Информатизация общества. Информационные технологии.

Информатизация общества. Информационные технологии.

Информационные технологии становятся неотъемлемой частью современного общества, позволяют извлекать знания из растущего информационного потока. Под информационными технологиями понимаются методы, системы и средства, используемые для хранения, обработки, восприятия и передачи информации во всех ее возможных формах и использование информации во всех сферах жизни. Информационные технологии интегрируют в себе системы телекоммуникаций, ксерографию, радиовещание, телеконференции, телевидение, компьютерную технику, базы данных, системы искусственного интеллекта и другое. Общество нуждается в информационной культуре, которая начинается с понимания природы и свойств информации, знания способов ее формализации с целью ее компьютерной обработки и получения знаний.

Увеличение потоков информации и растущий спрос на нее обусловили появление науки и отрасли, связанной с автоматизацией ее обработки - информатики.

I. Устройство и архитектура современных вычислительных средств

Обобщенная структура ЭВМ

Обобщенная структура ЭВМ основана на принципах фон Неймана, на основе которых функционируют большинство современных ЭВМ и которые заключаются в следующем:

1. ЭВМ должна содержать следующие устройства :

- арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее арифметические и логические операции;

- устройство управления (УУ), организующее автоматическое управление всеми устройствами ЭВМ в ходе выполнения программы;

- запоминающее устройство (ЗУ), выполняющее функцию хранения программ и данных;

- внешние устройства (ВУ), предназначенные для ввода исходного алфавитно-цифрового или программного материала и вывода результата.

2. Память ЭВМ должна состоять из некоторого количества пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться обрабатываемые данные или команды программ.

3. Все ячейки памяти должны быть доступны для всех устройств ЭВМ.

Однако современные компьютеры имеют некоторые особенности по сравнению с обобщенной структурой ЭВМ и принципами фон Неймана, состоящие в следующем:

- АЛУ и УУ образуют единое устройство, называемое центральным процессором (Central Processing Unit – CPU);

- процесс выполнения программ может прерываться на выполнение каких-либо неотложных действий, связанных с поступившими сигналами от внешних устройств;

- современные ЭВМ и их системы осуществляют параллельную обработку данных (в том числе и на нескольких процессорах одновременно);

- современные ЭВМ имеют запоминающее устройство, состоящее из 3-х частей:

1) внутреннее быстродействующее (оперативное запоминающее устройство ОЗУ или оперативная память);

2) постоянное запоминающее устройство, используемое для хранения неизменяемой информации;

3) внешнее запоминающее устройство (ВЗУ) – накопитель большой емкости, являющийся внешней памятью ЭВМ.

Микропроцессоры ЭВМ

Процессор – устройство, которое определяет назначение и внутреннюю организацию ЭВМ. В современных вычислительных системах имеется несколько процессоров, каждый из которых специализирован на решении конкретных задач, при этом всегда имеется центральный процессор (Central Processing Unit – CPU).

Микропроцессор – функционально законченное, программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной сверхбольшой интегральной схемы.

Структура микропроцессора

Микропроцессор выполняет следующие функции:

- чтение и дешифрацию команд из основной памяти;

- чтение данных из основной памяти и регистров адаптеров внешних устройств;

- прием и обработка запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств;

- обработка данных и их запись в основную память и в регистры адаптеров внешних устройств;

- выработка управляющих сигналов для всех других блоков и устройств.

Функционально микропроцессор состоит из двух частей:

1. Операционной части, содержащей устройство управления, арифметико-логическое устройство и микропроцессорную память (за исключением нескольких адресных регистров).

2. Интерфейсной части, содержащей адресные регистры, блок регистров команд, схему управления шиной и портами.

Обе части работают параллельно, причем интерфейсная часть опережает операционную так, что выборка очередной команды из памяти производится во время выполнения операционной части предыдущей команды.

