Архітектура комп’ютерів

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

Бердичівський політехнічний коледж

Контрольна робота

«Архітектура комп’ютерів»

курс 5

(варіант №21)

студента групи ПЗС-505

Сушицький В.В.

Перевірив викладач:

Козік В.Ю.

м. Бердичів, 2008 р.

Зміст

Файлові системи CD-ROM

Типи звукових файлів. Процес стиснення аудіо даних

Розміри портативних систем

Список використаної літератури

1. Файлові системи CD-ROM

В даний час існує два основні типи зберігання даних в комп'ютері: магнітний і оптичний. Пристрої магнітного зберігання широко представлені в сучасному комп'ютері — це жорсткий диск і дисковод. В них інформація записується на магнітний диск, що обертається. В пристроях оптичного зберігання запис і прочитування здійснюються на диск, що обертається, за допомогою лазерного променя, а не магнітного поля. Слід зазначити, що більшість оптичних пристроїв може лише прочитувати інформацію з носія. В деяких пристроях (наприклад, LS-120 або SuperDisk) застосуються магнітний і оптичний спосіб запису і прочитування інформації. Такі пристрої одержали назву магнітооптичних. Сучасні оптичні пристрої частіше за все використовуються для архівації даних як знімний носій інформації. В цьому розділі мова піде про оптичні пристрої. CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory — пам'ять тільки для читання на компакт-диску) — це оптичний носій інформації, призначений тільки для читання даних. Інші формати CD-R і CD-RW дозволяють записувати дані на компакт-диск, а нова технологія DVD дозволяє істотно збільшити місткість звичайного оптичного диска. В даний час накопичувач CD-ROM — невід'ємна частина практично будь-якого комп'ютера. Виключенням служить лише комп'ютер, що використовується в бізнес-мережі. В такій мережі існує виділений сервер з жорсткими дисками і накопичувачем CD-ROM, наданим в сумісне використовування. Такий спосіб більш економічний, але приносить масу незручностей, особливо якщо мережа підприємства достатньо велика. CD-ROM — це оптичний носій інформації, призначений тільки для читання, на якому може зберігатися до 650 Мбайт даних, що відповідає приблизно 333 тис.

