие материал поверхности, параметры отражения, карту рельефа поверхности, карту отражений и т.д. моделируемого объекта. Вводится осветляющий (нормальный) или затемняющий (для имитации ночных условий) туман, при необходимости на сцене размещаются источники света, задается направление взгляда наблюдателя (камеры). При создании трехмерных изображений особое внимание уделяется разграничению видимых и невидимых компонентов сцены, а также алгоритмам затенения, позволяющим воспроизвести текстуру исходного изображения.

Видеоадаптер поддерживает видеоинформацию при обработке мультимедийных данных.

Используются три формата записи, вещания и видео: NTSC, PAL, SECAM. Каждая система основана на своем стандарте, определяющем способ кодирования информации для получения электронного сигнала, создающего изображение на экране телевизора. Запись в разных форматах требует специального оборудования.

П О Национального комитета по телевизионным стандартам (NTSC)

Согласно стандарту NTSC, каждый видеокадр состоит из 525 горизонтальных линий экрана, через которые проходит электронный луч каждые 1/30 секунды. Скорость движения луча настолько велика, что создается визуальное впечатление стабильного изображения. При создании кадра электронный луч фактически делает два прохода по экрану, сначала по счетным линиям, а затем по четным. После каждого прохода (60 проходов в секунду или 60 Гц) на экране создается поле. Этот процесс создания кадра из двух полей называется интерлейсингом, который помогает предотвратить мерцание на телевизионных экранах.

Приятель (фаза альтернативная линия)

Система PAL — это метод добавления цвета к черно-белому телевизионному сигналу, который создает на экране 625 строк со скоростью 25 кадров в секунду. Как и в системе NTSC, используется чересстрочная развертка, при которой каждое поле создается за 1/50 секунды, т.е. с частотой 50 Гц.

Система SECAM (последовательная цветная память)

Имея 625 строк и частоту кадров 50 Гц, система SECAM коренным образом отличается от систем NTSC и PAL.

Программное обеспечение для телевидения высокой четкости (HDTV)

Стандарт MPEG и стандарт DVD оба включают новые варианты NTSC «Super NTSC» и «16 x 9». Это основа стандарта телевидения высокой четкости, в котором используется в два раза больше строк, чем на стандартном экране, и коэффициент масштабирования 16:9 вместо 4:3.

Поскольку экран HDTV «широкий» и существующую графику трудно растянуть или сжать для соответствия новым стандартам, телевидение потребует новых требований.

Предполагается, что стандарты телевидения и компьютерного видео будут объединены на основе стандартов DVD-Video и HDTV, поскольку компьютерное видео использует цифровые сигналы и другие стандарты для вывода изображений.

Аналоговый видеосигнал должен быть сначала преобразован в цифровую форму, прежде чем он сможет быть отображен на мониторе компьютера. Полноэкранное видео или видеоокно отображается на заднем плане обычного экрана с помощью комбинации цифрового кодированного компьютерного изображения и аналогового видеосигнала.

Видео фото сжатие

Запись последовательностей кадров предъявляет высокие требования к компьютерной системе, такие как:

1. значительный объем внешней памяти (для хранения одной секунды полноцветного полноэкранного видео требуется 20-30 МБ, в то время как оптический диск емкостью 600 МБ вмещает лишь около 30 секунд фотографий).

2. Пропускная способность внешнего устройства хранения данных высокая (от 30 МБайт/с).

Методы (алгоритмы) сжатия/развертки данных, которые сжимают данные перед записью на внешнее устройство и считывают и разворачивают их в реальном времени при выводе на экран, способны удовлетворить эти требования. Существующие адаптивные разностные алгоритмы могут сжимать данные для движущихся видеоизображений с коэффициентом от 100:1 до 160:1, что позволяет разместить на CD-ROM около часа полноценного закадрового видео. Поскольку следующий кадр обычно отличается от предыдущего лишь несколькими мелкими деталями, эти алгоритмы работают, используя базовый кадр для хранения только относительных изменений для последующих кадров. При значительном изменении кадра автоматически выбирается новый базовый кадр.

Алгоритмы реализуются аппаратно: в виде специальных микросхем, или в виде программы, записанной в ПЗУ; или же только программно.

В настоящее время созданы специальные алгоритмы автоматического сжатия, такие как JPEG, MPEG, P*64 и DVI/lndeo. Доступны коэффициенты сжатия от 50:1 до 200:1. Поскольку требования к сжатию данных при съемке и воспроизведении отличаются, важно различать эти два процесса. Сжатие данных используется в фотографии для уменьшения размера цифрового потока, получаемого от видео АЦП, чтобы запись на жесткий диск была возможна в реальном времени. Аппаратное обеспечение компьютерной системы определяет, насколько необходимо сжатие. После переноса на жесткий диск данные могут обрабатываться без ограничений по времени. Конечной целью должно быть уменьшение объема данных, чтобы они не замедляли воспроизведение на обычном компьютере.

Основным недостатком программных видеосистем является зависимость качества изображения от производительности компьютера. Это создает проблемы, особенно при разработке мультимедийных приложений. Создатель мультимедийного приложения обычно имеет доступ к высокопроизводительной вычислительной системе. Это делает иногда сложным воспроизведение на обычных персональных компьютерах.

Метод сжатия MPEG был разработан Группой экспертов по движущемуся изображению, рабочей группой под руководством Международной организации по стандартизации (ISO) и Международной электротехнической комиссии (IEC) для создания стандартов цифрового представления видео и связанных с ним аудио и других данных.

M PEG1 обеспечивает скорость передачи видеоданных 1,2 Мбит в секунду; для двух каналов стереозвука он предлагает скорость передачи данных 250 кбит в секунду для дисков CD-ROM. Стандарт MPEG2 полностью отличается от MPEG1 и определяет скорость передачи данных от 3 до 15 Мбит в секунду, более высокое разрешение и качество изображения, форматы чересстрочного видео, масштабирование при различных значениях разрешения и многоканальный звук.

Метод сжатия MPEG вполне подходит для кодирования движущихся изображений, поскольку он широко используется в Интернете и в области DVD-видео. Был разработан аппаратный метод сжатия MPEG, и специальные схемы встроены в системную плату компьютера и видеоплаты; программная реализация декомпрессии MPEG медленнее, чем аппаратные методы, и доступна в QuickTime.

M PEG принципиально не отличается от других методов сжатия и декодирования видео. В основе метода лежат алгоритмы JPEG и Cinepak.

Стандарт MPEG-1 был специально разработан для захвата и воспроизведения цифровых видеопоследовательностей с помощью персональных компьютеров. Он определяет разрешение 352 x 240 элементов изображения при 30 кадрах в секунду, и соответственно 352 x 288 элементов изображения при 25 кадрах в секунду, в зависимости от видеостандарта NTSC или PAL. Цифровой поток не должен превышать 0,15 мегабайт в секунду. Полученное качество изображения довольно точно соответствует среднему качеству видеоряда Cinepak при разрешении чуть меньше половины разрешения видеомагнитофона VHS с горизонтальным разрешением 3 МГц (в случае PAL воспроизводится 50 изображений в секунду, каждое из которых имеет разрешение около 380 x 288 элементов изображения).

В отличие от MPEG-1, MPEG-2 устанавливает стандарт для передачи цифрового телевидения. Количество телевизионных программ, которые могут быть переданы в настоящее время, ограничено пропускной способностью спутников и других каналов передачи телевизионного сигнала. Стандарт сжатия MPEG-2 позволяет на 90% сократить пропускную способность, необходимую для передачи одной программы. Это означает, что можно передавать в два раза больше программ без существенного увеличения затрат.

Новый стандарт, MPEG4, был создан в декабре 1999 года. При одинаковом разрешении изображения скорость передачи данных была увеличена; объем данных, необходимых для типичного изображения, уменьшился по сравнению с MPEG2 в 11 раз; изображения, видео и текстуры были закодированы и сжаты более эффективно; коррекция ошибок была улучшена; алгоритм кодирования был усовершенствован; задержка буфера была уменьшена.

