Устройство современного компьютера

     В общем, в настоящее время  достаточно дорогая звуковая  плата (особенно есле их две)  способна по истине заменить  дорогую студийную аппаратуру  и даже во многом превзойти,  использовав естественно соответствующее програмное обеспечение (Cool edit pro, Sound forge, Sonic foundry ACID (идеальный сэмплер), Steinberg cubase, Cakewalk pro audio, Steinberg wavelab, ReBirth, Retro AS-1 и многие другие). К стати, в настоящее время не один человек, имеющий дело с созданием музыки не сможет обойтись без компьютера, так как редактирование звуков в синтезаторах производится преимущественно через компьютер (точнее – подключение синтезатора через разъём MPU-401 звуковой карты), и сведение звуков (сэмплов) тоже в соответствующем програмном обеспечении. 

2. Переход  от шинных к гибридным.

       Когда-то компьютеры типа IBM PC в специальной литературе приводились как пример шинной архитектуры, однако с течением времени они стали приобритать всё большее сходство с одноплатными компьютерами. В этой главе речь пойдёт о технологиях AMR и NSP.

      Персональные ЭВМ профессионального  назначения обычно базировались  на шинной архитектуре. Основой  этой технологии является наличие  стандартной шины, к которой подключены  все контроллеры. В идеале на материнской плате шинного компьютера должен находиться только контроллер шины, а всё остольное помещаться на отдельные платы. В большей части ПК материнская плата всегда содержала процессор, некоторое количество ОЗУ и контроллер клавиатуры, так что изначально система была гибридной.      

       Первой на отдельную шину пересела  оперативная память. Потом появилась  шина PCI. Тихо и незаметно на системную плату перекочевали последовательные и параллельные порты, а так же контроллеры жестких и гибких дисков. Все они были интегрированы в набор микросхем поддержки, как и контроллер шины ISA. Контроллер новой последовательной шины USB никогда и не был отдельным устройством. Функционально все эти устройства объединены с набором микросхем поддержки, так что в этом плане современный PC-совместимый компьютер гораздо ближе к одноплатным, чем к шинным устройствам.

      Совсем недавно на собственную  шину переместились видеоадаптеры.  В прочем, AGP-это не конкурент шины PCI, а её расширение, позволяющее видеоадаптеру считывать информацию из системной памяти по отдельному, более быстрому тракту. Но AGP предназначено только для видеокарт и никакое другое устройство в этот разъём установить нельзя, а выпуск видеоадаптнров для обычной шины постепенно прекращаются.

      Всё новые и новые устройства начинают входить в стандартную комплектацию компьютера. Они либо просто перемещаются на материнскую плату, объеденяясь с другими компонентами, либо получают собственные интерфейсы, лучше приспособленные, чем стандартная системная шина. В ближайшее время такая судьба ожидает модемы и звуковые карты.  
 

                                           2.1. Спецификации AC’97.

   Данная  спкцификация описывает технологию работы PC с аналоговым сигналом, в первую очередь со звуком, отсюда и название – Audio Codec. Функционально AC’97 состоит из двух раздельных микросхем: одна работает с цифровым сигналом, вторая – с аналоговым. Это улучшает соотношение сигнал / шум. Собственно AC’97 называется чип, выполняющий функции аналого-цифрового преобразователя.Вторая часть, называемая Digital CA’97 controller отвечает за все операции с цифровым звуком: микширование каналов, изменение частоты выборки и т.д. Стандартизирован так же и интерфейс с помощью которого должно происходить общение этих двух микросхем, пятипроводной двунаправленой AC-link. Когда готовилась следующая версия спецификаций AC’97 2.0 разработчики учли, что с двумя типами сигналов работает не только звуковая карта, но и модем. Таким образом, начиная с версии 2.0 данной спецификации описывает уже три возможных конфигурациии: модем, звуковая картв и объединение этих двух устройств именно на AC’97 2.0 и базируется технология AMR. 
 

2.2.AMR модем и AMR звуковой тракт. 

   AMR (Audio Modem Raiser) – это контроллер, который встраивается непосредственно в набор поддержки. На материнскую плату выносится общая часть модема и звуковой карты, а именно ЦАП и АЦП. На материнской плате появляется очень короткий слот, куда вставляется специальный модуль, а уже на нём расположены остальные блоки для реализации функций модема и звуковой карты. На карте также будут находиться все внешние разъёмы: для подключения колонок, микрофона, телефонной линии и т.д. В соответствии спецификациям AC’97 и наличие контроллера прямо в чипсете позволяет надеяться на получение весьма неплохих по характеристикам модема и звуковой карты за низкую цену.  