CD-ROM подібний звичайним звуковим компакт-дискам, і його можна навіть спробувати відтворити на звичайному звуковому програвачі. Правда, при цьому ви почуєте просто шум. Доступ до даних, що зберігаються на CD-ROM, здійснюється швидше, ніж до даних, записаних на дискетах, але все таки значно повільніше, ніж на сучасних жорстких дисках. Термін CD-ROM відноситься як до самих компакт-дисків, так і до пристроїв (накопичувачам), в яких інформація прочитується з компакт-диска. Сфера вживання CD-ROM розширяється дуже швидко: якщо в 1988 році їх було записано всього декілька десятків, то на сьогоднішній день випущено вже декілька тисяч найменувань найрізноманітніших тематичних дисків — від статистичних даних по світовому сільськогосподарському виробництву до повчальних ігор для дошкільників. Безліч дрібних і крупних приватних фірм і державних організацій випускають власні компакт-диски з відомостями, що представляють інтерес для фахівців в певних областях. В 1978 році фірми Sony і Philips об'єднали свої зусилля в області розробки сучасних звукових компакт-дисків. Philips на той час вже розробила лазерний програвач, а у Sony за плечима були багаторічні дослідження в області цифрового звукозапису. Конкурентна боротьба між ними могла привести до появи двох несумісних Що таке CD-ROM 617 форматів лазерних дисків, тому вони прийшли до угоди про єдину технологію запису і виробництва. Sony наполягала на тому, щоб діаметр компакт-дисків був рівний 12 дюймів, а Philips пропонувала зменшити його. В 1982 році обидві фірми обнародували стандарт, в якому визначалися методи обробки сигналів, способи їх запису, а також розмір диска— 4,72 дюйма, який використовується і до цього дня. Точні розміри компакт-диска такі: зовнішній діаметр — 120 мм, діаметр центрального отвір — 15 мм, товщина— 1,2 мм Говорять, що такі розміри були вибрані тому, що на такому диску повністю поміщалася Дев'ята симфонія Бетховена. Співпраця цих двох фірм в 80-е роки привела до створення додаткових стандартів, що стосуються використовування технологій для запису комп'ютерних даних. На основі цих стандартів були створені сучасні накопичувачі для роботи з компакт-дисками. І якщо на першому етапі інженери трудилися над тим, як підібрати розмір диска під найбільшу з симфоній, то зараз програмісти і видавці думають, як в цей маленький кружечок втиснути більше інформації. Комп'ютерні компакт-диск диски виглядають так само, як і звукові, але, окрім музики, на них можна записати і іншу інформацію. Накопичувачі CD-ROM, які підключаються до комп'ютерів, нагадують програвачі музичних компакт-дисків. В них теж треба вставити компакт-диск, а після закінчення роботи його вийняти — все це добре знайомо тим, хто користується звуковими компакт-дисками. А якщо розібратися краще, то стане очевидно, що ці пристрої працюють за одним принципом. Компакт-диск діаметром 120 мм (близько 4,75 дюймів) виготовлений з полімеру і покрут металевою плівкою (звичайно яким-небудь сплавом алюмінію). Інформація прочитується саме з цієї металевої плівки, яка покривається полімером, що захищає дані від пошкодження. Етикетка звичайно поміщається на верхній стороні диска, а зчитування виконується з нижньої сторони. Таким чином, компакт-диск є одностороннім носієм інформації. Не дивлячись на те що запис на компакт-диску (так званий майстер-диск) здійснюється за допомогою лазера, цей спосіб придатний для виробництва сотень або тисяч копій. Запис одного мастер-диска триває до 30 хвилин. Крім того, матеріали, вживані при виготовлені мастер-дисків, не підходять для довгого використовування цих дисків. Якщо необхідно виготувати невеликий тираж компакт-дисків, з оригіналу (майстер-диска) методом гальванопластики знімається металева копія (матриця), пристрою можна використовувати для виготовлення копій так само, як при тиражуванні вінілових грампластінок. Цей метод застосовують для виготовлення невеликих партій дисків, після чого метала копія зноситься. Великі партії компакт-диск дисків проводяться в три етапи.

1. З майстер-диска описаним вище способом знімається первинна матриця.

2. За допомогою цієї матриці виготовляється копія майстер-диска з більш міцного металу.