С появлением MPEG4 возможности сжатия значительно возросли, и, наконец, один полнометражный фильм теперь равен одному диску. Однако для комфортного просмотра фильмов требуется микропроцессор Pentium с тактовой частотой не менее 400 МГц. MPEG4 предлагает лучшее качество при том же размере файла или меньший размер при том же качестве, большую гибкость в выборе разрешения, частоты кадров и битрейта, лучшее быстрое движение, меньшее время сжатия, легко сочетается с различными аудиокодеками, менее чувствителен к потере некоторых данных и хорошо подходит для просмотра видео по сети в реальном времени.

Как и MPEG2, MPEG4 имеет различные профили. В результате аудио/видео поток может быть настроен для активного приложения. В MPEG4 учтены уникальные потребности компьютерной, телекоммуникационной и телевизионной индустрии. Помимо квадратных пикселей, он также кодирует специфические элементы сцены. Например, на едва меняющемся экране есть движущийся автомобиль на заднем плане. В этом случае автомобиль кодируется отдельно и воспринимается как отдельный объект на статичном фоне. Это позволило практически сохранить качество при записи содержимого DVD на обычный CD-ROM в «домашних» условиях.

Поскольку MPEG требует большого количества вычислений как для кодирования, так и для декодирования, изначально предполагалось, что это будет только аппаратная видеосистема. Это означает, что для воспроизведения видеопоследовательностей MPEG требуется специальная плата MPEG-декодера. В настоящее время это верно, строго говоря, только для процессов ввода.

Эффективная система воспроизведения видеопоследовательностей, которые были программно декодированы, встроена в операционную систему Windows. Интерполяция позволяет видеокартам быстро удваивать размер воспроизводимого изображения. Это означает, что из видеопоследовательностей среднего формата 320х240 элементов без использования дополнительной вычислительной мощности можно создавать полнокадровые видеопоследовательности 640х480. Это уменьшает требуемый цифровой поток для графической платы на 75%, т.е. видеопоследовательности 640х480 при глубине цвета 24 бита и 24 кадрах в секунду раньше потребляли 23 мегабайта в секунду, а теперь только 6 мегабайт в секунду. MPEG переходит от аппаратной видеосистемы к программной по мере того, как компьютеры становятся все быстрее, а программные декодеры все сложнее.

Звук обработки и синтеза

Звуковые волны, которые являются аналоговыми сигналами, преобразуются в цифровую форму при обработке компьютером.

Аналоговый сигнал обычно относится к плавно изменяющимся сигналам, непрерывным по амплитуде во времени. Простейшая звуковая волна обычно представляется в виде напряжения (или тока), изменяющегося во времени по синусоидальному закону. Амплитуда такой волны определяет громкость звука, а частота — его высоту. Частота обычно измеряется в герцах (одно колебание в секунду); частоты звуковых (слышимых) колебаний лежат в диапазоне от 17-20 Гц до 20 кГц.

Реальные звуки, помимо громкости и частоты, характеризуются также тембром. При этом помимо основного тона (колебания основной частоты) в сигнале присутствуют также колебания более высоких частот — обертоны. Именно амплитуды обертонов определяют тембр (насыщенность) звука.

Звуковая сигнализация

В целом, IBM PC-совместимые компьютеры имеют несколько вариантов генерации (воспроизведения) звука с помощью звуковой карты. Выбор способа зависит в первую очередь от типа конкретной карты (аудиоадаптера). Как правило, в функциональном составе звуковых карт можно выделить следующие узлы:

— модуль записи и воспроизведения аудиофайлов;

• синтезатор -модуль;

• Модуль d’Интерфейс.

Для воспроизведения звука используется цифро-аналоговое преобразование. В этом случае цифровые образцы реального аудиосигнала хранятся в памяти компьютера (например, с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) цифровые данные (например, файлы WAV) преобразуются в аналоговый сигнал.

Аудиоадаптер включает аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который периодически определяет уровень аудиосигнала и преобразует эти показания в цифровой код. АЦП используется для дискретизации сигнала в реальном времени и квантования уровня. Для этой цели обычно используются АЦП с импульсно-кодовой модуляцией (PCM). АЦП — это устройство, способное генерировать эквивалентный цифровой сигнал из аналогового сигнала. Аналоговый сигнал «тестируется» в строго определенные (равноудаленные и дискретные) моменты времени. Временные интервалы между этими моментами называются интервалами выборки. Обратная величина интервала выборки (точнее, времени) называется частотой преобразования, или частотой дискретизации.

Деление на основе уровня (квантование) амплитуды результирующего аналогового сигнала, или Sample Value, дает параллельный цифровой код (Digital Sample), который затем кодируется. Процесс преобразования образца аналогового сигнала в цифровой код занимает некоторое время. Обычно это время называют временем выборки или временем преобразования.

Преобразование аналогового сигнала в цифровой может быть выполнено только с определенной степенью точности. Разрешение АЦП относится к наименьшему изменению аналогового сигнала, которое может привести к изменению цифрового кода. Например, 8-битный преобразователь может квантовать амплитуду сигнала до 256 (28) интервалов, 16-битный — до 65536 (216) интервалов. Поэтому в заданном диапазоне входного сигнала 8-битный АЦП «заметит» отклонение аналогового сигнала, если он изменится хотя бы на 1/256 часть своего максимального значения.

Если амплитуда превышает заданный интервал, происходит клиппирование, или округление до ближайшего целого числа. Верхний и нижний пики аудиосигнала обрезаются. И квантование, и клиппинг могут привести к появлению нежелательных шипящих шумов и значительным искажениям звука.

Обычно в АЦП звуковых карт используется 8, 12 или 16 бит. Динамический диапазон АЦП расширяется с увеличением глубины бит. Один бит приблизительно равен 6 дБ (децибелам). В этой ситуации 8-битное преобразование может обеспечить динамический диапазон 48 дБ (что соответствует качеству кассетного магнитофона), 12-битное — 72 дБ (что соответствует качеству аналогового катушечного магнитофона), а 16-битное — 96 дБ (что соответствует качеству компакт-диска).

Для воспроизведения звука используется ЦАП, который выполняет обратное преобразование (параллельный код — аналоговый сигнал). После фильтрации аналоговый выходной сигнал поступает на усилитель мощности, откуда он может быть выведен на акустическую систему.

Звуковой синтез

Синтез звука — это техника, которая используется в дополнение к воспроизведению звука. В этой технике компьютер посылает управляющие данные на звуковую карту, которые затем используются для создания выходного аналогового сигнала. В настоящее время используются два основных типа синтеза звука:

1) FM-синтез, который использует частотную модуляцию;

2) Синтез волновых таблиц — табличный или WT-синтез.

Помимо синтеза звука, компьютер может управлять устройством, которое может воспроизводить (или синтезировать) звук или посылать инструкции другому устройству для выполнения тех же действий. В этом случае для передачи специальной управляющей информации между такими устройствами используется интерфейс MIDI, а подключенное устройство называется MIDI-устройством.

Не менее распространенным способом воспроизведения звука с компьютера со звуковой картой является управление приводом CD-ROM или DVD-ROM, который содержит компакт-диск с записанной на нем звуковой информацией.

FM-синтез

Цифровой FM-синтез звука осуществляется с помощью специальных генераторов сигналов, также называемых операторами. В операторе можно выделить два основных элемента: фазовый модулятор и генератор огибающей.

Частота тона (высота тона) задается фазовым модулятором, а его амплитуда (громкость) — генератором огибающей.

При нажатии клавиши синтезатора амплитуда сигнала сначала быстро нарастает до максимума, затем немного падает, за ней следует короткий, но равномерный участок, и только после этого амплитуда начинает довольно медленно снижаться. Attack, Decay, Sustain и Release — это названия соответствующих фаз сигнала, которые реализует генератор огибающей, а ADSR-генератор — это общепринятое сокращение для генератора.

В общем случае для воспроизведения голоса одного инструмента достаточно двух операторов. Первый оператор генерирует несущие колебания, т.е. основной тон, а второй — модулирующие частоты, или обертоны — интенсивность звука определяется амплитудой несущей, а тембральная окраска, или насыщенность, — обертонами, т.е. амплитудой модулятора и соотношением несущей и модулирующей частот (глубиной модуляции).