Микропроцессоры характеризуются следующими техническими характеристиками, такими как:

- Тактовая частота – количество элементарных операций (тактов), которые выполняет микропроцессор за одну секунду.

- Разрядность шины данных и шины адреса.

- Адресное пространство – максимальное количество ячеек основной памяти, которое может быть непосредственно адресовано микропроцессору.

- Набор команд.

- Степень интеграции – число элементов в интегральной схеме.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации. Функционально АЛУ обычно состоит из двух регистров, сумматора и схем управления

АЛУ выполняет арифметические операции (сложения, вычитания, умножения, деления) только над двоичной информацией с запятой, фиксированной после последнего разряда (целые двоичные числа). Выполнение операций над двоичными числами с плавающей точкой и над двоично-кодированными десятичными числами осуществляется:

- с привлечением математического сопроцессора;

- по специально составленным программам;

- с использованием специального вычислительного блока

внутри микропроцессора.

Микропроцессорная память предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно участвующей в вычислениях.

Интерфейсная часть микропроцессора предназначена для связи и согласования микропроцессора с системной шиной, а также для приёма и предварительного анализа команд выполнения программы и формирования полных адресов операндов и команд.

Интерфейсная часть содержит:

- адресные регистры микропроцессорной памяти;

- узел формирования адреса;

- схему управления шиной и портами ввода-вывода;

- блок регистров команд;

- внутреннюю интерфейсную шину микропроцессора.

Порты ввода-вывода – пункты системного интерфейса ПК, через которые микропроцессор обменивается информацией с другими устройствами.

Таким образом, в микропроцессоре обмен данными производится через внутреннюю шину.

Схема управления внутренней шиной и портами микропроцессора выполняет следующие функции:

- формирование адреса порта и управляющей информации для него (переключение порта на приём или передачу и др.);

- приём управляющей информации от порта (информации о готовности порта и его состоянии);

- организация канала в системном интерфейсе для передачи данных между портами устройств ввода/вывода и микропроцессором.

Новейшие модели микропроцессоров содержат также внутреннюю кэш-память. Кэш-память представляет собой быстродействующую буферную память ограниченного объёма, которая располагается между процессором и основной памятью. В процессе работы компьютера отдельные блоки информации копируются из основной памяти в кэш-память, и при обращении процессора за командой или данными сначала проверяется их наличие в кэш-памяти. Если необходимая информация находится там, то она быстро извлекается – это называется кэш-попаданием. Если необходимая информация в кэш-памяти отсутствует, то она выбирается из основной памяти и одновременно заносится в кэш-память – это называется кэш-промахом.

Прерывания

Прерывание – временное прекращение основного процесса вычислений для выполнения некоторых запланированных или незапланированных действий, вызываемых работой аппаратуры ЭВМ или программой. Эти действия могут:

- носить сервисный характер;

- быть запросами со стороны программы пользователя на выполнение обслуживания со стороны операционной системы (ОС);

- быть реакцией на нештатные ситуации.

Механизм прерываний поддерживается на аппаратном уровне и позволяет реализовать:

1) эффективное взаимодействие программ с ОС;

2) эффективное управление программой аппаратного обеспечения ЭВМ.

Прерывания классифицируются на:

1) Аппаратные, возникающие как реакция микропроцессора на физический сигнал от некоторого устройства ПЭВМ (клавиатура, жесткий диск и т. д.). По времени возникновения эти прерывания асинхронны (происходят в случайные моменты времени).

2) Программные, которые вызываются искусственно с помощью соответствующей команды из программы. Предназначены для выполнения некоторых действий операционной системы, являются синхронными.

3) Исключения – разновидность программных прерываний, являющихся реакцией микропроцессора на нестандартную ситуацию, возникшую во время выполнения некоторой команды программы.

Внутренняя память ЭВМ

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

- Оперативное запоминающее устройство ОЗУ (RAM – Random Access Memory);

- Постоянное запоминающее устройство ПЗУ (ROM – Read-Only Memory).