2.3. NSP. 

   Сразу же после начала выпуска процессоров  семейства Pentium на страницах прессы замелькала абривиатура NSP. Расшифровывается она как Native Signal Processor и означает обработку всех сигналов силами центрального процессора. Фирма Intel потратила много сил, что бы убедить произволителей и покупателей в том, что достаточно лишь купить процессор Pentium – и не придётся тратиться на специализированные микросхемы. Сам процессор, дескать, справится одновременно с функциями и модема, и с воспроизведением высококачественного стереозвука и т.д. Вскоре про NSP забыли: не так велика была скорость имеющихся процессоров.

       Сейчас же NSP может снова вернуться к нам в обновлённом виде – под прикрытием AMR. Процессоры ныне стали гараздо производительнее. AMR, в отличае от NSP позволяет снаять с процессора наиболее сложные операции по преобразованию цифро-аналогово сигнала.    

   3. DVD – прорыв в большую память.

      DVD – многофункциональный цифровой оптический диск с высокой плотностью записи информации. В зависимости от их вида и назначения различают следующие типы дисков:

• DVD-video – для записи цифровых сигналов звука и изображения, подвергнутых процедуре сжатия цифрового потока;
• DVD-audio – для записи высококачественного нескомпрессированного цифрового звука с параметрами дискретизации 24бит / 96кГц (что в два раза превосходит компакт-диск);
• DVD-ROM – для записи компьютерных программ и другой цифровой мультимедиа информации;
• DVD-R – диски с возможностью однократной записи информации;
• DVD-RW – с возможностью многократной перезаписи данных.

   По  конструктивному исполнению DVD-диски делятся на 4 различных типа. Они бывают одно- и двухслойными, при этом информация может записываться на одной или на двух сторонах диска. Цифра в наименовании – это округленное значение ёмкости.

• DVD-5 – Однослойные односторонние диски с ёмкостью 4,7 Гбт. Имеют стандартные для CD размеры: диаметр 12 см и толщину 1,2 мм. Запись данных осуществляется только на одной стороне диска.
• DVD-9 – Двухслойные односторонние диски ёмкостью 8,5 Гбт. Имеют два информационных слоя; внутренний слой, на поверхность которого наносится второй внешний информационный слой из специального полупрозрачного материала.
• DVD-10 – Двухсторонний диск с одним информационным слоем. Обладает ёмкостью 9,4гб.
• DVD-18 – Двухсторонний диск с двумя информационными слоями, ёмкость 17гбт.

   Двухслойные DVD-диски имеют имеют два информационных слоя толщиной по 0,6мм каждый. Внутренний информационный слой выполняется по стандартам технологии пресования пит (микроуглубления на дорожках диска, прожигаемые лазерным лучём) и напыление отражающего слоя. Затем поверх него наносится второй – полупрозрачный слой толщиной 0,6 мм , на котором формируется второй информащионный слой. Общая толщина двухслойных дисков составляет 1,2мм, что соответствует размерам стандартного CD. Для считывания двухслойных DVD-дисков применяются специальные универсальные оптические головки с переменным фокусным расстоянием, которые могут быть перефокусированы по глубине: либо на внутреннем, либо на внешнем информационных слоях. При считывании двухслойного DVD-диска универсальная оптическая система DVD-ROM’a в начале будет фокусировать луч лазера на внутренних информационных треках диска, при этом луч будет проходить через полупрозрачный внешний слой. После окончания данных на этом слое луч перефокусируется на наружный слой.

       Высокая информационная ёмкость DVD-диска обусловлена увеличением плотности записи информации на диск более чем в 7 раз по сравнению со стандартными оптическими дисками (4,7 Гбт у самого простого варианта диска, в то время как у простого CD всего 0,65 Гбт). Это стало возможным благодаря следующим технологическим новшевствам:

• В DVD-диске существенно уменьшены геометрические размеры пит с 0,83мкм (CD)

        до 0,4мкм (DVD).

• Резко уменьшен шаг “спирали” между соседними дорожками пит – с 1,6мкм (CD) до 0,74мкм (CD).

   Для надёжного считывания этих данных для  DVD-ROM’ов потребовалось разработать значительно более прецизионные оптические лазерные головки. Кроме того, для считывания более мелких пит используется лазерный луч с меньшей длиной волны 0,635-0,650 мкм и увеличены до 0,6 апертуры линзы. Это позволило сфокусировать лазерный луч в пятно гораздо меньших размеров и обеспечить надёжное считывание микрорельефа DVD-дисков.