Каждый из операторов может создавать одну из определенных форм волны; эти комбинации операторов известны как FM-алгоритмы. Схемы включения более сложны и задаются FM-алгоритмами для четырехоператорных синтезаторов, которые определяют, какой оператор служит генератором основного тона, а какой — модулятором, а также методы их включения и т.д.

WT-синтез

Суть технологии WT-синтеза заключается в следующем. В звуковой карте имеется модуль ПЗУ с образцами звучания реальных музыкальных инструментов (сэмплеры), а WT-процессор, используя специальные алгоритмы, воспроизводит все остальные звуки инструмента на один тон. Кроме того, многие производители оснащают свои звуковые карты модуляторами ОЗУ, благодаря чему можно не только записывать произвольные сэмплы, но и загружать новые инструменты.

Образцы сигналов (таблицы) либо загружаются вручную в ОЗУ звуковой карты, либо хранятся в ПЗУ. WT-процессор изменяет амплитуду и частоту образцов сигнала с помощью различных операций. По сравнению, например, с FM-синтезом, звучание инструментов, созданных таким способом, более схоже со звучанием реальных инструментов.

Звуковая карта может получать команды управления синтезом звука от других источников, помимо компьютеров, таких как устройства MIDI (Musical Instruments Digital Interface). Протокол для передачи команд через общий интерфейс определен MIDI. Сообщение MIDI относится к нотам, а не к записанному музыкальному произведению. Когда звуковая карта получает такое сообщение, она декодирует его (выясняет, какие ноты нужно сыграть на каких инструментах) и обрабатывает его.

Приготовление цифровых аудиофайлов

При создании цифровых аудиофайлов следует учитывать два момента:

· сопоставлению требуемого качества звука с имеющимся объемом
оперативной памяти и дискового пространства;

— как выбрать правильный уровень записи для получения качественной и четкой звукозаписи.

С точки зрения звука стереозаписи более реалистичны. Для определения размера цифрового аудиофайла (в байтах) можно использовать следующее уравнение:

Для монотонного звука:

X (время записи в секундах) x (битовое разрешение/8) = (частота квантования)

Сделай стереорози:

Размеры дублирования

Если сигнал, подаваемый на компьютер, сильно искажен, результатом будет неприятный фоновый шум. И наоборот, если запись производится на низком уровне, фоновый шум может превысить уровень сигнала, т.е. необходимо найти оптимальный уровень записи. Любая программа цифровой записи и редактирования аудио показывает уровень звука, поэтому пользователю легко установить желаемый уровень записи.

После записи выполняется редактирование. Типичные функции редактирования в обычной программе записи и редактирования звука:

Обрезка. Удаление «мертвого воздуха» или неиспользуемого времени из начала или конца записи. Всего несколько секунд записи можно вырезать, чтобы значительно уменьшить размер файла.

Секционирование и монтаж. Удаление шума, проникшего в запись, выполнение монтажа длинных записей из существующих коротких записей или разрезание существующих длинных записей.

Изменение форматов Большинство программ редактирования звука на Macintosh создают звуковые файлы в форматах SND AIF, которые широко поддерживаются инструментальными системами. Большинство программ редактирования звука в среде Windows читают файлы WAV.

Повторное квантование. Если при записи или редактировании аудио с 16-битной частотой квантования вы использовали более низкие частоты и разрешения, следует повторить процесс квантования с надлежащими частотами и разрешениями. В результате размер файла значительно уменьшится.

Затухание и затухание звука. Начало и конец аудиофайла часто сглаживаются с помощью эффекта затухания или затухания, который может быть выполнен большинством программ.

Растягивание времени. Более сложные программы позволяют изменять длительность файла без изменения уровня звука. Но следует помнить, что большинство алгоритмов растяжения снижают качество звукового файла, если растяжение превышает несколько процентов в обоих направлениях.

Обработка цифровых сигналов. С помощью некоторых программ можно обрабатывать сигнал специальными эффектами, такими как хорус, флэндж, многоточечная задержка и реверберация.

Сжатие аудиофайла

Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция также известна как DPC. В данном случае текущее значение сигнала и значение предшествующего сигнала идентичны. Исходя из того, что для разницы требуется меньше битов, чем для полного амплитудного значения, используется дифференциальная импульсно-кодовая модуляция. Для шифрования каждого дискретного значения сигнала в дельта-модуляции (также известной как дельта-модуляция), разновидности дифференциальной импульсно-кодовой модуляции, используется один бит. Так называемые «адаптивные кодовые импульсы», или ADAPM, являются наиболее популярной формой адаптивно-кодовой модуляции.

Формат MPA

M P3 (сокращение от MPEG Layer3) — один из форматов хранения цифрового звука, используемый в основном для передачи звука в реальном времени по сетевым каналам и для кодирования CD Audio.

M PZ — это потоковый формат; исходный сигнал при кодировании делится на равные отрезки, называемые кадрами, которые кодируются отдельно, а при декодировании конечный сигнал формируется из последовательности декодируемых кадров.

Высокая степень компактности MP3 по сравнению с 16-битной стерео 44,1 кГц импульсно-кодовой модуляцией (в формате CD Audio) достигается за счет дополнительного квантования, учитывающего особенности человеческого слуха, в том числе эффект маскировки слабого сигнала из одной полосы частот более мощным сигналом из соседней полосы, когда он возникает, или мощный сигнал из предыдущего кадра, вызывающий временное снижение чувствительности уха к сигналу текущего кадра. Также учитывается тот факт, что большинство людей не способны различать сигналы ниже определенного уровня мощности, который варьируется для разных частотных диапазонов.

Степень сжатия и, следовательно, количество дополнительного квантования определяется не форматом, а пользователем в момент установки параметров кодирования. Битрейт варьируется от 320 кбс (320 килобит в секунду) до 96 кбс и ниже. Термин битрейт относится к общей ширине потока, независимо от того, содержит ли он монауральный или стерео сигнал.

Различные программы обработки и воспроизведения звука предлагают кодирование и декодирование различного качества.

Выбор программы кодирования, ее параметров и скорости сжатия/битрейта (и связанного с ней уровня качества) зависит в основном от трех факторов:

— содержание аудиоинформации (речь, звуковое сопровождение, высококачественная музыка);

— кто будет получать аудиоинформацию и насколько они будут жаловаться на качество звука или скорость передачи аудиофайлов по сети;

— ожидаемое качество оборудования для воспроизведения звука (аудиокарта и акустические системы).

Разные битрейты приводят к разным уровням качества. Поклонники MRZ придерживаются радикально разных взглядов на приемлемость одинаковых битрейтов и имеют собственные представления об идеальном битрейте. Одни выбирают 128 кб/с, другие — 160 кб/с, третьи — золотую середину, которая колеблется от 192 кб/с до 256 кб/с. Некоторые выбирают 320 кбит/с.

Следует считать, что подавляющему большинству пользователей требуется битрейт 256 кбит/с;

Тесты определили, что 160 кбс. 192 kbs в большинстве случаев вполне приемлемы для хранения звука на компьютере, например, в компьютерных играх, когда внимание отвлечено;

Максимальный битрейт для кодирования аудио с характеристиками CD Audio, т.е. с более чем четырехкратным коэффициентом сжатия, составляет 320 кбит/с. 16 бит, 44,1 кГц стерео;

Наиболее распространенный битрейт по-прежнему составляет 128 кбит/с, но в нем очень мало шума, и он больше похож на аудиокассету.

M PR обычно можно найти только в ИНТЕРНЕТе в кодировке 128 кбит/с, которая считается идеальным битрейтом для использования в сети ИНТЕРНЕТ.

M P3 стал широко распространенным форматом хранения аудиоинформации. Ситуация с форматом MP3 породила юридический конфликт, связанный с незаконным распространением аудиотреков через Интернет.

