Средства мультимедиа

Приложение

          

 

        

         МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ                      МИНИСТЕРСТВО РФ ПО АТОМНОЙ  ЭНЕРГИИ

          УРАЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ

 

 

          

 

 

 

 

Кафедра строительных технологий

 

 

 

 

                 

 

 

                                     Реферат

                  по предмету   

         Основы  информатики и вычислительной  техники

                      на тему 

                   “Средства мультимедиа” 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      Новоуральск 2002

 

 

                                                                   Содержание

 

 

Введение

Мультимедиа. Это слово, а точнее понятие, часто упоминается в разговорах о компьютерах, о компьютерной периферии, при обсуждении тех или иных программных продуктов и даже в разговорах о таких вещах, как телевидение или кинематограф. Так что же такое мультимедиа? Трудно дать краткое и точное определение этому понятию. Мультимедиа – это технология, позволяющая объединить данные, звук, анимацию и графические изображения, переводить их из аналоговой формы в цифровую и обратно. «Мультимедиа» – сложное слово, состоящее из двух простых: «мульти» – много и «медиа» – носитель. Таким образом, термин «мультимедиа» можно перевести как «множество носителей», то есть мультимедиа подразумевает множество различных способов хранения и представления информации (звука, графики, анимации и так далее).

Если говорить о мультимедиа как о некоторой технологии представления информации, то необходимо упомянуть два аспекта – аппаратный и программный.

Аппаратная сторона мультимедиа может быть представлена как стандартными средствами (графический адаптер, монитор, звуковая карта, привод CD-ROM и так далее), так и дополнительными (видеокарта с телевизионным входом/выходом, приводы CD-R, CD-RW, DVD и др.)

Программная сторона мультимедиа может быть разделена на чисто прикладную (сами приложения, предоставляющие пользователю информацию в том или ином виде), а также специализированную, в которую входят средства, используемые для создания мультимедийных приложений. К этой категории можно отнести профессиональные графические редакторы, редакторы видеоизображений, средства для создания и редактирования звуковой информации и т.п.

Одними из первых пользовательских мультимедийных программ были компьютерные игры. Они являются наиболее распространенным программным продуктом, в полной мере использующим преимущества технологии мультимедиа: графика высокого разрешения, анимация, звуковое, музыкальное и голосовое сопровождение присутствуют во всех современных играх.

В книге М. Кирмайера «Мультимедиа» мультимедиа определена как сочетание возможностей создания видеоэффектов со звуковыми эффектами при управлении с помощью диалогового (интерактивного) программного обеспечения. Диалог означает, что пользователю в общении с компьютером отводится самая активная роль. Он может давать компьютеру свои указания и требовать их исполнения. А может обойтись и без этого, спланировав работу своих мультимедиа-приложений и возложив их исполнение целиком на компьютер.

Видеоэффекты могут быть представлены показом сменных компьютерных слайдов, мультфильмов и видеоклипов, смешением изображений и текстов, перемещением (скроллингом) изображений, изменением цветов и масштабов изображения, мерцанием и постепенным исчезновением изображения и т.д. Они обычно идут в сопровождении речи и музыки. Сочетание видео и аудиоэффектов значительно повышает объем информации, которая поступает от компьютера к пользователю, и обеспечивает эффективное и одновременное восприятие ее двумя важнейшими органами чувств человека – зрительное восприятие и слух.

Технология мультимедиа прочно вошла в повседневную жизнь и успешно применяется во многих пользовательских приложениях. Но для успешной работы таких приложений должен соответствовать требованиям мультимедиа и сам компьютер. Таким образом «мультимедийный компьютер» – это такой компьютер, на котором мультимедийные приложения могут в полной мере реализовать все свои возможности. Мультимедийный компьютер должен уметь многое: отображать на экране монитора графическую и видеоинформацию, анимацию, воспроизводить с высоким качеством различное звуковое сопровождение, музыку, в ом числе и с музыкальных компакт-дисков, и многое другое.

 

 

 

 

 

 

 

 

Аппаратная часть мультимедийного компьютера

В этом разделе будут рассмотрены основные устройства, входящие в состав мультимедийного компьютера.