ОЗУ предназначено для хранения информации, непосредственно участвующей в вычислительном процессе на текущем этапе функционирования ПК.

ОЗУ – энергозависимая память: при отключении напряжения питания информация, хранящаяся в ОЗУ, теряется.

Основу ОЗУ составляют большие интегральные схемы, содержащие матрицы полупроводниковых запоминающих элементов (триггеров). Запоминающие элементы расположены на пересечении вертикальных и горизонтальных шин матрицы. Запись и считывание информации осуществляется подачей электрических импульсов по тем шинам матрицы, которые соединены с элементами, принадлежащими выбранной ячейке памяти.

ПЗУ используется для хранения неизменяемой информации: загрузочных программ ОС, программ тестирования устройств компьютера и некоторых драйверов BIOS (Base Input/Output System – базовой системы ввода-вывода). ПЗУ – энергонезависимое запоминающее устройство, которого можно только считывать информацию. Запись информации в ПЗУ выполняется в специальных условиях или с помощью специальных программ.

Организация памяти заключается в том, что каждому байту памяти соответствует уникальный адрес, называемый физическим адресом. Диапазон значений физических адресов зависит от разрядности адресной шины микропроцессора.

Например, для микропроцессоров Pentium этот диапазон находится в пределах от 0 до 2³²-1 байт (4 Гбайт). Механизм управления памятью является аппаратным.

Микропроцессор поддерживает следующие модели использования памяти:

- Сегментированная модель, в которой память для программы делится на непрерывные области (сегменты), при этом программа может обращаться только к данным, которые находятся в этих сегментах.

- Страничная модель, в которой память рассматривается как совокупность блоков фиксированного размера. Основное применение этой модели связано с организацией виртуальной памяти, что позволяет операционной системе использовать для работы программ пространство памяти большее, чем объём физической памяти.

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

Основная память делится на две логические области:

- непосредственно адресуемая память;

- расширенная память, доступ к ячейкам которой возможен при использовании специальных программ-драйверов (специальных программ, управляющих работой памяти или внешними устройствами ЭВМ и организующих обмен информацией между микропроцессором, основной памятью и внешними устройствами).

Расширенная память может быть использована главным образом для хранения данных и некоторых программ операционной системы. Часто расширенную память используют для организации виртуальных (электронных) дисков..

В современных компьютерах существует режим виртуальной адресации. Виртуальная адресация используется для увеличения предоставляемой программам оперативной памяти за счёт отображения в части адресного пространства фрагмента внешней памяти.

Внешняя память ЭВМ

Устройства внешней памяти (ВЗУ) можно классифицировать по ряду признаков, таким как:

- вид носителя информации;

- тип конструкции;

- принцип записи и считывания информации;

- метод доступа к информации и др.

Дисковые накопители относятся к магнитным накопителям информации с прямым доступом. Это означает, что ЭВМ обращается непосредственно к дорожке, на которой начинается участок с искомой информацией или куда нужно записать новую информацию, где бы ни находилась головка чтения-записи накопителя в данный момент.

Накопители на оптических дисках в настоящее время получили большое распространение, благодаря маленьким размерам большой емкости и надежности.

Известны следующие виды накопителей на оптических дисках:

1) неперезаписываемые лазерно-оптические диски (компакт-диски ПЗУ, CD-ROM);

2) перезаписываемые лазерно-оптические диски с однократной (CD-R – CD Recordable) и многократной (CD-RW – CD ReWritable) записью;

3) мультимедийные диски (DVD-диски, Digital Video Disk).

Основными достоинствами накопителей на оптических дисках являются:

- сменяемость и компактность носителей;

- большая информационная емкость (до нескольких сотен МБт до нескольких ГБт);

- высокая надежность и долговечность CD и головок считывания / записи (до 50 лет);

- меньшая (по сравнению с накопителями на магнитных дисках) чувствительность к загрязнениям и вибрациям ;

- нечувствительность к электромагнитным полям.