3. Копію майстер-диска можна багато разів використовувати для виготовлення вторинних (робітників) матриць. При такому способі можна виготувати безліч робочих матриць з однією копії мастер-диска, причому оригінал практично не відрізняється, а в технологічному процесі використовується відносно недорогі матеріали. Якщо на компакт-диску (звуковому або інформаційному) необхідно відшукати місце запису певних даних, то його координати заздалегідь прочитуються із змісту диска, після чого прочитуючий пристрій переміщається до потрібного витка спіралі і чекає появи певної послідовності бітів. Дані на компакт-дисках записуються з використанням технології CLV (Constant Linear Velocity — запис з постійною лінійною швидкістю). Це означає, що запис і відтворення даних з компакт-диска відбуваються з постійною лінійною швидкістю переміщення доріжки відносно прочитуючого пристрою. Іншими словами, при прочитуванні інформації з внутрішніх доріжок диск повинен обертатися швидше, а при прочитуванні з зовнішніх — повільніше. Цей спосіб застосовується тому, що спочатку компакт-диски були призначені для відтворення звуку, при якому була потрібна постійна швидкість прочитування даних. У зв'язку з цим спіраль компакт-диска розбивається на блоки (сектори), частота проходження яких при записі і відтворенні складає 75 блоків в секунду. Це означає, що при повному часі прочитування, рівному 74 мін, на диску розташовується 333 тис. блоків (секторів). Нові багатошвидкісні накопичувачі CD-ROM використовують диски, записані із застосуванням технології CLV, але відтворюють їх з постійною кутовою швидкістю — CAV (Constant Angular Velocity). При цьому доріжка з даними прочитується лазером з різною швидкістю, залежно від фізичного того, що розташовує на диску (внутрішня або зовнішня). Цей тип накопичувачів прочитує доріжки на краю диска швидше, ніж в центрі, оскільки диск обертається з постійною швидкістю. Накопичувачі CAV як правило працюють швидше за накопичувачі CLV. Накопичувачі, в яких використовуються технології і CLV і CAV, називаються P-CAV (Partial-CAV — частково постійна кутова швидкість). Штрихи, нанесені на поверхню диска, мають різну довжину. Інтенсивність відображеного променя змінюється, відповідним чином змінюючи електричний сигнал, що поступає на фотодатчик. Біти даних прочитуються як переходи між високими і низькими рівнями сигналів, які фізично записуються як початок і кінець кожного штриха. Оскільки для програмних файлів і файлів з даними важливий кожний біт, в накопичувачах CD-ROM використовуються вельми складні алгоритми виявлення і корекції помилок. Завдяки таким алгоритмам вірогідність неправильного прочитування даних складає менше 11025. Іншими словами, безпомилково прочитується два квадриллиона дисків, що відповідає стопці компакт-дисків заввишки близько двох мільярдів кілометрів! Для реалізації цих методів корекції помилок до кожних 2 048 корисних байтів додається 288 контрольних. Це дозволяє відновлювати навіть занадто пошкоджені послідовності даних (завдовжки до 1 000 помилкових бітів). Використовування таких складних методів виявлення і корекції помилок зв'язано з тим, що, по-перше, компакт-диски вельми схильні зовнішнім діям, а по-друге, подібні носії спочатку розроблялися лише для запису звукових сигналів, вимоги до точності яких не такі високі. Якщо дані в програвачі звукових компакт-дисків лічені неправильно, то вони інтерполюються. Наприклад, якщо три послідовні значення сигналу виражаються числами 10, 13 і 20 і середнє значення через пошкодження або забруднення поверхні диска загублено, то його можна з високим ступенем достовірності відновити як середнє значення між 10 і 20 (15). Не дивлячись на те що відновлене значення неточне, слухач не помітить цієї погрішності. Якщо ж така ситуація виникне при прочитуванні з CD-ROM, наприклад, програмного файлу, то пропущений біт може з рівною вірогідністю бути нульовим або одиничним і інтерполювати його значення, природно, буде неможливо. Саме через такі високі вимоги до точності відтворення накопичувачі CDROM з'явилися пізніше за своїх музичних побратимів, а їх перші зразки були дуже дорогими для масового покупця. Крім того, фірми-виробники дещо запізнилися з ухваленням відповідних стандартів, що стримувало виробництво CD-ROM. До того ж була відсутня база програмного забезпечення, яка могла б стимулювати збільшення темпів виробництва CD-ROM. Після зниження вартості накопичувачі і диски все одно не набули належного поширення в світі PC. Це можна пояснити невеликими розмірами додатків того часу. Зараз практично все програмне забезпечення поставляється на компакт-дисках, навіть якщо воно займає десяту частину диска. Виробники програм дотримуються наступного правила: якщо програмний продукт займає більше двох дискет, раціональне використовувати компакт-диск. Переваги запису на компакт-диск великих програм очевидні. Для розповсюдження операційної системи Windows 98 було б потрібно близько 70 дискет, формат запису яких, розроблений фірмою Microsoft, дозволяє помістити на дискеті 1,71 Мбайт даних. Вартість виробництва, упаковки і розповсюдження такої кількості дискет несумірна з виробництвом одного компакт-диска. Що приводяться в документації до накопичувачів CD-ROM параметри характеризують в основному продуктивність пристрою. Наприклад, якщо вам пропонують спортивний автомобіль, час розгону якого до 100 км/ч рівно 5 з, значить, машина — те, що треба! Для визначення можливостей автомобіля використовують такі параметри, як потужність двигуна, вага, конструкція підвіски і т.п.

