Видеоадаптеры. Текстовый и графический режимы

Монитор — это периферийное устройство вывода информации, которое преобразует синхронные аналоговые или цифровые (обычно ТТЛ) видеосигналы в наблюдаемое на экране монитора изображение.. Именно видеоадаптер превращает необработанные данные, поступающие из компьютера, в видеоданные, которые записываются в видеопамять адаптера. Объем этой памяти зависит от модели адаптера и видеорежимов, которые он обеспечивает. Еще больше усложняет дело тот факт, что некоторые прикладные программы для своей работы требуют присутствия драйверов устройств Видеодрайвер — это небольшая служебная программа, с помощью которой операционная система осуществляет доступ к видеорежимам высокого разрешения и высокой цветовой насыщенности практически без взаимодействия с системной BIOS. Видеоадаптеры: Самым старой и хорошо себя зарекомендовавшей технологией, применяющейся в видеоадаптерах, является обыкновенный буфер кадров. Термин буфер кадров характеризует основную функцию адаптера — видеоданные загружаются и хранятся в видеопамяти по одному кадру за один раз. Главной частью буфера кадров видеоадаптера является интегральная микросхема контроллера дисплея или контроллера электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Контроллер ЭЛТ вырабатывает управляющие сигналы для монитора и управляет операциями адаптера. Именно этот контроллер читает содержимое видеопамяти и передает его для дальнейшей обработки В настоящее время наблюдается жесткая конкуренция между разработчиками и производителями. Текстовый и графический режимы. Видеоадаптер может работать в двух режимах — в текстовом и в графическом. В текстовом режиме в видеопамять записываются ASCII-символы. Знакогенератор, память знакогенератора и сдвиговый регистр формируют точечные изображения экранных ASCII-символов. Память знакогенератора содержит пикселные образы всех ASCII-символов (букв, цифр и знаков препинания). Знакогенератор преобразует данные из видеопамяти в последовательность пикселных битов и передает их в сдвиговый регистр. Сдвиговый регистр генерирует поток двоичных сигналов (битов). В графическом режиме ячейки видеопамяти содержат информацию о цвете каждого пиксела. То есть знакогенератор и его память, которые используются в текстовом режиме, в графическом режиме не задействуются.

53. IDE. Технология Enhanced IDE компании WesternDigital была разработана в результате анализа потребностей современного рынка ПК. В

Продолжая лидировать в сфере IDE-устройств, компания WesternDigital предложила расширение интерфейса IDE. Новая спецификация - Enhanced IDE - повышает скорость обмена с диском, допускает применение более скоростных дисков и обеспечивает возможность установки в компьютере до четырех устройств IDE. Кроме того, Enhanced IDE позволяет подключать к контроллеру не только винчестеры, но и другие устройства (приводы CD-ROM, стриммеры), поддерживающие спецификацию ATAPI (AT AttachmentPacketInterface). Эта спецификация определяет интерфейс с приводами CD-ROM и другими недисковыми устройствами, позволяющий использовать стандартные контроллеры и кабели. Стандарт ATAPI получил широкую поддержку среди производителей CD-ROM-устройств и разработчиков операционных систем, что еще более расширило сферу распространения интерфейса IDE/ATA.

Спецификация EIDE позволяет избавиться от целого ряда ограничений, присущих интерфейсу IDE/ATA. Такое расширение обеспечивает существенный рост возможностей устройств долговременного хранения информации без роста цен, усложнения использования и потери совместимости. Ограничения, присущие IDE, по сравнению с другими интерфейсами (такими, как SCSI) не угрожают доминированию IDE на современном рынке недорогих систем. Однако повышение производительности процессоров, разработка новых ОС и высокие запросы современных приложений к дисковому пространству привели к тому, что стандарт IDE уже не может удовлетворять всем современным требованиям. Существенно и то, что стандартный интерфейс IDE менее гибок и более ограничен по сравнению со SCSI: IDE поддерживает только два винчестера, а SCSI обеспечивает возможность подключения большого количества блочных устройств различных типов (принтеры, CD-ROM, стриммеры и др.);

размер дисков IDE не может превышать 528Мб, поскольку для доступа к диску используется интерфейс Int 13 BIOS, тогда как SCSI не ограничивает размер диска;

IDE обеспечивает скорость обмена с диском 2-3 Мб/сек, а SCSI - 10 или 20Мб/сек (Fast/Wide).

