Сучасне мультимедійне обладнання(Вихристюк 2017)

Апаратна частина мультимедійного комп'ютера

«Мультимедійний компьютер» - це такий комп'ютер, на якому мультимедійні додатки можуть повною мірою реалізувати всі свої можливості. Мультимедійний комп'ютер повинен уміти багато: відображати на екрані монітора графічну і відеоінформацію, анімацію, відтворювати з високою якістю різне звукове супровід, музику, в тому числі і з музичних компакт-дисків, і багато іншого ...

Саме поняття мультимедійності для комп'ютерів виходить ще з 90-х років ХХ століття, коли навіть звукова карта для комп'ютера була розкішшю і рідкістю. Мультимедійним комп'ютером за поняттями тих часів вважався комп'ютер зі звуковою картою і з CD-ROM приводом. Він міг відтворювати звук (про відео в той час ніхто і не думав) з різних джерел, у тому числі і з аудіодисків.

Минали роки, і стандартний ПК ставав дедалі потужнішими і потужніше. Вже багато років звукова карта - неодмінний атрибут будь-якого ПК, і звукові карти інтегровані в материнську плату. Що характерно, це спрощує ремонт комп'ютерів вдома lt; # justify gt ;. Центральний процесор

Центральний процесор - серце і мозок комп'ютера, центральний елемент, керуючий усіма іншими компонентами, що входять до складу комп'ютера. Саме він більшою мірою визначає швидкість роботи комп'ютера (його продуктивність). Зазвичай замість «центральний процесор» кажуть просто «процесор», хоча в комп'ютері є та інші пристрої цього типу. Наприклад, процесор, встановлений на відеокарті, звукової карти і так далі.

У IBM-сумісних комп'ютерах застосовуються процесори, сумісні з сімейством х86 фірми Intel. В оригінальному IBM PC використовувався процесор Intel +8088 з 16-розрядними регістрами. Всі старші моделі процесорів включають в себе підмножина системи команд та архітектури нижчестоящих моделей, забезпечуючи сумісність з раніше написаним програмним забезпеченням.

Процесор

На перший погляд процесор - просто вирощений за спеціальною технологією кристал кремнію. Однак це кристал містить у собі безліч окремих елементів - транзисторів, які в сукупності і наділяють комп'ютер здатністю «думати».

Якщо ж подивитися на центральний процесор з «більшої висоти», можна виділити кілька важливих складових:

• Власне процесор - «обчислювач»

• Сопроцессор (FPU) - спеціальний блок для операцій з плаваючою крапкою

• Кеш-пам'ять першого рівня - невелика (кілька десятків кілобайт) надшвидка пам'ять, призначена для зберігання проміжних результатів обчислень

• Кеш-пам'ять другого рівня - ця пам'ять повільніше, зате більше (вимірюється вже сотнями кілобайт). Вона може бути інтегрована на самому кристалі процесора, а може бути виконана у вигляді додаткового кристала.

Архітектура лінії процесорів х86 фірми Intel заснована на концепції CISC (Complex Instruction Set Calculation) - розширеній системі команд змінної довжини, що з'явилася в 1978 році. Команди х86 може мати довжину від 8 до 108 біт, і процесор повинен послідовно декодувати інструкцію після визначення її кордонів. Тоді процесори були скалярними пристроями (тобто давали кожен час виконувати тільки оду команду), конвеєрна обробка практично не застосовувалася (виняток становили великі ЕОМ). Пізніше (в 1986 році) з'явилися процесори, засновані на архітектурі RISC (Reduced Instruction Set Calculation) - скороченому наборі команд фіксованої довжини, яка була оптимізована для суперскалярні (із можливістю виконання кількох команд одночасно) конвеєрних обчислень. З того часу обидві лінії до недавніх пір розвивалися практично незалежно. Intel з метою забезпечення сумісності не могла відмовитися від архітектури CISC навіть у новітніх моделях процесорів х86, а фірма Apple, ориентировавшаяся на процесори з архітектурою RISC, не могла істотно збільшити свою частку на ринку PC через труднощі з використанням програм для х86 на своїх комп'ютерах. Однак в окремих модифікаціях своїх процесорів фірмі AMD вдалося поєднати обидві архітектури. Тобто мікроядро процесора працює на основі архітектури RISC, а спеціальний блок інтерпретує команди CISC для забезпечення сумісності з системою команд х86. Важливим елементом процесора є блок обробки даних з плаваючою точкою (FPU - Floating Point Unit). Починаючи з моделі Intel 80486, він вбудований в ядро ??процесора у всіх без винятку процесорів різних виробників. Від ефективності цього блоку прямо залежить швидкість роботи процесора зі складними додатками (графіка, мультимедіа, тривимірні об'єкти).