Основні характеристики накопичувачів CD-ROM — швидкість передачі і час доступу до даних, наявність внутрішніх буферів і їх місткість, а також тип інтерфейсу, що використовується. Цей параметр визначає об'єм даних, який може прочитувати накопичувач з компакт-диска на комп'ютер за одну секунду. Основною одиницею вимірювання швидкості передачі даних є кількість переданих кілобайтів (в сучасних моделях мегабайтів) даних в секунду (Кбайт/с). Наприклад, якщо вказано, що швидкість передачі даних рівна 150 Кбайт/с, значить, даний накопичувач прочитуватиме з компакт-диска 150 Кбайт даннях за секунду при сталому режимі. Помітимо, що йдеться про безперервне зчитування даних, а не зчитування з різних місць диска. Очевидно, що ця характеристика відображає максимальну швидкість зчитування накопичувача. Ніж ця швидкість вище, тим краще, проте необхідно пам'ятати, що існують і інші важливі параметри. Відповідно до стандартного формату запису за кожну секунду повинне прочитуватися 75 блоків даних по 2 048 корисних байтів. Швидкість передачі даних при цьому повинна бути рівна 150 Кбайт/с. Це стандартна швидкість передачі даних для пристроїв CD-DA, які також називаються одношвидкісними. Цей термін означає, що запис на компакт-диски здійснюється у форматі з постійною лінійною швидкістю (CLV); при цьому швидкість обертання диска змінюється так, щоб лінійна швидкість залишалася постійною. Оскільки дані з диска CD-ROM, на відміну від музичних компакт-дисків, можна прочитувати з довільною швидкістю (головне, щоб лінійна швидкість була постійною), її цілком можна підвищити. Сьогодні випускаються накопичувачі, в яких інформація може прочитуватися з різними швидкостями, кратними швидкості, яка прийнята для одношвидкісних накопичувачів В даний час найпоширенішими є накопичувачі 32x. Накопичувач 4x рекомендований як необхідний мінімум для стандарту мультимедіа MPC-3 (Multimedia Personal Computer— мультимедіа для персональних комп'ютерів). Практично всі нові системи оснащуються накопичувачами 32x і 48x. Мультимедіа і сучасні ігри є сплавом музики, анімації, відео, зображень і інших даних. Тому на таких продуктах визначається необхідна мінімальна конфігурація для достатньо прийнятного відтворення. Користувачам, CD-ROM, що постійно застосовує, варто подумати про придбання найшвидшого з існуючих на ринку накопичувачів. Якщо ж ви не припускаєте активно використовувати накопичувачів CD-ROM 623

2. Типи звукових файлів. Процес стиснення аудіо даних

В це поняття входить цілий ряд комп'ютерних технологій, пов'язаних з аудіо, відео і способами їх зберігання. В найзагальніших рисах, мультимедіа — це можливість об'єднати зображення, звук і дані. В основне мультимедіа має на увазі додавання до комп'ютера звукової платні і накопичувача CD-ROM. Для зберігання аудіозаписів на персональному комп'ютері використовуються файли двох основних типів. У файлах першого типу, званих звичайними звуковими файлами, використовуються формати wav,.voc,.au і.aiff. Звуковий файл містить дані про форму хвилі, тобто такий файл є записом аналогових аудіосигналів в цифровій формі, придатній для зберігання на комп'ютері. Подібно графічним зображенням з різними роздільними здатностями, можна берегти і звукові файли, які є записами різної якості. За умовчанням визначено три рівні якості запису звуків, що використовуються в Windows 9x і Windows. В операційній системі Windows Me використовується ще один рівень якості запису звуку — 48 000 Гц, 16-розрядний стерео і 188 Кбайт/с. Цей рівень призначений для підтримки відтворення звуку з таких джерел, як DVD і Dolby AC-3.