Технология Enhanced IDE позволяет избавиться от основных ограничений стандарта IDE/ATA:

предельный размер диска 528Мб;

малая скорость обмена с диском;

поддержка только двух устройств;

невозможность подключения приводов CD-ROM и стриммеров.

54. Синхронный и асинхронный обмен данными. При обмене данными на физическом уровне единицей информации является бит, поэтому средства физического уровня всегда поддерживают побитовую синхронизацию между приемником и передатчиком. Канальный уровень оперирует кадрами данных и обеспечивает синхронизацию между приемником и передатчиком на уровне кадров. В обязанности приемника входит распознавание начала первого байта кадра, распознавание границ полей кадра и распознавание признака окончания кадра. Обычно достаточно обеспечить синхронизацию на указанных двух уровнях - битовом и кадровом, - чтобы передатчик и приемник смогли обеспечить устойчивый обмен информацией. Однако при плохом качестве линии связи (обычно это относится к телефонным коммутируемым каналам) для удешевления аппаратуры и повышения надежности передачи данных вводят дополнительные средства синхронизации на уровне байт. Такой режим работы называется асинхронным или старт-стопным. Другой причиной использования такого режима работы является наличие устройств, которые генерируют байты данных в случайные моменты времени. Так работает клавиатура дисплея или другого терминального устройства, с которого человек вводит данные для обработки их компьютером. В асинхронном режиме каждый байт данных сопровождается специальными сигналами «старт» и «стоп». Назначение этих сигналов состоит в том, чтобы, во-первых, известить приемник о приходе данных и, во-вторых, чтобы дать приемнику достаточно времени для выполнения некоторых функций, связанных с синхронизацией, до поступления следующего байта. При синхронном режиме передачи старт-стопные биты между каждой парой байт отсутствуют. Пользовательские данные собираются в кадр, который предваряется байтами синхронизации. Байт синхронизации - это байт, содержащий заранее известный код, например 0111110, который оповещает приемник о приходе кадра данных. При его получении приемник должен войти в байтовый синхронизм с передатчиком, то есть правильно понимать начало очередного байта кадра. Иногда применяется несколько синхробайт для обеспечения более надежной синхронизации приемника и передатчика. Так как при передаче длинного кадра у приемника могут появиться проблемы с синхронизацией бит, то в этом случае используются самосинхронизирующиеся коды. Передача данных по каналу связи осуществляется либо байтами, либо массивом байтов, называемым кадром. Кадры могут содержать несколько сотен байтов. Однако в обоих случаях передача данных осуществляется последовательно, бит за битом. Для того чтобы приемник устанавливал приходящие биты на временные позиции, соответствующие их отправке из передатчика, он должен "знать" моменты их прихода, т.е. синхронизоваться с приходящими битами данных. В противном случае принятые биты могут оказаться на не соответствующих временных позициях, и составленные из них байты и сообщения данных более высокого уровня - кадры - будут искажены. Для исключения этого явления средства, передающие биты на уровне канала, всегда поддерживают побитовую синхронизацию между приемником и передатчиком, а при передаче более длинных сообщений необходимо поддерживать также и синхронизацию по кадрам. В этом случае приемник должен распознавать начала первого байта кадра и признаки окончания кадра.