Швидкість роботи центрального процесора

Тактова частота і обсяг встановленої на процесорі кеш-пам'яті є найважливішими факторами, що впливають на його продуктивність для всіх типів завдань. По специфікації PC99 тактова частота процесора мультимедійного комп'ютера повинна бути не менше 300 МГц, а в специфікації PC 2001 вимоги стали ще жорсткішими і мінімальна тактова частота на 2001-2002 рік становить 667 МГц. Мінімальний об'єм кеш-пам'яті - 128 Кб. Є ряд спеціалізованих завдань, прискорене вирішення яких можливе за рахунок оптимізації операцій на апаратному рівні. Вперше цю проблему спробувала вирішити Intel впровадженням технології MMX (MultiMedia Extension - мультимедійне розширення). І так чималий набір команд х86 було розширено за рахунок 57 додаткових інструкцій типу SIMD (Single Instruction - Multiple Data - одна інструкція для багатьох даних), що дозволили распараллелить обробку даних. Технологія MMX значно прискорила роботу процесора з мультимедійними додатками. Але у нього був істотний недолік - неможливість обробки даних з плаваючою крапкою. А адже саме такі операції характерні для додатків, що інтенсивно використовують тривимірну графіку. Вперше технологія для обробки даних з плаваючою точкою була реалізована фірмою AMD в процесорі K6-2 і отримала назву 3DNow! Вона включає в себе 21 інструкцію типу SIMD, оптимізованих для паралельної обробки даних з плаваючою крапкою. З деяким запізненням схожу технологію під назвою SSE (Streaming SIMD Extension) реалізувала фірма Intel у своєму процесорі Pentium III. Фактично Intel запровадила новий режим роботи процесора - паралельну обробку інструкцій FPU і SSE.

Кристал

При виробництві процесорів використовуються так звані технологічні норми, які означають допустима відстань між ланцюгами на кристалі кремнію і мінімально можливий розмір логічних та інших елементів. Природно, що чим менше ця відстань, тим більше елементів можна розмістити на одиниці площі кристала або при незмінному числі елементів зробити більше кристалів з вихідної кремнієвої пластини. До того ж зменшення розмірів призводить і до зменшення розсіюваною потужності, що дозволяє підняти робочу частоту, на якій надійно функціонують елементи. Тому всі виробники процесорів прагнуть посилювати технологічні норми для підвищення продуктивності. Ще недавно стандартом вважався показник 0,35 мікрон, зараз процесори виготовляють за нормою 0,25 і 0,18 мікрон.

Конструктив

З «легкої руки» Intel в комп'ютерній індустрії з'явилося і поняття «конструктив». Це слово вельми точно передає суть якогось споруди, в надра якого укладені процесори Intel, починаючи з Pentium II, призначені для установки в Slot 1. Там і процесорна плата, на якій розташовуються кристали власне процесора і кеш-пам'ять другого рівня, і корпус, що охоплює цю плату, і роз'єм під Slot1 або Slot 2. Вся ця конструкція була названа SECC (Single Edge Contact Cartridge - картридж з односторонніми контактами). Слідом за Intel і фірма AMD випустила свій процесор Athlon для установки в роз'єм Slot A. Процесори Celeron корпусу не удостоївся через відсутність окремого кристала кеш-пам'яті. Тому логічним виглядав наступний крок Intel - випуск Celeron в конструктиві PPGA (Plastic Pin Grid Array), тобто повернення до технології, характерної для інтерфейсу Socket 7. Порівняно недавно з'явилися нові конструктиви: FC-PGA 370 для процесорів фірми Intel і Socket A для процесорів AMD Athlon і Duron. Тобто практично відбулося повернення до технологічним рішенням, характерним для Socket 7, але на іншому технологічному рівні.