Як видно з таблиці, розмір файлу істотно залежить від якості запису. При записі з компакт-диска файл може зайняти величезний об'єм дискового простору: тільки для 60 секунд аудіозапису було б потрібне 10 Мбайт пам'яті. Але для багатьох додатків достатньо якості телефонної лінії, при цьому генерується файл набагато меншого об'єму. Для досягнення компромісу між високою якістю звуку і малим розміром файлу можна перетворити файли wav в.mp3. MIDI— могутній язик програмування, який набув поширення в 80-е роки і був розроблений спеціально для електронних музичних інструментів. Стандарт MIDI став новим словом в області електронної музики. За допомогою MIDI можна створювати, записувати, редагувати і відтворювати музичні файли на персональному комп'ютері або на MIDI-сумісному електронному музичному інструменті, підключеному до комп'ютера. Файли MIDI, на відміну від інших типів звукових файлів, вимагають щодо невеликого об'єму дискового простору. Для запису години стереомузики, береженої у форматі MIDI, потрібні менше 500 Кбайт. В багатьох іграх використовується запис звуків у форматі MIDI, а не записі дискретизированного аналогового сигналу. Файл MIDI— фактично цифрове представлення музичної партитури. Воно складено з декількох виділених каналів, кожний з яких представляє різний музичний документ або тип звуку. В кожному каналі визначаються частоти і тривалість звучання нот, які будуть програні інструментом точно так, як і нотний запис.

Таким чином, файл MIDI для струнного квартету містить чотири канали, які представляють дві скрипки, альт і віолончель. Коли ви запускаєте файл MIDI на персональному комп'ютері, ви не відтворюєте запис. Комп'ютер фактично створює музику по записаних командах. Для цього в ньому повинен бути встановлений синтезатор, а кожна звукова платня MIDI його має. Оскільки система читає файл MIDI, синтезатор генерує відповідний звук для кожного каналу, використовуючи команди у файлі, щоб додати потрібний тон і тривалість звучанню нот. Для моделювання звуку певного музичного інструменту синтезатор використовує приречений зразок, тобто набір команд, за допомогою яких синтезатор створює звук, подібний відтворному конкретним інструментом. Ви можете задати темп програвання музики і встановити гучність в програмному забезпеченні MIDI-програвача. Синтезатор на звуковій платні подібний електронному клавішному синтезатору, але його можливості більш обмежені. Відповідно до специфікації MPC звукова платня повинна мати частотний синтезатор, який може одночасно програти принаймні шість мелодійних нот і дві ударні (перкуссівні). Більшість звукової платні генерує звуки, використовуючи частотний синтезатор; ця технологія була розроблена ще в 1976 році. Використовуючи одну синусоїдальну хвилю для зміни іншої, частотний синтезатор створює штучний звук, який нагадує звучання певного інструменту. В стандарті MIDI визначений набір заздалегідь запрограмованих звуків, які можна програти за допомогою більшості інструментів. В даний час в деяких частотних синтезаторах використовується чотири хвилі і відтворні звуки мають цілком нормальне, хоча і дещо штучне звучання. Наприклад, звук труби, що синтезується, поза сумнівом, подібний її звучанню, але його ніхто і ніколи не визнає за звук справжньої труби. В даний час все менше пристроїв використовують частотний синтез, тому що навіть в кращому разі відтворний звук не повністю співпадає з реальним звучанням музичного інструменту.

3. Розміри портативних систем

Більшість сучасних портативних систем можна модернізувати і роздивляючись також, як і настільні. Завдяки модульним компонентам з роз’ємами, що защипуються, замінити пристрої в портативному комп'ютері навіть простіше, ніж в настільному. оскільки відпадає необхідність в шлейфах, кріпильній арматурі і окремих електричних з'єднаннях. Така звичайна модернізація, як додавання пам'яті або заміна жорсткого диска, виконується за лічені секунди.