55. Цифровой звук – это способ представления электрического сигнала посредством дискретных численных значений его амплитуды. Звуковая волна – это некая сложная функция, зависимость амплитуды звуковой волны от времени. Оцифровка сигнала включает в себя два процесса - процесс дискретизации (осуществление выборки) и процесс квантования. Процесс дискретизации - это процесс получения значений величин преобразуемого сигнала в определенные промежутки времени. Квантование - процесс замены реальных значений сигнала приближенными с определенной точностью. Таким образом, оцифровка – это фиксация амплитуды сигнала через определенные промежутки времени и регистрация полученных значений амплитуды в виде округленных цифровых значений (так как значения амплитуды являются величиной непрерывной, нет возможности конечным числом записать точное значение амплитуды сигнала, именно поэтому прибегают к округлению). Записанные значения амплитуды сигнала называются отсчетами. Очевидно, что чем чаще мы будем делать замеры амплитуды (чем выше частота дискретизации) и чем меньше мы будем округлять полученные значения (чем больше уровней квантования), тем более точное представление сигнала в цифровой форме мы получим. Оцифрованный сигнал в виде набора последовательных значений амплитуды можно сохранить. В «цифровом звуке» из-за дискретности информации об амплитуде оригинального сигнала появляются различные шумы и искажения. Так, например, джиттер – шум, появляющийся в результате того, что осуществление выборки сигнала при дискретизации происходит не через абсолютно равные промежутки времени, а с какими-то отклонениями. То есть, если, скажем, дискретизация проводится с частотой 44.1 КГц, то отсчеты берутся не точно каждые 1/44100 секунды, а то немного раньше, то немного позднее. А так как входной сигнал постоянно меняется, то такая ошибка приводит к «захвату» не совсем верного уровня сигнала. В результате во время проигрывания оцифрованного сигнала может ощущаться некоторое дрожание и искажения. Еще одной неприятностью является шум дробления. Как мы говорили, при квантовании амплитуды сигнала происходит ее округление до ближайшего уровня. Такая погрешность вызывает ощущение «грязного» звучания.

56.ISA — 8- или 16-разрядная шина ввода-вывода IBM PC-совместимых компьютеров. Служит для подключения плат расширения стандарта ISA. Конструктивно выполняется в виде 62- или 98-контактного разъёма на материнской плате. В "минимальной комплектации" шина имеет три типа линий: линии управления; линии адресации; линии данных. Шина ISA была первой стандартизированной системной шиной и на протяжении ряда лет являлась стандартом в области ПК. И сегодня разъемы этой шины можно встретить на некоторых системных платах. Первоначально шин ISA появилась в 1981 году как 8-разрядная шина, которую можно встретить в компьютерах ХТ-поколения. 8-разрядная шина имеет 62 контакта расположенных в слоте. Они включают 8 линий данных, 20 линий адреса, 6 линий запроса прерываний. Шина функционирует на частоте 4.77 MHz. 8-разрядная шина ISA - самая медленная из всех системных шин (пропускная способность составляет всего 1.2 Mb в секунду), поэтому в этой модификации уже давно не используется.

57. MIDI - цифровой интерфейс музыкальных инструментов) — стандарт цифровой звукозаписи на формат обмена данными между электронными музыкальными инструментами.

Интерфейс позволяет единообразно кодировать в цифровой форме такие данные как нажатие клавиш, настройку громкости и других акустических параметров, выбор тембра, темпа, тональности и др., с точной привязкой во времени. В системе кодировок присутствует множество свободных команд, которые производители, программисты и пользователи могут использовать по своему усмотрению. Поэтому интерфейс MIDI позволяет, помимо исполнения музыки, синхронизировать управление другим оборудованием, например, осветительным, пиротехническим и т. п. Последовательность MIDI-команд может быть записана на любой цифровой носитель в виде файла, передана по любым каналам связи. Стандарт на аппаратуру и программное обеспечение. Стандарт описывает аппаратный интерфейс, который позволяет соединять электронные музыкальные инструменты и компьютеры различных производителей, описывает протоколы связи для передачи данных от одного устройства к другому. MIDI-устройства могут взаимодействовать с программными приложениями, используя коммуникационный протокол MIDI. Используя соответствующий программный MIDI-секвенсор, внешние MIDI-устройства могут посылать информацию на синтезатор звуковой карты. MIDI базируется на пакетах данных, каждый из которых соответствует MIDI-событию, от нажатия клавиши до простой паузы, эти события разделяются по каналам. Сложная среда MIDI может включать различную аппаратуру, причём каждая часть системы будет отвечать за события на соответствующем канале. Альтернативным вариантом может быть одиночный синтезатор, который сам может управлять всеми каналами.