Неперезаписываемые лазерно-оптические диски CD-ROM поставляются фирмой-изготовителем с уже записанной на них информацией. Запись информации на них возможна только вне персонального компьютера лазерным лучом большой мощности, который оставляет на активном слое CD след (дорожку) с микроскопическими впадинами. Таким образом создается первичный “мастер-диск”. Процесс массового тиражирования CD-ROM по «мастер-диску» выполняется путем литья под давлением. В оптическом дисководе CD-ROM в персональном компьютере эта дорожка читается лазерным лучом значительно меньшей мощности.

У перезаписываемых лазерно-оптических дисков (CD-R, CD-RW) лазерный луч непосредственно в дисководе компьютера при записи прожигает микроскопические углубления на поверхности диска под защитным слоем, чтение записи выполняется лазерным лучом так же, как и у CD-ROM. Дисководы CD-R и CD-RW способны читать и обычные диски CD-ROM .

В накопителях на жестких магнитных дисках (НЖМД – HDD – Hard Disk Drive) один или несколько жестких дисков, изготовленных из сплавов алюминия или из керамики и покрытых ферролаком вместе с блоком магнитных головок считывания/записи, помещены в герметически закрытый корпус. Эти накопители характеризуются большой информационной емкостью (благодаря высокой плотности записи) и высоким быстродействием (по сравнению с накопителями на гибких магнитных дисках).

Основные характеристики НЖМД:

1. Быстродействие. Определяется средним временем доступа и скоростью передачи данных, которая не может превосходить предельного значения для интерфейса накопителя.

2. Среднее время доступа – усредненное время, необходимое для подвода магнитных головок к требуемому сектору (составляет в среднем 1 – 10 мс).

3. Внутренняя скорость передачимежду диском и контроллером накопителя. Зависит от частоты вращения диска и продольной плотности записи.

4. Внешняя скорость передачи. Характеризует интенсивность потока данных между контроллером накопителя и ОЗУ.

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

Клавиатура

Клавиатура - это внешнее электромеханическое устройство, с помощью которого осуществляется ввод данных, команд и управляющих воздействий в ЭВМ. Клавиатура представляет собой набор клавиш, при нажатии которых передается электрический сигнал в микропроцессор.

В зависимости от типа персонального компьютера (ПК) назначение клавиш, их обозначение и размещение могут меняться. Все клавиши делятся на следующие группы:

1. Буквенно-цифровые клавиши(A-Z, a-z, А-Я, а-я, 0-9). Предназначены для ввода текстов и чисел.

2. Клавиши управления курсором( , , , , Insert, Delete, Home, End, Page Up, Page Down). Предназначены для просмотра, перемещения и редактирования файлов.

3. Специальные управляющие клавиши(Esc, Ctrl, Alt, Enter, Backspace, Tab, Shift, Print Screen, Caps Lock, Num Lock, Scroll Lock, Pause). Предназначены для переключения регистров, прерывания работы программы, вывода на печать, перезагрузки операционной системы и т.д.

4. Функциональные клавиши(F1 - F12). Используются в программах в качестве управляющих клавиш.

Блок клавиатуры конструктивно выполнен автономно от системной платы и содержит контроллер клавиатуры, состоящий из буферной памяти и схемы управления.

Контроллер клавиатуры выполняет следующие функции:

- сканирование или опрос состояния клавиш;

- временное запоминание до 20 отдельных кодов на период времени между двумя соседними опросами клавиатуры со стороны микропроцессора;

- преобразование кодов нажатия клавиш (скэн-кодов) в коды ASCII (American Standard Code for Information Interchange) с помощью хранящихся в ПЗУ программируемых системных таблиц драйвера клавиатуры;

- тестирование (проверка работоспособности) клавиатуры при включении ПК;

- автоматическое повторение клавишной операции (если клавиша нажата больше 0,1 сек., то генерируются повторные коды нажатия этой клавиши).