Стандарт MPZ не определяет точный математический алгоритм кодирования; скорее, указывается разработанный каждым кодером алгоритм. Вместо этого стандарт определяет формат кодированного кадра, а также общую структуру процесса кодирования. Сами последовательности кадров могут быть загружены или переданы в потоковом режиме.

Подобно потоку, файл MPZ состоит из последовательно расположенных кадров, между которыми могут быть вставлены данные любого типа. Основное требование заключается в том, чтобы не было перекрытия с открывающей подписью кадра.

Последовательность кадров часто дополняется стандартным заголовком мета-аудио формата WAV, создавая так называемый WAV-MP3. Мета-формат для всех типов данных — это формат WAV. Аудиосигнал может быть закодирован как угодно, а формат имеет стандартный заголовок и описание области данных, которых может быть несколько. Они могут включать информацию, не связанную с аудио.

Оптические компакт -диски

C D-R является традиционным носителем для записи музыки, которую затем можно воспроизвести на бытовом CD-плеере или другом компьютере. Отредактированное видео может быть записано в формате MPEG-4 или MPEG-1, если требуется высокое качество, стандартный CD-R емкостью 650 МБ может вместить около 20 минут видео DVD-качества (MPEG-2 с разрешением 720 x 576, 25 кадров в секунду). Очень удобно архивировать мультимедийные данные и затем переносить их на любой компьютер.

Приводы C D-R и CD-RW соответствуют системам записи компакт-дисков с возможностью перезаписи (CD-Recordable) и CD-ReW-Recordable (CD-ReWritable). Термины CD-R и CD-RW относятся как к устройствам записи, так и к самим дискам.

В компакт-дисках для однократной записи записывающий слой представляет собой органический материал, который темнеет при нагревании, зажатый между поликарбонатной основой и отражающим слоем, который в основном состоит из золотой или серебряной пленки. Слой темнеет и перестает отражать свет на отражающий слой в определенных точках в процессе записи, создавая области, похожие на ямы.

Информация на CD-R организована с использованием того же TOC и коллекции дорожек различных типов, что и на штампованных дисках. Это позволяет записывать аудио-, фото- и видеодиски с помощью соответствующего программного обеспечения, которые затем можно воспроизводить на бытовых аудио- и видеоплеерах. Однако более низкая, чем обычно, отражательная способность зеркального слоя и резкость битов дисков CD-R может помешать некоторым устройствам уверенно работать с ними.

В перезаписываемых дисках используется промежуточный слой органической пленки, которая под воздействием луча меняет свое фазовое состояние с аморфного на кристаллическое и наоборот, что приводит к изменению прозрачности слоя. Фиксация изменений состояния происходит за счет того, что материал записывающего слоя при нагревании выше критической температуры переходит в аморфное состояние и остается в нем после охлаждения, а при нагревании до температуры значительно ниже критической восстанавливает свое кристаллическое состояние. Существующие диски выдерживают от тысяч до десятков тысяч циклов перезаписи. Однако их отражательная способность значительно ниже, чем у штампованных и одноразовых компакт-дисков, что затрудняет их считывание в обычных приводах.

Хотя некоторые обычные приводы CD-ROM и проигрыватели домашних кинотеатров могут читать диски CD-RW на том же уровне, что и обычные диски, для чтения дисков CD-RW необходим привод с автоматической регулировкой усиления. Multiread относится к способности читать диски CD-RW.

C D-R/CD-RW диски выпускаются со вспомогательной разметкой (pregroove), в которой закодирована временная сетка (ATIP — Actual Time In Pregroove), одновременно служащая для разделения диска на кадры (блоки) и дополнительная информация о диске — коды, рекомендуемые значения скорости вращения и мощности записывающего лазера. Разбиение на разделы используется для размещения служебных и пользовательских областей диска и для облегчения отслеживания информационной дорожки во время записи. При чтении отслеживание выполняется, как обычно, по записанной дорожке данных. Кроме того, диск содержит две служебные области: PCA (область калибровки питания) и PMA (область памяти программ), расположенные внутри от «официального» радиуса начала записи. PCA используется для выбора оптимальной мощности лазера перед каждой записью, а PMA — для временного хранения TOC в случае, если один сеанс записывается в несколько сеансов. PCA и PMA представляют собой таблицы фиксированной длины с емкостью 100 элементов каждая, что ограничивает как общее количество экземпляров записи, так и этапы формирования незакрытых сессий.

Минимальной единицей информации, записываемой на CD-R за один раз, является дорожка в формате CD-DA или CD-ROM. Минимальная длина дорожки составляет 300 блоков (600 Кбайт, 4 секунды). В начале каждой дорожки создается предварительный зазор в 150 блоков (300 Кбайт, 2 секунды) для однодорожечных типов и 225 блоков (450 Кбайт, 3 секунды) для разных типов дорожек. Одна или несколько дорожек образуют программную область, которая может быть сформирована в нескольких экземплярах, между которыми в PMA хранятся адреса и параметры дорожек (TOS).

Типичный привод CD-ROM состоит из печатной платы с электроникой, шпиндельного двигателя, системы считывания с оптической головкой, системы загрузки компакт-дисков и механизма перемещения рамы с приводной механикой. Плата электроники содержит:

— все цепи, контролирующие работу привода;

— интерфейсный разъем для подключения к компьютеру;

Аналогового аудиовыхода (Analog Audio);

— S/PDIF (цифровое аудио — может быть недоступно в некоторых моделях) цифровой звуковой выход.

Двигатель шпинделя вращает диск с постоянной линейной скоростью (CLV) или постоянной угловой скоростью (CAV). Поддержание постоянной линейной скорости требует изменения угловой скорости диска в зависимости от положения оптической головки.

Для горизонтальной загрузки ось шпиндельного двигателя оснащена подставкой, к которой прикладывается нижняя сторона диска. На конце оси шпиндельного двигателя закреплен конусообразный намагниченный металлический наконечник. В случае горизонтальной нагрузки верхняя сторона противоположной стороны диска, т.е. намагниченный маховик, располагается над диском, притягивая к себе металлический наконечник. В результате диск зажимается между стойкой и маховиком, обеспечивая вертикальную фиксацию и надежный захват вращающейся стойки во время работы привода.

Система считывания состоит из оптической головки и механизма ее позиционирования. В головке расположен лазерный излучатель на основе инфракрасного лазерного светодиода с длиной волны от 770 до 830 нм (обычно около 780 нм) и мощностью 0,2-0,5 мВт, система фокусировки лазерного луча, фотодетектор и предварительный усилитель. Система фокусировки представляет собой набор подвижных линз, приводимых в движение электромагнитной системой типа «звуковая катушка», аналогичной подвижной акустической системе. Изменения напряженности магнитного поля заставляют линзы перемещаться и перемещать точку фокусировки лазерного луча.

Эта система эффективно контролирует вертикальное биение диска даже при высоких скоростях вращения благодаря низкой инерции. Внутренний двигатель в механизме позиционирования оптической головки приводит в движение каретку оптической головки с помощью зубчатой или червячной передачи.

Существует три типа систем загрузочных дисков:

С помощью caddy — специального футляра для диска, который вставляется в приемное отверстие дисковода;

Использование выдвижного лотка, на который помещается диск

— Slot-in — загрузка диска непосредственно в гнездо привода.

В накопителях типа Caddy и Slot-in диск может быть загружен как горизонтально, так и вертикально — то есть, когда диск установлен горизонтально и, соответственно, вертикально.

За исключением подставки и маховика, после загрузки диск не касается никаких компонентов дисковода; после этого его можно раскрутить.

На передней панели накопителя обычно находится:

— Кнопка Eject для загрузки/выгрузки диска ;

— Индикатор занятости при доступе к диску (в некоторых моделях индикатор «Disk On/Busy» указывает как на доступ к диску, так и на наличие диска в приводе);

— разъем для наушников с электронной или механической регулировкой громкости.

Диск считывается с помощью полупроводникового лазера с инфракрасным спектром излучения на длине волны около 780 нм. После прохождения через фокусирующую линзу лазерный луч попадает на отражающий слой. Фотодетектор улавливает отраженный луч. Записанный сигнал используется для определения перемещения оптической головки по ямам и зазорам диска, а также для оценки того, насколько хорошо сфокусировано пятно лазерного луча на поверхности диска и как оно ориентировано относительно центра дорожки.