А ось той факт. що в портативних комп'ютерах часто використовуються нестандартні компоненти, може при їх заміні виявитися проблемою. Ризиковано купувати не призначені спеціально для вашої моделі компоненти, за винятком платні РС Саго, взаємозамінних але визначенню, і іноді жорстких дисків.

В деяких випадках проблеми сумісності виникають з дуже простої причини. Виробник портативної системи повинен втиснути велика кількість устаткування в дуже маленький простір, і новий пристрій просто не входить на місце старого. Найбільш часто це відбувається з пристроями, які повинні бути доступні зовні (наприклад, таке трапляється з накопичувачами СD-RОМ дисководами гнучких дисків). А клавіатура і монітор, які легше всього замінити в настільних ПК. вбудовуються в корпус портативних систем і тому часто їх взагалі не можна видалити.

Буває, що варіанти модернізації навмисно параметрами в системній BIOS. Наприклад, виробник може обмежити твані підтримуваних системою жорстких дисків, щоб новий диск ви купили саме у нього. Тому, купуючи комп'ютер, не забудьте з'ясувати у продавця, чи можлива заміна ВЮ8 н як дорого обійдеться модернізація компонентів.

Як правило, при продажу компонентів указуються номери моделей систем, для яких вони призначені, навіть якщо йдеться про компоненти сторонніх виробників. Наприклад, в катал01ах пам'яті для настільних систем перераховуються їх параметри — швидкість, об'їм, наявність контролю парності. А в аналогічному каталозі для портативних комп'ютерів. крім об'єму модуля пам'яті, буде приведений список виробників систем і номерів моделей, для яких підходить цей модуль.

Звичайно. завжди є виключення з правила. Можна навіть купити корпус з мінімумом необхідної електроніки і заповнити його компонентами сторонніх виробників. Але на відміну від настільних систем, де така збірка звичайна, знайти повністю сумісні компоненти потрібною розміру для портативного комп'ютера достатньо складно.

В портативній системі дисплеї сюїт значно дорожче всієї решти компонентів. Іноді вигідніше замінити весь комп'ютер, ніж зламаний дисплей. Дисплеї перших цвітних були простою заміною стандарт даних дисплеїв УОА. І хоча сьогоднішні монітори портативних ПК не можна назвати конкуруючими з настільними, проте вони показую! прекрасну продуктивність навіть при найінтенсивнішому використовуванні (графіки, роботі в графічних редакторах і проведенні відеоконференцій. В даний час рідкокристалічні дисплеї поступово завойовую! позиції на ринку стандартних моніторів для настільних систем.

Рідкокристалічний дисплей допускає єдино можливий дозвіл. Це пояснюється тим, що на рідиннокристалічної панелі розмір пікселя не можна змінити. В настільних системах дозволом монітора управління вихідний сигнал відеоадаптера, він змінює кількість пікселів на екрані. При переході від дозволу 640x480 до 800x600 пікселі зменшуються — вони повинні поміститися в той же самий простір.

Список використаної літератури

1. Мюллер, Скот. Модернизация и ремонт ПК, 12-е издание. : Пер. с англ.: Уч. пос.. – М. : Издательский дом «Вильямс», 2001.-1184 с. : ил.-Парал. тит. англ.

2. Мюллер, Скот. Модернизация и ремонт ПК, 13-е издание. : Пер. с англ.: Уч. пос.. – М. : Издательский дом «Вильямс», 2003.-1184 с. : ил.-Парал. тит. англ.

3. Айден К., Колесниченко О., Крамер М., Фибельмах Х., Шишигин И., Апаратные средства РС, 2-е издание – Спб: ВНV– Санкт-Петербург, 1998-608 с, ил.

4. Конспект лекцій з предмету “Архітектура комп’ютерів”