Обычно под набором комплектующих, объединенных понятием «мультимедийный компьютер», понимают следующий их состав:

• Корпус с блоком питания
• Системная (материнская) плата
• Центральный процессор

• Оперативная память
• Видеоадаптер
• Монитор
• Накопитель на жестких дисках
• Клавиатура
• Мышь
• Дисковод CD-ROM
• Дисковод гибких дисков
• Звуковая карта

Для российских условий дополнительным оборудованием (во многих странах уже считающимся стандартным) являются:

• Дисковод DVD
• Модем
• Телевизионный и УКВ тюнер

Не так давно корпорация Intel и Microsoft при участии других грандов компьютерной индустрии подготовили спецификацию компьютера PC 99. Этот стандарт определяет типы систем персональных компьютеров, предназначенных для выполнения определенных функций (см. Приложение). Рассмотрим класс «Entertainment PC» (развлекательный или мультимедийный компьютер).

С точки зрения этапов развития аппаратной части компьютера наибольший интерес вызывают следующие требования:

• Полный отказ от интерфейса шины ISA
• Все компоненты системной (материнской) платы должны соответствовать спецификации Plug-and-Play
• Порты COM и LPT рекомендуется использовать только для подключения принтеров
• Интерфейсы IDE/ATA и ATAPI для внешних накопителей подлежат замене на IEEE1394
• Для модемов рекомендуется интерфейс USB
• Для сканеров и других устройств ввода изображений рекомендуется использовать интерфейсы SCSI или IEEE1394
• Для звуковых карт возможны интерфейсы USB или PCI
• Графические адаптеры допустимы только с интерфейсом AGP или PCI
• Подключать мышь и клавиатуру рекомендуется через интерфейс USB или PS/2

Впервые в спецификации отражены требования к разрешению и другим параметрам мониторов.

2 ноября 2000 года была утверждена следующая редакция документа – PC 2001 (см. Приложение).

Требования, приводимые в PC 2001, направлены на создание компьютеров под управлением Windows Me, Windows 2000 Professional, предназначенных для работы с типичными Windows-приложениями. Естественно, речь идет не о базовых аппаратных требованиях, предъявляемых операционными системами, а об оптимальных. Впервые PC 2001 не содержит классических рекомендаций — указываются только минимальные требования! Все то, что было из лучших побуждений рекомендовано в PC 99, либо стало требованием в PC 2001, либо безжалостно удалено.

Основная идея PC 2001 — сделать стандартом де-юре требования инициативы Intel Easy PC, направленной на превращение компьютера в несложный, надежный и стабильно работающий бытовой прибор. «Лейтмотив» Easy PC — отказ от шины ISA, быстрая загрузка и интеллектуальное управление питанием. Безусловно, это далеко не полный список идей Easy PC, однако он дает довольно четкое представление.

Особенность PC 2001 — отсутствие жесткого разделения ПК на классы. В частности из текста исключены упоминания об Office PC, Consumer PC и Entertainment PC, которые были четко специфицированы в PC 99. Теперь все, что не является Workstation (рабочей станцией) и Mobile (ноутбуком), попадает под категорию PC System.

В PC 2001 происходит полный отказ от шины ISA, а также признаются устаревшими ее производные – PS/2, COM, LPT, FDD. Последний пункт означает, сто 3,5-дюймовые дисководы флоппи-дисков либо исчезнут как класс, либо перейдут на новый интерфейс, вероятнее всего на USB. Причем сам USB должен эволюционировать до уровня спецификации 2.0, где скорость передачи данных достигает 480 Мбит/с.

 

Центральный процессор

Центральный процессор – сердце и мозг компьютера, центральный элемент, управляющий всеми остальными компонентами, входящими в состав компьютера. Именно он в большей степени определяет скорость работы компьютера (его производительность). Обычно вместо «центральный процессор» говорят просто «процессор», хотя в компьютере имеются и другие устройства этого типа. Например, процессор, установленный на видеокарте, звуковой карте и так далее.

В IBM-совместимых компьютерах применяются процессоры, совместимые с семейством х86 фирмы Intel. В оригинальном IBM PC использовался процессор Intel 8088 с 16-разрядными регистрами. Все старшие модели процессоров включают в себя подмножество системы команд и архитектуры нижестоящих моделей, обеспечивая совместимость с ранее написанным программным обеспечением.

 

Устройство процессора.

На первый взгляд процессор – просто выращенный по специальной технологии кристалл кремния. Однако этот кристалл содержит в себе множество отдельных элементов – транзисторов, которые в совокупности и наделяют компьютер способностью «думать».

Если же посмотреть на центральный процессор с «большей высоты», можно выделить несколько важных составляющих:

• Собственно процессор – «вычислитель»
• Сопроцессор (FPU) – специальный блок для операций с плавающей точкой
• Кэш-память первого уровня – небольшая (несколько десятков килобайт) сверхбыстрая память, предназначенная для хранения промежуточных результатов вычислений
• Кэш-память второго уровня – эта память помедленнее, зато больше (измеряется уже сотнями килобайт). Она может быть интегрирована на самом кристалле процессора, а может быть выполнена в виде дополнительного кристалла.