58. Функции программного обеспечения. Программное обеспечение – это набор команд, управляющих работой компьютера. Без программного обеспечения компьютер не сможет выполнять задачи, которые мы обычно связываем с компьютерами. Функции программного обеспечения следующие: управлять компьютерными ресурсами организации; обеспечивать пользователя всеми инструментами, необходимыми для извлечения пользы из этих ресурсов; выполнять роль посредника между организациями и хранимой информацией. Выбор соответствующего потребностям организации программного обеспечения – одна из ключевых задач управляющего персонала.

59. Центральные устройства. Основная память. Программное обеспечение – это набор команд, управляющих работой компьютера. Без программного обеспечения компьютер не сможет выполнять задачи, которые мы обычно связываем с компьютерами. Функции программного обеспечения следующие: управлять компьютерными ресурсами организации; обеспечивать пользователя всеми инструментами, необходимыми для извлечения пользы из этих ресурсов; выполнять роль посредника между организациями и хранимой информацией. Выбор соответствующего потребностям организации программного обеспечения – одна из ключевых задач управляющего персонала. Комплекс технических средств, реализующих функцию памяти, называется запоминающим устройством (ЗУ). ЗУ необходимы для размещения в них команд и данных. Они обеспечивают центральному процессору доступ к программам и информации. Запоминающие устройства делятся на: основную память (ОП), сверхоперативную память (СОЗУ) – устаревшее название кэш и/или регистровой памяти внешние запоминающие устройства (ВЗУ). Основная память включает в себя два типа устройств: оперативное запоминающее устройство (ОЗУ или RAM - Random Access Memory) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ или ROM - Read Only Memory). ОЗУ предназначено для хранения переменной информации. Оно допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения процессором вычислительных операций с данными и может работать в режимах записи, чтения, хранения. ПЗУ содержит информацию, которая не должна изменяться в ходе выполнения процессором вычислительных операций, например стандартные программы и константы. Эта информация заносится в ПЗУ перед установкой микросхемы в ЭВМ. Основными операциями, которые может выполнять ПЗУ, являются чтение и хранение.

60. EIDA- Стандарт EIDE («расширенный IDE»), появившийся вслед за IDE, позволял использование приводов ёмкостью, превышающей 528 МБ, вплоть до 8,4 ГБ. Хотя эти аббревиатуры возникли как торговые, а не официальные названия стандарта, термины IDE и EIDE часто употребляются вместо термина ATA. После введения в 2003 году стандарта Serial ATA («Последовательный ATA»), традиционный ATA стали именовать Parallel ATA, имея в виду способ передачи данных по 40-жильному кабелю. Поначалу этот интерфейс использовался с жёсткими дисками, но затем стандарт был расширен для работы и с другими устройствами, в основном — использующими сменные носители. К числу таких устройств относятся приводы CD-ROM и DVD-ROM, ленточные накопители, а также дискеты большой ёмкости, такие, как ZIP и магнитооптические диски (LS-120/240). Этот расширенный стандарт получил название (ATAPI), в связи с чем полное наименование стандарта выглядит как ATA/ATAPI.