Цифровой поток битов получается с выхода фотодетектора и затем декодируется путем удаления лишних нулевых битов. В результате получается битовый поток, который представляет собой исходный поток данных, закодированный CIRC с дополнительными субкодами. Таким образом, каналы субкодов разделяются, и затем выполняется декодирование CIRC. Этап декодирования CIRC находит и исправляет большинство ошибок, вызванных дефектами штамповки, неоднородностью материала диска, царапинами на поверхности, нечетким обнаружением лито/пространства в фотодетекторе и т.д. Конечным результатом является поток битов, представляющий полезные данные на диске.

Технология DVD

С развитием компьютеров и вычислительных систем появилась возможность активно использовать мощные алгоритмы сжатия, чтобы уместить от 5 до 10 часов музыки на одном диске практически без потери качества. Даже с учетом сжатия размер одного диска был недостаточен для видеоиндустрии, а компьютерные приложения уже переросли возможности хранения данных на CD. Все эти проблемы были решены с помощью технологии DVD.

Это привело к принятию единого стандарта под названием DVD, или Digital Video Disc (позднее принятый как Digital Versatile Disc). Затем была опубликована первая версия спецификации DVD-ROM и DVD-Video и принята схема защиты цифровых копий от несанкционированного тиражирования.

В настоящее время существуют стандарты DVD-Video, DVD-ROM и DVD-Audio. Звук на DVD-дисках поддерживается в стандартах Mono, PCM Stereo, Dolby Surround (Prologic), Dolby Digital AC-3, THX и DTS. Стандарты звука Dolby Digital AC-3, THX, DTS определяют шестиканальный звук, т.е. звук по схеме: фронтальные колонки, центр, тыловые колонки и сабвуфер. Обычно для обозначения шестиканального звука используется аббревиатура «5.1», означающая использование пяти основных источников звука и отдельного низкочастотного устройства — сабвуфера. Dolby ProLogic и Doiby Digital AC-3 отличаются тем, что Dolby Digital AC-3 имеет шесть независимо записанных звуковых дорожек, а Dolby ProLogic только обрабатывает стереосигнал особым образом и является имитацией шестиканального звука.

Таким образом, звук на DVD записывается в различных форматах, каждый из которых воспроизводит несколько независимых каналов пространственного сжатого звука, создавая тем самым реалистичную картину происходящего.

Цифровое видео на DVD-диске сжато с помощью алгоритма MPEG-2. Формат — 30 кадров с разрешением 720 x 480 x 24 бита (NTSC) или 25 кадров в секунду с разрешением 720 x 576 пикселей при глубине цвета 24 бита. В несжатом виде такой поток составляет 3О мегабайт в секунду, а для двухчасового фильма потребуется более 100 гигабайт.

В зависимости от типа, диски D VD могут вмещать от 4,7 Гб до 17 Гб данных. Меняется тип размещенной информации, а не плотность записи. В продаже имеются односторонние однослойные, односторонние двухслойные, двухсторонние однослойные и двухсторонние двухслойные диски. Существуют также комбинированные диски с одним слоем на другой стороне и двумя слоями на одной стороне.

Метод хранения информации на DVD-ROM почти такой же, как и на CD-ROM: вдоль металлической подложки расположены спиралевидные канавки, которые образуют так называемые дорожки. Эти канавки несут информацию, которая считывается лазерным лучом, преобразующим канавки в единицы и нули. Сама отражающая подложка покрыта защитным слоем пластика, который предохраняет диск от повреждений.

Плотность записанной информации отличает DVD от CD. Например, на обычном CD-диске хранится всего 650 Мбайт данных, в то время как на одностороннем одноуровневом DVD-диске (технология DVD-5) хранится около 4,7 Гбайт. Был создан совершенно новый полупроводниковый лазерный излучатель, который работает на длине волны, меньшей, чем длина волны лазера привода CD-ROM (780 нм) (650-635 нм). С тех пор расстояние между дорожками уменьшилось, а размер канавок на диске (хранителей информации) значительно уменьшился.

Двухуровневые диски с объемом данных до 8,54 Гбайт появились после одноуровневых. Здесь лазерный луч фокусировался по уровням (технология DVD-9), причем первый уровень находился под вторым. При технологии DVD-10 по одному уровню считываются обе стороны. Объем памяти составлял 9,4 Гбайт. Объем памяти двухуровневого DVD-18 составляет 17,08 Гбайт. Считываются две стороны, каждая из которых имеет два уровня.

Время доступа (время доступа), использование процессора (использование процессора) и скорость передачи данных внутри/снаружи (скорость передачи данных внутри и снаружи) — все это важные характеристики накопителя.

Значение времени доступа отражает сумму среднего времени поиска, необходимого приводу DVD-ROM для позиционирования на нужной дорожке, и среднего времени «задержки», в течение которого диск подводится к нужному сектору для чтения. Соответственно, чем меньше значение Access Time, тем лучше. Показатель CPU Utilization показывает, насколько сильно DVD-ROM использует ресурсы процессора.

Скорость передачи данных характеризуется двумя значениями: внутренней (Inside) и внешней (outside) скоростью. Внутренняя скорость передачи данных — это передача данных непосредственно между DVD-диском и внутренним буфером DVD-ROM.

Она определяется многими параметрами: качеством и плотностью записи, скоростью вращения и т.д. На эти параметры влияют конструктивные особенности накопителя. Скорость внешней передачи данных, с другой стороны, полностью зависит от используемого режима передачи.

IIКомпьютерный

В современных условиях требуется высокая скорость обработки информации, удобные формы ее хранения и передачи, наличие динамических способов доступа к информации, способов поиска данных в заданном интервале времени, реализация сложных математических и логических функций обработки информации.

В эпоху централизованного использования компьютеров и пакетной обработки информации пользователи компьютеров, как правило, предпочитали покупать компьютеры, способные решать практически все классы их задач. Сложность задач, однако, обратно коррелировала с их количеством, что приводило к неэффективному использованию дорогостоящего аппаратного обеспечения компьютеров. Существующая политика централизации вычислительных средств в одном месте одновременно усложняла доступ к компьютерным ресурсам.

Централизованный принцип обработки данных тормозил развитие вычислительных систем, не отвечал жестким требованиям к надежности обработки и не мог обеспечить временные параметры, необходимые для диалоговой обработки данных в многопользовательском режиме.

Появление малых ЭВМ, микрокомпьютеров и, наконец, персональных компьютеров потребовало нового подхода к организации систем обработки данных, к созданию новых информационных технологий. Возникло логическое требование перехода от использования отдельных компьютеров в централизованных системах обработки данных к распределенной обработке данных.

Обработка данных, выполняемая на отдельных, но связанных между собой компьютерах, образующих распределенную систему, именуется распределенной обработкой данных.

Централизованная система обработки информации

Система распределённой обработки данных

Компьютерная (вычислительная) сеть — это совокупность терминалов и компьютеров, объединенных в единую систему для распределенной обработки данных. Система представляет собой самостоятельный объект, состоящий из компьютера или компьютеров, программного обеспечения, периферийных устройств, терминалов, инфраструктуры передачи данных, физических процессов и операторов, которые могут обрабатывать данные и взаимодействовать с другими системами.

Наиболее продвинутым типом многомашинных объединений являются компьютерные сети. Основными отличительными характеристиками компьютерной сети являются:

1) В измерении

Компьютерная сеть может состоять из десятков или даже сотен компьютеров, расположенных на расстоянии от нескольких метров до десятков, сотен и даже тысяч километров.

2) в распределении функций между компьютерами

Обработка данных, передача данных и управление системой определяется между различными компьютерами в компьютерных сетях.

3) в необходимости маршрутизировать сообщения в сети

Сообщение от одного компьютера к другому в сети может передаваться по разным маршрутам, в зависимости от состояния каналов связи, соединяющих компьютеры друг с другом.