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

При нажатии и отпускании клавиши в буферную память контроллера клавиатуры поступает код нажатия или отпускания клавиши (скэн-код), соответственно “0” или “1” в седьмой бит байта и номер клавиши в остальные биты.

При поступлении любой информации в буферную память посылается запрос на аппаратное прерывание, инициируемое клавиатурой. При выполнении прерывания скэн-код преобразуется в код ASCII. При этом по наличию кода отпускания проверяется, все ли клавиши отпущены в момент нажатия этой клавиши. Перевод скэн-кода в значащую информацию осуществляется работой подпрограмм ROM-BIOS (Read Only Memory Basic Input-Output System), обслуживающих клавиатуру. Клавиатура связывается с ROM-BIOS с помощью портов и прерываний.

Каждое нажатие или отпускание клавиши приводит к формированию прерывания 9 от клавиатуры, сообщаемое ROM-BIOS. Оно вызывает подпрограмму обработки прерывания, которая отвечает на это чтением из порта 96, чтобы определить скэн-код клавиши. Далее пришедший скэн-код обрабатывается подпрограммой BIOS, переводящей его в двухбайтный код (младший байт: код ASCII, старший байт: скэн-код клавиши клавиатуры). Затем подпрограммы BIOS помещают оттранслированный код в буфер, находящийся в младших адресах памяти ОЗУ. Эти коды находятся здесь до тех пор, пока не будут запрошены программой или операционной системой, ожидающей ввод с клавиатуры.

Сканеры

Сканер (Scaner) - устройство, предназначенное для считывания графической и текстовой информации в компьютер и позволяющее осуществлять ввод черно-белого или цветного полутонового изображения.

Многообразие сканеров обусловлено:

1) конструкцией:

· настольные - планшетные (flatbed), рулонные (барабанные - sheet-fed), проекционные (overhead);

· ручные (портативные).

2) степенью прозрачности вводимого оригинала изображения:

· непрозрачные оригиналы (фотографии, страницы и др.);

· прозрачные оригиналы (слайды, негативы).

3) типом вводимого изображения:

· черно-белое;

· цветное.

4) особенностями программного и аппаратного обеспечения:

аппаратные интерфейсы (способы подключения к компьютеру):

· последовательный порт;

· параллельный порт;

· интерфейс SCSI;

· шина USB.

программные интерфейсы:

· использующие и не использующие TWAIN-стандарт;

· форматы графических файлов, создаваемые в компьютере после сканирования: TIFF, PCX, BMP, GIF, JPG и др.

Основными характеристиками сканеров являются:

1) разрешающая способность, которая определяет качество сканируемого изображения

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

2) количество воспринимаемых цветов;

3) количество воспринимаемых оттенков серого цвета.

Современное программное обеспечение для сканера обладает такими возможностями, как:

· наличие механизма предварительного сканирования (однократное сканирование всей страницы с последующим выбором участков меньшего размера для окончательного сканирования);

· установка широкого диапазона разрешающей способности;

· регулирование контрастности и яркости изображения;

· редактирование изображения;

· создание файлов, формат которых соответствует другим программам, используемыми пользователем.

Для организации процесса сканирования необходима программа-драйвер. В прошлом каждый драйвер для сканера имел свой собственный интерфейс, однако при этом для каждой модели сканера требовалась своя прикладная программа, что создавало массу неудобств и проблем. Благодаря появлению стандарта TWAIN (Toolkit Without An Interesting Name) стало возможным использование одной программы несколькими моделями сканеров. Основной целью создания TWAIN-спецификации было решение проблемы совместимости. Использование TWAIN-интерфейса позволяет вводить изображение одновременно с работой в прикладной программе, поддерживающей TWAIN-стандарт (Corel Draw, Picture Publisher, Photo Finish и др.)