        Компания Hewlett Packard объявила о выпуске первого дисковода DVD с возможностью перезаписи, изготовленного по технологии DVD+RW. Современные мультимедийные приложения нуждаются во всё больших объёмах сменной памяти, и появление перезаписываемых дисков DVD ёмкостью 3 гигабайта на сегодняшний день является очень удачным решением этой проблемы. В объёме 3 гб можно запомнить, например, 100 минут сверхвысококачественного цифрового видео или 50 часов музыки в максимальном качестве в формате MP3. Этот объём равен 2000 дискет, что показывает, на сколько за последние десять лет продвинулась технология сменной памяти.

   4. Новый высокоскоростной цифровой  интерфейс. 

        IEEE-1394, FireWire и i.Link – эти три названия одного и того же высокоскоростного цифрового последовательног интерфейса, который служит для передачи любых видов цифровой информации. IEEE-1394 – это стандарт нового интерфейса 1394 Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE), контроллеры дла которого разработала и выпускает фирма Adaptec, Firewire – зарегистрированный товарный знак фирмы Apple, принимавшей активное участие в его разработки, а i.Link – торговый знак и логотип для обозначения шины соединения между цифровыми бытовыми устройствами фирмы SONY. Области применения IEEE-1394 – высокоскоростной доступ к устройствам хранения информации, таким как жёсткие диски, приводы CD и DVD, а так же к устройствам ввода, таким как сканеры или платы оцифровки видео, и к другому аудио- и видеооборудования. Этот стандарт позволяет объединять аппаратные и програмные средства для передачи потоков данных 100, 200 или 400 Мбит / cек., обладает привосходными характеристиками, гибкостью и простотой использования, а кроме того, способен при необходимости давать при передаче приоритет тем данным, для которых синхронизация по времени является критичным фактором (как, например, аудио и видео). При этом полностью цифровой интерфейс исключает необходимость в преобразовании цифровых данных в аналоговые и избегает возникающих потерь. Благодаря вышеперечисленным качествам IEEE-1394 хорошо подходит для передачи цифрового видео в компьютер и практически не имеет альтернативы в этой области. Связь между устройствами с интерфейсом IEEE-1394 может включаться и выключаться непосредственно на время их работы (так называемое горячее подключение) без выключения питания и перезагрузки. IEEE-1394 стало международным стандартом недорогого интерфейса, который позволяет объединить всевозможные цифровые устройства для развлечений, коммуникации и вычислительную технику в бытовой мультимедийной цифровой комплекс. Иными словами, все IEEE-1394-устройства, такие как цифровые видео- и фотокамеры, DVD- устройства и другие приборы, прекрасно стыкуются как с персональными компьютерами, оснащёнными подобным интерфейсом (его поддерживают и Mac, и PC – компьютеры), так и между собой. Это означает, что теперь пользователи теперь могут передавать, обрабатывать и сохранять данные (в том числе изображения, звук и видео) с высокой скоростью и практически без какого-либо ухудшения качества.  
 

         4.1.  Основные характеристики IEEE-1394.

• небольшой тонкий кабель для последовательной передачи сигналов обещает полностью заменить в недалёком будущем грамоздкие и более дорогие варианты;
• простой в использовании интерфейс исключает необхолимость дополнительной настройки, установки терменаторов и идентификационных номеров устройств;
• подключение в “горячем” режиме позволяет избежать задержек, связанных с перезагрузкой комльютера (пользователи могут подключать и отключать любые IEEE-1394-устройства, когда шина находится в активном состоянии – они тут же автоматически распознаются и включаются в систему).
• Недорогие контроллеры, рассчитанные на бытовые устройства, обеспечивают гарантированную передачу критичных по времени данных и снижают требования к дорогостоящим буферным устройствам;
• Расширяемая архитектура позволяет совместно использовать подключенные к шине устройства с пропускной способностью в 100, 200 и 400 Мбит / сек;
• Гибкая топология соединений (звездой или разветвлённым деревом) позволяет упростить подключение для обмена данными между устройствами;
• Отсутствие необходимости получения разрешения на применение стандарта, а следовательно, и проблема лицензирования для использования контроллера IEEE-1394 в различных изделиях.

   Управление  последовательной шиной включает в  себя:

• автоматическое конфигурирование с полной оптимизацией произвольного распределения временных соотношений;
• гарантии адекватной электрической мощности для всех устройств, подключение к шине; назначение главного IEEE-1394- устройство в цикле;
• назначение изохронного канала идентификации (ID) и выдачу сообщений о возникающих ошибках.

   Важно отметить, что по интерфейсу IEEE-1394 возможны два типа передачи данных: асинхронный и изохронный.

   Асинхронная передача реализуется по традиционному  компьютерному интерфейсу загрузки и сохранения данных в определённой области памяти. Изохронные каналы обеспечивают гарантированную передачу данных с предопределённой скоростью, что очень важно для обмена мультимедийными в реальном масштабе времени, поскольку передавать такие данные необходимо в строго определённые интервалы.