К каждому компоненту многомашинного объединения предъявляются специфические требования при объединении вычислительных, коммуникационных каналов и каналов передачи данных в единый комплекс. Это также обуславливает необходимость создания специализированной терминологии, как показано ниже.

Абоненты сети — это объекты, которые генерируют или потребляют информацию в сети. Абонентами сети могут быть отдельные компьютеры, вычислительные комплексы, терминалы, промышленные роботы, станки с числовым программным управлением и т.д. Любой абонент сети подключен к рабочей станции.

Рабочая станция — это часть техники, выполняющая операции, связанные с передачей и приемом информации.

Сочетание абонента и рабочей станции принято называть абонентской системой. Для организации взаимодействия абонентов требуется физическая среда передачи.

Физическая среда передачи — линии связи или пространство, в котором распространяются электрические сигналы и оборудование передачи данных.

Сеть связи строится на основе физической среды передачи, позволяющей передавать данные между абонентскими системами.

Поэтому любую компьютерную сеть можно представить как совокупность абонентских систем и коммуникационной сети. На рисунке изображена обобщенная структура компьютерной сети:

………………

Общая структура компьютерной сети

Процесс обмена информацией в локальных и глобальных сетях реализован с помощью модели взаимодействия открытых систем.

Архитектура компьютерной сети предполагает описание общей модели сети.

Общая компьютерная модель определяется :

1. характеристики сети в целом ;

2. Черты и цели его основных составляющих.

Существование широкого спектра производителей вычислительных сетей и сетевых программных продуктов выявило проблему объединения сетей различных архитектур. Для ее решения была разработана модель взаимодействия открытых систем, которая служит базой для производителей при разработке совместимого сетевого оборудования. Модель представляет собой наиболее общие рекомендации по построению совместимых по стандартам сетевых программных продуктов. Эти рекомендации должны быть реализованы как в аппаратных, так и в программных вычислительных сетях.

Система, которая взаимодействует с другими системами в соответствии с признанными стандартами, называется открытой.

Наиболее широко используемой в настоящее время архитектурной моделью сети является модель Open Systems Interconnect (OSI), которая используется для описания фундаментальных концепций, определяющих взаимодействие информационных систем в компьютерных сетях. Все международные организации принимают модель ВОС в качестве основы для стандартизации протоколов информационных сетей.

В модели ВОС информационная сеть рассматривается как набор функций, которые разделены на группы, называемые уровнями. Разделение на уровни позволяет вносить изменения в средства реализации одного уровня без перестройки средств других уровней, что значительно упрощает и снижает затраты на модернизацию средств по мере развития технического обеспечения.

Семь уровней составляют модель ВОС:

Уровень 7 — прикладной — обеспечивает поддержку прикладных процессов конечных пользователей. Этот уровень определяет круг прикладных задач, реализуемых в данной компьютерной сети. Он также содержит все необходимые элементы обслуживания для пользовательских прикладных программ. Некоторые задачи сетевой операционной системы могут быть размещены на прикладном уровне. Этот уровень включает в себя средства управления прикладными процессами, процессы могут объединяться для выполнения поставленных задач и обмениваться данными между собой. На прикладном уровне определяются данные, которые должны быть переданы по сети, и помещаются в блоки. Прикладной уровень реализуется программным обеспечением на основе протоколов нижнего уровня.

Синтаксис данных в модели определяется на уровне 6 — представительском (презентационном), т.е. визуальное представление данных. Он гарантирует, что данные представлены в приемлемых для данной системы кодах и форматах. В некоторых системах этот уровень и уровень приложения могут быть объединены. На этом уровне реализуются функции кодирования, форматирования и структурирования представления данных.

Установление и поддержание сеанса связи между двумя абонентами через сеть связи реализуется на пятом уровне, называемом сеансом. Он разрешает обмен данными способом, заданным прикладной программой, или предоставляет пользователю возможность выбора способа обмена. Сеанс связи поддерживается и завершается на уровне сеанса. Тип связи, начало и завершение задач, порядок обмена запросами и ответами, а также способ обмена определяются на этом уровне.

Три верхних уровня в совокупности называются «прикладным процессом». Эти уровни определяют, как компьютерная сеть функционирует в качестве прикладной системы.

Интерфейс между процессами и сетью обеспечивается четвертым уровнем, или транспортным. Этот уровень облегчает связь между конечными точками, в отличие от сетевого уровня, который передает данные через промежуточные сетевые элементы. Он предназначен для управления сквозными каналами связи в сети передачи данных. Мультиплексирование и демультиплексирование (сборка и разборка пакетов), обнаружение и устранение ошибок передачи данных, а также реализация заказанного уровня услуг (например, скорость и надежность передачи) — все это функции транспортного уровня.

Уровень 3 — сетевой — определяет интерфейс пользовательского оборудования передачи данных с сетью коммутации пакетов. Он также отвечает за маршрутизацию пакетов в сети связи и за связь между сетями — реализует межсетевое взаимодействие. Пакет — группа байтов, передаваемых абонентами сети друг другу. Пакеты формируются в соответствии с правилами промежуточной сети, через которую проходит исходный пакет, и пакеты маршрутизируются, то есть определяются и реализуются маршруты для передачи пакетов. Этот уровень также выполняет функцию контроля нагрузки на сеть с целью предотвращения перегрузок, негативно влияющих на работу сети.

Уровень 2 — канальный — уровень канала передачи данных — обеспечивает управление потоком данных в виде кадров, которые представляют собой упакованные информационные пакеты, обнаруживает ошибки передачи и реализует алгоритм восстановления информации в случае сбоя или потери данных.

Уровень 1 — физический — выполняет все необходимые процедуры в канале связи. Его основная задача — управление оборудованием передачи данных и подключенным к нему каналом связи. На физическом уровне происходит представление информации в виде электрических или оптических сигналов, преобразование формы сигналов, выбор параметров физической среды передачи данных.

Движение данных при обмене информацией по сети начинается на верхнем уровне и проходит вниз через все уровни модели.

Когда информация от прикладного процесса передается в сеть, она обрабатывается уровнями модели взаимодействия открытых систем. Смысл этой обработки заключается в том, что каждый уровень добавляет к информации процесса свой заголовок — служебную информацию, которая необходима для адресации сообщений и для некоторых функций управления. Канальный уровень добавляет заголовок и концевик — контрольную последовательность, используемую для проверки правильности приема сообщения из коммуникационной сети.

Физический уровень не добавляет никаких заголовков. Сообщение проходит через коммуникационную сеть и принимается компьютерами абонентов вычислительной сети после форматирования заголовками и терминатором. Компьютер каждого абонента декодирует адреса в полученном сообщении и определяет, предназначено ли оно для этого абонента.

В то же время в компьютере абонента происходит обратный процесс — чтение и отсечение заголовков по уровням модели взаимодействия открытых систем. Каждый уровень реагирует только на свой собственный заголовок. Заголовки верхних уровней нижними уровнями не воспринимаются и не изменяются. Таким образом, двигаясь по уровням модели ВОС, информация поступает в тот процесс, которому она адресована.

L Топология сети — это усредненная геометрическая схема соединений узлов сети. Топологии компьютерных сетей могут быть самыми разными, но для локальных вычислительных сетей основными являются три топологии: кольцо, шина, звезда.

Любую компьютерную сеть можно рассматривать как набор узлов.

Любое устройство, непосредственно подключенное к среде передачи данных сети, называется узлом. Схема соединения узлов сети усредняется по топологии. Например, эллипс, замкнутая кривая или замкнутая полилиния относятся к кольцевой топологии, а разомкнутая полилиния — нет.

Кольцевая топология предполагает соединение узлов сети замкнутой кривой — кабелем среды передачи. Выход одного узла сети соединяется с входом другого. Информация передается по кольцу от узла к узлу. Каждый промежуточный узел между передатчиком и приемником ретранслирует отправленное сообщение. Принимающий узел распознает и получает только адресованные ему сообщения.

Для сетей со скромной физической площадью идеально подходит кольцевая топология. Поскольку нет центрального узла, сеть более надежна. Благодаря ретрансляции информации в качестве среды передачи можно использовать любой кабель.