Экран ЭЛТ

Контроллер ЭЛТ выполняет функцию связующего звена между видеопамятью и монитором: он принимает поток битов из памяти и преобразует его в свечение соответствующих точек экрана. Эти светящиеся точки (пиксели (pixel – picture element)) производятся в результате соударения электронного луча с внутренней поверхностью экрана ЭЛТ, на которую нанесён фосфоресцирующий состав. Электронный луч, управляемый системой отклонения, пробегает по экрану строка за строкой слева направо и сверху вниз (развёртка), при этом контроллер включает и выключает интенсивность луча, повторяя “узор” битов в памяти. За одну секунду электронный луч побегает по экрану N раз; при обычном N>60 глазу человека изображение представляется ясным и устойчивым. Между кадрами луч должен из правого нижнего угла экрана вернуться в левый верхний. Это движение называется обратным ходом кадра. Во время обратного хода (обычно его время составляет 1,25 мс) интенсивность луча выключена и на экран ничего не выводится.

Плазменный дисплей

Форми­рование изображения в плазменном дисплее происходит в пространстве шириной примерно 0,1 мм между двумя стеклянными пластинами, запол­ненном смесью благородных газов - ксенона и неона. На переднюю, про­зрачную пластину нанесены тончайшие прозрачные проводники, или элек­троды, а на заднюю - ответные проводники.

В современных цветных дисплеях переменного тока задняя стенка имеет микроскопические ячейки, заполненные люминофорами трех основных цве­тов - красного, синего и зеленого, по три ячейки на каждый пиксель. Так как оба электрода в дисплеях переменного тока закрыты слоем диэлектрика, прямого разряда, как в моделях постоянного тока, не получается. Вместо этого каждый элемент (электрод-электрод) работает как очень емкий кон­денсатор.

Этот принцип существенно продлевает срок жизни дисплея, оставляя в сохранности электроды и увеличивая цветность и яркость. Однако, в этом случае резко повышается цена устройства из-за усложняющейся управ­ляющей электроники - для дисплеев переменного тока требуется более вы­сокая частота. При разряде смесь газов излучает ультрафиолетовый свет, который в свою очередь воздействует на люминофор, заставляя его све­титься в видимом спектре. Интенсивности излучения вполне хватает, чтобы плазменные дисплеи могли использоваться в помещениях с любым уров­нем освещенности.

Практически каждый производитель плазменных панелей добавляет к классической технологии собственные ноу-хау, улучшающие цветопереда­чу, контрастность и управляемость.

Видеоадаптеры

Видеоадаптеры являются внутрисистемными устройствами, непосредственно управляющими мониторами и выводом информации на экран.

Стандартные видеоадаптеры хранят содержание изображения в видеопамяти (расположенной на плате адаптера) таким образом, что определенному адресу памяти соответствует определенное место экрана монитора. Аппаратура видеоадаптера периодически считывает содержимое видеопамяти и помещает его на экран. Таким образом, информация на экране теоретически может меняться с такой же скоростью, с какой программа записывает информацию в оперативную память.

Современные видеоадаптеры передают цвет, с использованием 32 битов, при этом 24 бита передают истинный цвет (true color), а остальные 8 бит передают степень прозрачности истинного цвета. Таким образом, возможности представления цвета в современных вычислительных системах заключаются в использовании 16,7 млн. (2²⁴) цветов и 256 (2⁸) степеней прозрачности каждого цвета.

Обычный видеоадаптер состоит из четырех основных устройств:

видеопамяти, видеоконтроллера (видеоускорителя), цифроаналогового преобразователя и ПЗУ.

Видеопамять служит для хранения изображения. От ее объема за­висит максимально возможное полное разрешение видеоадаптера:

А х В х С, где А - количество точек по горизонтали; В - по вертикали; С - количество возможных цветов каждой точки.

Например, для разрешения 1024x768x65536 (другое обозначе­ние - 1024x768x64k) достаточно 2 Мбайт памяти. Поскольку для хранения цветов отводится целое число разрядов, количество цветов всегда является степенью двойки (16 цветов - 4 разряда, 256 - 8 разрядов, 65 536 -16 разрядов и т.д.).