61. Центральный процессор - это центральное устройство компьютера, которое выполняет операции по обработке данных и управляет периферийными устройствами компьютера. У компьютеров четвёртого поколения и старше функции центрального процессора выполняет микропроцессор на основе СБИС, содержащей несколько миллионов элементов, конструктивно созданный на полупроводниковом кристалле путём применения сложной микроэлектронной технологии. В состав центрального процессора входят: 1. устройство управления (УУ); 2. арифметико-логическое устройство (АЛУ); 3. запоминающее устройство (ЗУ) на основе регистров процессорной памяти и кэш-памяти процессора; 4. генератор тактовой частоты (ГТЧ). Устройство управления организует процесс выполнения программ и координирует взаимодействие всех устройств ЭВМ во время её работы. Арифметико-логическое устройство выполняет арифметические и логические операции над данными: сложение, вычитание, умножение, деление, сравнение и др. Запоминающее устройство - это внутренняя память процессора. Регистры служит промежуточной быстрой памятью, используя которые, процессор выполняет расчёты и сохраняет промежуточные результаты. Для ускорения работы с оперативной памятью используется кэш-память, в которую с опережением подкачиваются команды и данные из оперативной памяти, необходимые процессору для последующих операций. Генератор тактовой частоты генерирует электрические импульсы, синхронизирующие работу всех узлов компьютера. В ритме ГТЧ работает центральный процессор. Центральный процессор вставляется в специальное гнездо, расположенное на материнской плате, и электрически соединяется с другими устройствами компьютера с помощью большого количества выводов. Большая часть этих выводов предназначена для подключения к шинам данных, управления и адреса компьютерной системы. При выполнении программы все команды и обрабатываемые данные хранятся в оперативной памяти (ОЗУ, или оперативном запоминающем устройстве). Центральный процессор генерирует команды обращения к блоку оперативной памяти, в ответ на которые последний либо выдает на шину данных содержимое запрошенной ячейки оперативной памяти, либо записывает содержимое шины данных в заданную с помощью шины адреса ячейку памяти.

62. Взаимодействие элементов при работе микропроцессора. Работой МП управляет программа, записанная в ОП ЭВМ. Адрес очередной команды хранится в счетчике команд IP и в одном из сегментных регистров, чаще всего в CS. Каждый из них в реальном режиме имеет длину 16 бит, тогда как физический адрес ОП должен иметь длину 20 бит. Несогласованность длины машинного слова (16 бит) и длины физического адреса ОП (20 бит) приводит к тому, что в командах невозможно указать физический адрес ОП - его приходится формировать, собирать из разных регистров МП в процессе работы. В реальном режиме вся ОП делится на сегменты (длина сегмента - 64 Кбайта). Адрес ОП разделяется на две части: номер сегмента в ОП (база сегмента) и номер ячейки внутри данного сегмента (смещение относительно начала сегмента). В структуре микропроцессора имеется несколько регистров сегментов, например в i8086 - четыре: С S - программный сегмент; DS - сегмент данных (информационный сегмент); SS - стековый сегмент; ES - расширенный сегмент (дополнительный сегмент данных). Номер ячейки внутри сегмента (смещение) называется также исполнительным адресом. В большинстве случаев в адресной части команды указывается именно исполнительный адрес - номер сегмента чаще всего подразумевается по умолчанию. Однако допускается указание и полного адреса ОП в виде префиксной структуры: “сегмент: смещение”. Если сегмент в команде не указывается, значит, работа ведется внутри текущего сегмента (характер выполняемой работы и какой из сегментных регистров определяет текущую базу сегмента, зависят от вида выполняемой команды). Номер сегмента так же, как и смещение, имеет длину 2 байта. При вычислении физического адреса ОП сегмент и смещение суммируются, но сегмент перед суммированием сдвигается влево на 4 бита. В результате суммирования образуется физический адрес ОП длиной 20 бит. В защищенном режиме базовые адреса сегментов хранятся в дескрипторных таблицах и имеют длину 24 или 32 бита. Физический адрес очередной команды через внутреннюю магистраль МП и интерфейс памяти поступает на шину адреса системной магистрали. Одновременно из устройства управления (УУ) исполнительного блока на шину управления выдается команда (управляющий сигнал) в ОП, предписывающая выбрать число, находящееся по адресу, указанному в системной магистрали. Выбранное число, являющееся очередной командой, поступает из ОП через шину данных системной магистрали, интерфейс памяти, внутреннюю магистраль МП на регистр команд. Из команды в регистре команд выделяется код операции, который поступает в УУ исполнительного блока для выработки управляющих сигналов, настраивающих микропроцессор на выполнение требуемой операции. В зависимости от используемого в команде режима адресации организуется выборка необходимых исходных данных.