Производительность такой сети снижается из-за последовательной дисциплины обслуживания ее узлов, а когда узел выходит из строя, целостность кольца нарушается, что требует специальных мер предосторожности для сохранения пути передачи информации.

Топология шины является одной из самых простых. Она связана с использованием коаксиального кабеля в качестве среды передачи. Данные от передающего узла сети распространяются по шине в обоих направлениях. Промежуточные узлы не транслируют входящие сообщения. Информация принимается всеми узлами, но получает сообщение только тот узел, которому оно адресовано. Дисциплина обслуживания — параллельная.

Это обеспечивает высокоскоростную локальную сеть с топологией шины. Сеть можно легко расширить, сконфигурировать и адаптировать к различным системам. Сеть с топологией шины устойчива к возможным неисправностям отдельных узлов.

Сети с шинной топологией являются наиболее распространенными на сегодняшний день. Следует отметить, что они имеют небольшую длину и не позволяют использовать различные типы кабелей в пределах одной сети.

Центральный узел, к которому подключены периферийные узлы, составляет основу топологии звезды. Между каждым периферийным узлом и центральным узлом существует отдельный канал связи. Центральный узел, который осуществляет ретрансляцию, коммутацию и маршрутизацию информационных потоков в сети, является единственной точкой передачи всех данных.

Взаимодействие узлов LS друг с другом значительно упрощается благодаря топологии «звезда», что также позволяет использовать менее сложные сетевые адаптеры. В то же время только центральный узел определяет, насколько хорошо работает LS с топологией «звезда».

Более сложные топологии, которые в некоторых случаях представляют собой комбинацию рассматриваемых, могут использоваться в реальных вычислительных сетях.

Для получения доступа к глобальным информационным ресурсам необходимо подключение локальной сети к сети высокого уровня.

Ассоциация местных сетей.

Причины объединения лекарств

Со временем ЛС, разработанная на определенном этапе развития системы, перестает удовлетворять все потребности пользователей, что вызывает необходимость расширения ее функциональности. Например, объединение различных СЗИ внутри компании, которые впервые появились в различных ее отделах и филиалах в разное время, хотя бы для организации обмена данными с другими компьютерными системами. Вопрос расширения конфигурации сети может быть решен как в пределах ограниченной территории, так и с выходом в окружающее пространство.

Может возникнуть необходимость подключения ЛС к сетям более высокого уровня, чтобы удовлетворить желание получить доступ к конкретным информационным ресурсам.

В простейшем случае объединение ЛВС требуется для расширения сети в целом, но поскольку техническая емкость существующей сети уже достигнута, добавить к ней новых абонентов невозможно. Тогда вновь созданная ЛВС объединяется с уже существующей ЛВС.

Развитие компьютерных сетей основано на принципах структурирования, и каждая сеть состоит из набора взаимосвязанных участков — структур.

Каждая отдельная структура состоит из нескольких компьютеров, подключенных к коммутатору с помощью сетевых адаптеров. Сеть получает новую структуру только тогда, когда возникает необходимость в ее развитии.

Необходимость соединения компьютерных сетей, построенных с использованием различных стандартов, привела к разработке специализированного оборудования (мосты, маршрутизаторы, концентраторы и т.д.). которое осуществляет такое взаимодействие.

Способы объединения лекарств

Мост. Самый простой вариант объединения локальных сетей — это соединение идентичных сетей в ограниченном пространстве. Физическая среда передачи данных накладывает ограничения на длину сетевого кабеля. В пределах допустимой длины строится сегмент сети — сетевой сегмент. Для соединения сегментов сети используются мосты.

Используя одни и те же протоколы передачи данных, мост соединяет две сети.

Сети, соединяющие мост, должны иметь одинаковые сетевые уровни модели взаимодействия открытых систем, нижние уровни могут иметь некоторые различия.

Мост — это другой компьютер со специализированным программным обеспечением и дополнительным оборудованием для сети персональных компьютеров. Используя одни и те же сетевые операционные системы, мост может соединять сети с различной топологией.

Мосты могут быть местными или удаленными.

В рамках существующей системы локальные мосты связывают сети, ограниченные определенной областью.

Удаленные мосты используют модемы и внешние каналы связи для соединения сетей, разделенных расстоянием.

Местные мосты, в свою очередь, подразделяются на внутренние и внешние.

Внутренние мосты обычно располагаются на одном из компьютеров данной сети и объединяют функцию моста с функцией абонентского компьютера. Расширение функций осуществляется путем установки дополнительной сетевой карты.

Внешние мосты используют для выполнения своих задач другой компьютер со специализированным программным обеспечением.

Маршрутизатор. Сеть со сложной конфигурацией, представляющая собой соединение нескольких сетей, нуждается в специальном устройстве. Задача этого устройства — отправить сообщение получателю в нужной сети. Такое устройство называется маршрутизатором. Маршрутизатор — это устройство, которое соединяет различные типы сетей, но использует одну и ту же операционную систему. Маршрутизатор выполняет свои функции на сетевом уровне, поэтому он зависит от протоколов связи, но не зависит от типа сети. С помощью двух адресов — адреса сети и адреса узла — маршрутизатор однозначно определяет конкретную сетевую станцию.

Маршрутизатор также может выбирать наилучший путь для отправки сообщения абоненту сети, фильтрует проходящую через него информацию, отправляя в одну из сетей только ту информацию, которая адресована ему.

Маршрутизатор также обеспечивает балансировку нагрузки сети, направляя потоки сообщений по открытым каналам коммуникации.

Шлюз. Шлюзы — это специализированные устройства, объединяющие различные конфигурации персональных сетей с использованием протоколов, сильно отличающихся друг от друга. Шлюз — это устройство, которое облегчает управление обменом данными между двумя сетями, использующими различные протоколы.

Шлюз выполняет свои задачи на уровнях выше сетевого. Он зависит от используемых протоколов связи, а не от среды передачи. Как правило, шлюз выполняет преобразование протоколов между собой.

Шлюзы могут использоваться для подключения локальной сети к главному компьютеру, а локальная сеть может быть подключена к глобальной сети.

Мосты, маршрутизаторы и даже шлюзы выполнены в виде плат, которые устанавливаются в компьютеры. Они могут выполнять свои функции как в режиме полного разделения, так и в режиме совмещения их с функциями рабочей станции компьютерной сети.

Интернет -глобальная сеть

Структура установила интернет

Логическая структура Интернета представляет собой виртуальное объединение, которое имеет свое собственное информационное пространство.

Все компьютеры, входящие в состав сетей, подключенных к Интернету, могут обмениваться информацией друг с другом. При этом не имеет значения тип компьютера и операционная система. Пользователи Интернета имеют доступ к широкому спектру ресурсов.

Локальные вычислительные сети являются основными строительными блоками Интернета. Это означает, что Интернет соединяет более крупные единицы, такие как группы компьютеров, в дополнение к соединению отдельных компьютеров.

Если какая-то локальная сеть напрямую подключена к Интернету, то каждая рабочая станция этой сети также может подключиться к Интернету. Существуют также компьютеры, которые независимо подключены к Интернету. Они называются хост-компьютерами. Каждый компьютер, подключенный к сети, имеет свой адрес, по которому его может найти абонент из любой сети. Важной особенностью Интернета является то, что он, объединяя различные сети, не создает никакой иерархии — все компьютеры, подключенные к сети, равны.

Сеть Интернета самостоятельно передает данные. К адресам станций предъявляются особые требования. Адрес должен иметь формат, позволяющий обрабатывать его автоматически, и должен нести некоторую информацию о его владельце.

По этой причине каждому «компьютеру» присваивается два адреса — адрес домена и цифровой IP-адрес (IP, или Internetwork Protocol).

Эти два адреса одинаково удобны для использования. Доменный адрес подходит для восприятия пользователем, в то время как числовой адрес подходит для компьютерной обработки.

Цифровой адрес имеет длину 32 бита. Для удобства он разделен на четыре блока по 8 бит, которые можно записать в десятичной форме. Адрес содержит всю информацию, необходимую для идентификации компьютера.