Видеоконтроллер является основой видеоадаптера, и именно от не­го зависит быстродействие и возможности видеоадаптера. Он отвеча­ет за вывод изображения из видеопамяти, за регенерацию ее содер­жимого, за формирование сигналов развертки для монитора и за об­работку запросов центрального процессора.

Кроме того, обязательно присутствуют контроллеры видеопамяти и порта главной системной шины, дополнительно может присутствовать также контроллер какого-либо внешнего порта.

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 TV-приемника или MPEG-декодера, Видеоконтроллер с потоковой обработкой, а также с аппаратной поддержкой некоторых типовых функций называется акселератором, или ускорителем, и служит для разгрузки центрального процессора от рутинных операций по формированию изображения

Основные характеристики видеоадаптеров:

1) ёмкость видеопамяти;

2) разрешающая способность (число адресуемых на экране монитора пикселей по горизонтали и вертикали);

3) разрядность шины данных, определяющая скорость передачи данных;

4) количество передаваемых цветных оттенков.

Факторы, влияющие на скорость вывода информации на экран монитора:

· разрешающая способность;

· количество цветов, передаваемых видеоадаптером;

· частота кадровой и строчной развертки.

Печатающие устройства

Для вывода на печать подготовленного на ЭВМ текста и графики применяются специальные устройства - принтеры, чертежи и схемы на больших форматах печатаются на графопостроителях (плоттерах).

Обычно принтер подключается к системному блоку персонального компьютера через порт шины USB, однако принтеры, предназначенные для издательских систем, и плоттеры подключаются через специальные порты с использованием высокоскоростных интерфейсов.

Важной характеристикой печатающих устройств, которая определяет качество печати, является разрешающая способность (количество точек на дюйм - dpi).

В печатающих устройствах необходимо наличие собственной оперативной памяти для хранения шрифтов и построения рисунков. В цветных лазерных принтерах при печати с высокой разрешающей способностью объем собственного ОЗУ принтера достигает десятки мегабайт.

По технологии печати, связанной с особенностями печатающего элемента, принтеры разделяются на следующие типы:

· матричные;

· струйные;

· лазерные.

Матричные принтеры

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

Струйные принтеры

Принцип действия струйной печати основан на формировании изображения микрокаплями специальных чернил, выдуваемых из емкости с помощью сопел. Современные модели струйных принтеров дают качество печати, схожее с лазерными принтерами. Разрешающая способность до 720 dpi.

Лазерные принтеры

Процесс лазерной печати основан на технологии ксерографии фирмы Xerox: изображение переносится со специального фоточувствительного барабана, к которому электрически притягиваются частички краски. В отличие от копировального устройства, печатающий барабан электризуется с помощью луча лазера по командам из компьютера. Разрешающая способность от 360 dpi до 2400 dpi.

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

По технологии печати плоттеры разделяются на следующие типы:

· электромеханические векторного типа;

· растровые устройства вывода графической информации, изображение в которых получается за счет использования различных физических принципов (электростатики, электрографии и др.);

· фотооптические и устройства вывода на микрофильм.

Графопостроители (плоттеры) могут работать автономно, воспринимая исходные данные промежуточного носителя (магнитного диска), а также непосредственно с ЭВМ, используя интерфейсы различных типов.

Основные характеристики графопостроителей:

· тип применяемых подложек или носителей графической информации;

· размеры рабочей области печати;

· быстродействие;

· разрешающая способность;

· наличие устройств сопряжения с ЭВМ.

Вследствие развития вычислительных систем, технические характеристики печатающих устройств постоянно улучшаются, что позволяет получать высококачественное изображение за короткое время.

СИСТЕМЫ МУЛЬТИМЕДИА

Мультимедиа -это интерактивные системы, обеспечивающие ра­боту с непод­вижными изображениями и движущимся видео, анимированной компьютерной графикой и текстом, речью и высококачественным звуком.