Архитектура линии процессоров х86 фирмы Intel основана на концепции CISC (Complex Instruction Set Calculation) – расширенной системе команд переменной длины, появившейся в 1978 году. Команды х86 могут иметь длину от 8 до 108 бит, и процессор должен последовательно декодировать инструкцию после определения ее границ. Тогда процессоры были скалярными устройствами (то есть могли в каждый момент времени выполнять только оду команду), конвейерная обработка практически не применялась (исключение составляли большие ЭВМ). Позже (в 1986 году) появились процессоры, основанные на архитектуре RISC (Reduced Instruction Set Calculation) – сокращенном наборе команд фиксированной длины, которая была оптимизирована для суперскалярных (с возможностью выполнения нескольких команд одновременно) конвейерных вычислений.

С тех пор обе линии до недавних пор развивались практически независимо. Intel с целью обеспечения совместимости не могла отказаться от архитектуры CISC даже в новейших моделях процессоров х86, а фирма Apple, ориентировавшаяся на процессоры с архитектурой RISC, не могла существенно увеличить свою долю на рынке PC из-за трудностей с использованием программ для х86 на своих компьютерах. Однако в отдельных модификациях своих процессоров фирме AMD удалось совместить обе архитектуры. То есть микроядро процессора работает на основе архитектуры RISC, а специальный блок интерпретирует команды CISC для обеспечения совместимости с системой команд х86.

Важным элементом процессора является блок обработки данных с плавающей точкой (FPU – Floating Point Unit). Начиная с модели Intel 80486, он встроен в ядро процессора у всех без исключения процессоров разных производителей. От эффективности этого блока напрямую зависит скорость работы процессора со сложными приложениями (графика, мультимедиа, трехмерные объекты). Несмотря на все усилия конкурентов, фирме Intel до недавнего времени удавалось в своих процессорах удерживать лидерство по эффективности работы FPU. Однако с появлением процессора Athlon фирмы AMD положение по меньшей мере выровнялось. А на многих тестах Athlon опережает изделия Intel.

 

Скорость работы центрального процессора

Тактовая частота и объем установленной на процессоре кэш-памяти являются важнейшими факторами, влияющими на его производительность для всех типов задач. По спецификации PC99 тактовая частота процессора мультимедийного компьютера должна быть не менее 300 МГц, а в спецификации PC 2001 требования стали еще жестче и минимальная тактовая частота на 2001-2002 год составляет 667 МГц. Минимальный объем кэш-памяти – 128 Кб.

Имеется ряд специализированных задач, ускоренное решение которых возможно за счет оптимизации операций на аппаратном уровне. Впервые эту проблему попыталась решить Intel внедрением технологии MMX (MultiMedia Extension – мультимедийное расширение). И так немалый набор команд х86 был расширен за счет 57 дополнительных инструкций типа SIMD (Single Instruction – Multiple Data – одна инструкция для многих данных), позволивших распараллелить обработку данных. Технология MMX значительно ускорила работу процессора с мультимедийными приложениями. Но у него имелся существенный недостаток – невозможность обработки данных с плавающей точкой. А ведь именно такие операции характерны для приложений, интенсивно использующих трехмерную графику.

Впервые технология для обработки данных с плавающей точкой была реализована фирмой AMD в процессоре K6-2 и получила название 3DNow! Она включает в себя 21 инструкцию типа SIMD, оптимизированных для параллельной обработки данных с плавающей точкой.

С некоторым опозданием похожую технологию под названием SSE (Streaming SIMD Extension) реализовала фирма Intel в своем процессоре Pentium III. Фактически Intel ввела новый режим работы процессора – параллельную обработку инструкций FPU и SSE.

 

Кристалл

При производстве процессоров используются так называемые технологические нормы, означающие допустимое расстояние между цепями на кристалле кремния и минимально возможный размер логических и других элементов. Естественно, что чем меньше это расстояние, тем больше элементов можно разместить на единице площади кристалла или при неизменном числе элементов сделать больше кристаллов из исходной кремниевой пластины. К тому же уменьшение размеров приводит и к уменьшению рассеиваемой мощности, что позволяет поднять рабочую частоту, на которой надежно функционируют элементы. Поэтому все производители процессоров стремятся ужесточать технологические нормы для повышения производительности. Еще недавно стандартом считался показатель 0,35 микрон, сейчас процессоры изготовляют по норме 0,25 и 0,18 микрон.