Адрес сети задается двумя блоками, а адрес компьютера — двумя другими блоками. Линия, разделяющая эти адреса, определяется по определенному правилу. Адрес сети, адрес подсети и адрес компьютера в подсети — это три части IP-адреса.

Числовой адрес в двоичном коде записывается следующим образом, например: 10000000001011010000100110001000. Его десятичное представление — 192.45.9.200. Адрес компьютера — 200, адрес подсети — 9, а адрес сети — 192.45.

Доменный адрес определяет область, представляющую собой ряд хост-компьютеров. В отличие от числового адреса, он читается в обратном порядке. Сначала идет имя компьютера, затем имя сети, в которой он находится. Чтобы абоненты Интернета могли достаточно легко связываться друг с другом, все пространство его адресов разделено на области — домены. Также возможно разделение по определенным признакам и внутри доменов.

В схеме адресов Интернета используются домены, соответствующие географическим зонам. Их название состоит всего из двух букв. Например, географическими доменами некоторых стран являются: Франция (fr), Канада (sa), США (us) и Россия (ru).

Существуют также домены, разделенные по тематике. Такие домены обозначаются трехбуквенным акронимом. Например, edu., gov. и com. обозначают учреждения в сфере образования, правительства и бизнеса соответственно.

Имя компьютера включает в себя как минимум два уровня доменов. Каждый уровень отделяется от другого точкой. Слева от домена верхнего уровня находятся другие имена. Все имена слева являются поддоменами общего домена.

Для пользователей Интернета адрес может быть просто именем пользователя, зарегистрированным на сетевом компьютере. После имени отображается символ @. Имена каждого из них добавляются к компьютеру слева.

В Интернете можно использовать не только индивидуальные, но и групповые имена. Для обработки пути поиска в доменах существуют специальные серверы имен. Они преобразуют доменное имя в соответствующий числовой адрес.

Запросы отправляются с локальных серверов имен на глобальные серверы имен, которые затем связываются с другими локальными серверами имен. Поэтому пользователю не обязательно знать числовые адреса.

Таким образом, чтобы получить доступ в Интернет, пользователь должен знать адрес домена, с которым необходимо установить связь.

Методы передачи данных через интернет для организации

Эл. адрес

Функции обычной почты выполняет электронная почта (e-mail). Она предлагает передачу сообщений из одного места в другое. Свобода от временных затрат является ее главным преимуществом. Электронное письмо доставляется сразу после отправки и хранится в почтовом ящике до тех пор, пока его не прочитает получатель. В дополнение к тексту оно может включать звуковые, графические и двоичные файлы, представляющие собой программы.

В электронное письмо можно включить несколько адресов. Поскольку программы основных служб Интернета имеют интерфейс с ним, пользователи Интернета имеют доступ к различным сетевым службам. Главное, чтобы электронное письмо было доставлено на хост-машину. В электронном письме содержится набор стандартных формулировок, обеспечивающих доступ к желаемым функциям.

Для работы с электронной почтой было создано большое количество программ. Эти программы выполняют следующие функции:

Подготовка текста;

— Чтение и ведение переписки;

· Удаление соответствия;

· ввод адреса;

— Комментарии и отправка корреспонденции;

· импорт (прием и преобразование в нужный формат) других файлов.
При отправлении сообщений по электронной почте необходимо указывать в адресе не только имя хост-компьютера, но и имя абонента, которому сообщение предназначено.

Формат электронного адреса должен быть следующим:

Имя пользователя @ Адрес хоста.

Каждый пользователь одного компьютера может иметь свой собственный каталог для получения сообщений электронной почты.

Одним из наиболее используемых информационных ресурсов в Интернете является Всемирная паутина. Использование гипертекста и способность пользователей взаимодействовать с другими интернет-приложениями — вот две основные характеристики, которые отличают WWW.

Текст, содержащий ссылки на другие тексты, графику, видео- или аудиофайлы, называется гипертекстом. В гипертекстовом документе определенные фрагменты текста выделяются. Например, вы можете перейти к другому разделу того же документа, к другому документу на том же компьютере или даже к документам на любом другом компьютере, подключенном к Интернету, наведя на них курсор мыши.

Все WWW-серверы используют специальный язык, называемый HTML (Hypertext Markup Language). Документы HTML представляют собой текстовые файлы со встроенными в них специальными командами.

С помощью ключевых слов гипертекстовые документы связаны друг с другом. Пользователь может перейти к другому документу, чтобы узнать больше, найдя ключевое слово. Гипертекстовые ссылки также будут включены в новый документ.

Многие пользователи Интернета могут размещать свою информацию на существующих серверах, поскольку создание собственного WWW-сервера является сложной и дорогостоящей задачей.

Требования к компьютерным сетям

Основным требованием к компьютерным сетям является выполнение сетью своей главной функции — предоставление пользователю доступа к ресурсам всех подключенных к сети компьютеров.

Качество работы сети характеризуется следующими свойствами:

Производительность

Надежность и безопасность

Совместимость

Рулевое управление

Расширение

Масштабируемость

Независимо от выбранного показателя качества существуют два подхода к обеспечению качества обслуживания сети:

1) Сеть гарантирует пользователю соответствие некоторому числовому значению качества обслуживания.

2) Сеть предоставляет пользователям необходимые им услуги на основании их приоритетов.

В этой ситуации гарантируется только уровень привилегий пользователя; качество обслуживания не гарантируется.

Настоящий

Основные характеристики производительности сети включают в себя:

1. период ответа интервал между запросом услуги и получением ответа.

2. Пропускная способность, которая отражает количество данных, передаваемых сетью в единицу времени.

3. Задержка передачи — это интервал времени между поступлением пакета информации на вход сетевого устройства и его появлением на выходе этого устройства.

Значение времени отклика зависит от типа сетевого сервиса, к которому обращается пользователь, типа сервера, а также от текущего состояния элементов сети. Время отклика состоит из нескольких компонентов:

1. время на подготовку запросов пользователей.

2. Время, необходимое для прохождения запроса между клиентом и сервером через сегменты сети и промежуточное коммуникационное оборудование.

3. Время ответа на запрос на сервере.

4. Время передачи ответов с сервера клиенту.

5. период обработки на клиентском компьютере полученных от сервера ответов.

Пропускная способность, которая может быть мгновенной, максимальной или средней, напрямую описывает эффективность процесса транспортировки сообщения (МБ/сек, пакет/сек).

Средняя пропускная способность рассчитывается путем деления общего объема переданных данных на время их передачи (день, неделя), причем выбирается большой временной интервал.

Мгновенная пропускная способность отличается от средней пропускной способности тем, что выбирается достаточно маленький временной интервал (10 миллисекунд или 1 секунду).

Максимальная пропускная способность — это наибольшая мгновенная пропускная способность, зарегистрированная за период наблюдения.

Только сетевые этапы обработки данных — без отложенной обработки сетевыми компьютерами — характеризуются задержкой передачи. Задержка обычно составляет одну десятую секунды.

Надежность и безопасность

Следующие характеристики используются для оценки надежности сети:

1. Коэффициент доступности означает долю времени, в течение которого система может быть использована.

2. безопасность, т.е. способность системы защитить данные от несанкционированного доступа. В распределенной системе это сделать гораздо сложнее, чем в централизованной.

Отказоустойчивость. Это способность системы работать в условиях отказа некоторых ее элементов.

Чтобы система считалась высоконадежной, она должна, по крайней мере, иметь высокую доступность, но этого недостаточно — целостность данных также должна быть гарантирована и защищена от несанкционированного доступа (с помощью резервного копирования сервера). Вероятность доставки пакета на узел без искажений является одним из аспектов надежности. В дополнение к этой характеристике можно использовать и другие показатели, такие как вероятность потери пакета, вероятность искажения одного бита передаваемых данных, соотношение потерянных и доставленных пакетов и т. д.

Даже если в отказоустойчивой системе при отказе одного из компонентов страдает качество работы, система продолжает функционировать.