Появление систем мультимедиа обусловлено развитием технических и системных средств, в том числе прогрессом ПЭВМ: резко возросшие объем памяти, быстродействие, графиче­ские возможности, характеристики внешней памяти, и достижения в об­ласти видеотехники, лазерных дисков, а также их массовое внедрение. Важную роль сыграла так же разработка методов быстрого и эффективного сжатия / развертки данных.

Современный мультимедиа персональный компьютер представляет собой домашний стереофонический Hi-Fi (High Fidelity) комплекс, объединенный с дисплеем-те­левизором. Он укомплектован активными стереофоническими системами, микрофоном и дисководом для оптических компакт–дисков. Кроме того, внутри компьютера расположен аудиоадаптер (звуковая плата), по­зволивший перейти к прослушиванию чистых стереофонических звуков че­рез акустические колонки с встроенными усилителями.

Известно, что в компьютере все дан­ные хранятся в цифровой форме, в то время как теле-, видео- и большин­ство аудиоаппаратуры работает с аналоговым сигналом. Поэтому простейший и наиболее дешевый путь построения первых систем мультимедиа состоял в стыковке разнородной аппаратуры с компьютером, предоставлении компьютеру возможностей управления этими устройствами, совмещении выходных сигналов компьютера и видео- и аудиоустройств и обеспечении их нормальной совместной работы. Даль­нейшее развитие систем мультимедиа происходит в направлении объедине­ния разнородных типов данных в цифровой форме на одной среде-носителе, в рамках одной системы.

Современный мультимедийный ПК требует подключения к нему множества внешних устройств. Все они обслуживаются массой программных утилит - драйверов и нередко конфликтуют друг с другом. В этой связи был создан стандарт Plug and Play (включай и работай). Этот стандарт представляет собой обширный комплекс программных и аппаратных средств по полностью автоматической настройке конфигурации компьютера в соответствии с используемым оборудованием.

Технология Plug and Play предполагает, что достаточно только включить компьютер и все аппаратные и программные средства автоматически оптимально настроятся и станут работать без сбоев и конфликтов.

Обработка и синтез графики

Отличительной особенностью видеоадаптеров в мультимедийных системах является вывод трехмерного изображения. При этом характеристики таких видеоадаптеров позволяют осуществлять этот процесс, не уменьшая быстродействие вычислительной системы в целом.

Под понятием трехмерного изображения подразумевается изображение, представляющее собой проекции трехмерных сцен. Это не изображение, построенное в трех измерениях.

При формировании такого изображения сначала из плоских многоугольников или криволинейных поверхно­стей создается объект. Его поверхности назначают текстуры, то есть картинки, имитирующие материал, из которого сделана поверх­ность моделируемого объекта, вводятся параметры отражения, карта рельефа поверхности, карта отражения и т.д. На сцене размещаются источники света, при необходимости вводится осветляющий (обыч­ный) или затемняющий (для эмуляции ночных условий) туман, и зада­ется направление взгляда наблюдателя (камера). При синтезе трехмерных изображений особое внимание уделяется разделению видимых и невидимых элементов сцены, а также алгоритмам штриховки, позволяющим придать воспроизводимому изображению текстурированный вид.

Видеоадаптер при обработке мультимедийных данных поддерживает работу с видеоинформацией.

Используются три формата записи, телевещания и видеостандарта: NTSC, PAL, SECAM. В основе каждой системы лежит свой стандарт, ко­торый определяет способ кодирования информации для получения элек­тронного сигнала, создающего изображение на теле­экране. Для перезаписи в разных форматах требуется специальное оборудование.

Система NTSC(National Television Standards Committee)

Согласно стандарту NTSC, каждый видеокадр состоит из 525 горизон­тальных строк экрана, по которым каждую 1/30 секунды проходит электронный луч. Скорость прохождения луча настолько велика, что создается зрительное впечатление стабильного изображения. При создании кадра элек­тронны