Оперативна пам'ять

Як відомо, дані комп'ютер зберігає в основному на спеціальному пристрої - жорсткому диску. І в процесі роботи бере її саме звідти. А куди поміщається інформація потім?

Зрозуміло, що для оперативної роботи з даними процесору необхідна більш швидкодіюча пам'ять, ніж жорсткий диск. В принципі така пам'ять вже вбудована в сам процесор - це кеш-пам'ять. Але її обсяг надзвичайно малий, а для роботи з сучасними програмами необхідні десятки і навіть сотні мегабайт. Для цього й потрібна комп'ютера оперативна пам'ять, що володіє високою швидкістю доступу і має досить великий обсяг. Вона призначена для зберігання результатів всякого роду операцій і обчислень. Зберігати в ній інформацію постійно неможливо, так як при відключенні живлення вся інформація в оперативній пам'яті зникає.

Зростання необхідних обсягів оперативної пам'яті відбувається практично безперервно у міру розвитку технології апаратних засобів і програмних продуктів. Сьогодні по специфікації PC 2001 обсяг оперативної пам'яті мультимедійного комп'ютера не повинен бути менше 64 Мб. Для комфортної роботи в середовищі видавничих пакетів і графічних редакторів знадобиться вже 128 Мб. Якщо ж працювати з кольором, то 256 Мб оперативної пам'яті не здадуться зайвими. Для професійної роботи зі створення тривимірних зображень високої якості, обробки відео в реальному часі краще мати не менше 512 Мб. Оперативна пам'ять випускається у вигляді мікросхем, зібраних у спеціальні модулі. Стандартом сьогодні вважаються 168-контактні DIMM-модулі пам'яті типу SDRAM, відповідні специфікації РС - 133, тобто, які можуть бути встановлені на материнські плати з частотою системної шини 133 МГц. Максимальна пропускна здатність цих модулів пам'яті - 1066 Мб/с.

Відеокарта

Бурхливий розвиток і впровадження в якості стандарту де-факто графічного інтерфейсу операційних систем, прикладних і ігрових програм стало стимулом до появи нового покоління відеоадаптерів, які прийнято називати «графічними прискорювачами». Зазвичай під цим поняттям розуміють, що багато графічні функції виконуються в самому видеоадаптере на апаратному рівні. Так як ці функції пов'язані з малюванням графічних примітивів (ліній, дуг, кіл і інших фігур), заливкою кольором ділянок зображення, переміщенням блоків (наприклад, вікон), тобто з обробкою графіки у двох вимірах на одній площині, то такі прискорювачі отримали позначення 2D-прискорювачів.

Тривимірні (3D) прискорювачі з розряду екзотичного професійного обладнання перейшли в масовий сектор завдяки знову ж новими програмами, насамперед ігровим, в якому вимагали обрахунку і побудови тривимірних (об'ємних) зображень на екрані монітора в реальному часі. Спочатку вони випускалися у вигляді окремих плат, займали окремий слот PCI. Зараз 2D/3D прискорювачі встановлені на самій платі відеоадаптера. Робота з графікою - одна з найважчих завдань, які доводиться вирішувати мультимедійному комп'ютеру. Складні зображення, мільйони кольорів і відтінків ... Тому немає нічого дивного, що для цієї роботи доводиться встановлювати в комп'ютер фактично другий потужний процесор. Він знаходиться на відеокарті і призначений для того, щоб розвантажити центральний процесор при обробці графіки.

Ще кілька років тому перелік обов'язкових функцій відеокарт перебував тільки з однієї позиції - робота зі звичайною двовимірної графікою. І саме виходячи з швидкості і якості роботи в 2D-режимі вони оцінювалися. Сьогодні ситуація змінилася: всі сучасні відеокарти здатні швидко і якісно обробляти двовимірну графіку і чекати яких або просувань в цій галузі вже не варто. Однак у відеокарти з'явилися нові обов'язки. Перша і обов'язкова для всіх сучасних відеоадаптерів - підтримка об'ємної, тривимірної графіки, тобто наявність 3D-прискорювача. Серед додаткових функцій - можливість прийому телевізійного сигналу (вбудований TV-тюнер), апаратне декодування і відтворення VideoCD і DVD-дисків, наявність TV-входу/виходу.