Средства мультимедиа

Лидером в технологии всегда была фирма Intel, которая имеет возможность вкладывать большие средства в передовые разработки. Но в последнее время фирма AMD быстрее осваивает новые технологические нормы.

 

Конструктив

С «легкой руки» Intel в компьютерной индустрии появилось и понятие «конструктив». Это слово весьма точно передает суть некоего сооружения, в недра которого заключены процессоры Intel, начиная с Pentium II, предназначенные для установки в Slot 1. Там и процессорная плата, на которой располагаются кристаллы собственно процессора и кэш-память второго уровня, и корпус, охватывающий эту плату, и разъем под Slot1 или Slot 2. Вся эта конструкция была названа SECC (Single Edge Contact Cartridge – картридж с односторонними контактами). Следом за Intel и фирма AMD выпустила свой процессор Athlon для установки в разъем Slot A. (см. рисунок)

Процессоры Celeron корпуса не удостоился ввиду отсутствия отдельного кристалла кэш-памяти.

Поэтому логичным выглядел следующий шаг Intel – выпуск Celeron в конструктиве PPGA (Plastic Pin Grid Array), то есть возврат к технологии , характерной для интерфейса Socket 7.

Сравнительно недавно появились новые конструктивы: FC-PGA 370 для процессоров фирмы Intel и Socket A для процессоров AMD Athlon и Duron. То есть практически произошел возврат к технологическим решениям, характерным для Socket 7, но на ином технологическом уровне. (см. рисунок)

 

 

 

 

 

Оперативная память

Как известно, данные компьютер хранит в основном на специальном устройстве – жестком диске. И в процессе работы берет ее именно оттуда. А куда помещается информация потом?

Понятно, что для оперативной работы с данными процессору необходима более быстродействующая память, чем жесткий диск. В принципе такая память уже встроена в сам процессор – это кэш-память. Но ее объем чрезвычайно мал, а для работы с современными программами необходимы десятки и даже сотни мегабайт.

Для этого и нужна компьютеру оперативная память, обладающая высокой скоростью доступа и имеющая довольно большой объем. Она предназначена для хранения результатов всякого рода операций и вычислений. Хранить в ней информацию постоянно невозможно, так как при отключении питания вся информация в оперативной памяти исчезает.

Рост требуемых объемов оперативной памяти происходит практически непрерывно по мере развития технологии аппаратных средств и программных продуктов. Сегодня по спецификации PC 2001 объем оперативной памяти мультимедийного компьютера не должен быть меньше 64 Мб. Для комфортной работы в среде издательских пакетов и графических редакторов понадобится уже 128 Мб. Если же работать с цветом, то 256 Мб оперативной памяти не покажутся лишними. Для профессиональной работы по созданию трехмерных изображений высокого качества, обработки видео в реальном времени лучше иметь не менее 512 Мб.

Оперативная память выпускается в виде микросхем, собранных в специальные модули. Стандартом сегодня считаются 168-контактные DIMM-модули памяти типа SDRAM, соответствующие спецификации РС-133, то есть, которые могут быть установлены на материнские платы с частотой системной шины 133 МГц. Максимальная пропускная способность этих модулей памяти – 1066 Мб/с.

Однако все большую популярность приобретают модули памяти типа DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM – синхронная память с удвоенной передачей данных). Такая память обеспечивает максимальную полосу пропускания только в случае передачи единых массивов данных. При работе с разрозненными данными производительность резко падает, но все равно превосходит показатели обычной SDRAM. Пиковая полоса пропускания памяти DDR SDRAM достигает 2100 Мб/с при частоте системной шины 133 МГц.

 

 

 

Видеокарта

Бурное развитие и внедрение в качестве стандарта де-факто графического интерфейса операционных систем, прикладных и игровых программ явилось стимулом к появлению нового поколения видеоадаптеров, которые принято называть «графическими ускорителями». Обычно под этим понятием подразумевают, что многие графические функции выполняются в самом видеоадаптере на аппаратном уровне. Так как эти функции связаны с рисованием графических примитивов (линий, дуг, окружностей и прочих фигур), заливкой цветом участков изображения, перемещением блоков (например, окон), то есть с обработкой графики в двух измерениях на одной плоскости, то такие ускорители получили обозначение 2D-ускорителей.

Трехмерные (3D) ускорители из разряда экзотического профессионального оборудования перешли в массовый сектор благодаря опять же новым программам, прежде всего игровым, потребовавшим обсчета и построения трехмерных (объемных) изображений на экране монитора в реальном времени. Поначалу они выпускались в виде отдельных плат, занимавших отдельный слот PCI. Сейчас 2D/3D ускорители установлены на самой плате видеоадаптера.

Работа с графикой – одна из самых трудных задач, которые приходится решать мультимедийному компьютеру. Сложные изображения, миллионы цветов и оттенков… Поэтому нет ничего удивительного, что для этой работы приходится устанавливать в компьютер фактически второй мощный процессор. Он находится на видеокарте и предназначен для того, чтобы разгрузить центральный процессор при обработке графики.

Еще несколько лет назад перечень обязательных функций видеокарт состоял только из одной позиции – работа с обычной двумерной графикой. И именно исходя из быстроты и качества работы в 2D-режиме они оценивались.

Сегодня ситуация изменилась: все современные видеокарты способны быстро и качественно обрабатывать двумерную графику и ждать каких либо продвижений в этой области уже не стоит. Однако у видеокарты появились новые обязанности. Первая и обязательная для всех современных видеоадаптеров – поддержка объемной, трехмерной графики, то есть наличие 3D-ускорителя. Среди дополнительных функций – возможность приема телевизионного сигнала (встроенный TV-тюнер), аппаратное декодирование и воспроизведение VideoCD и DVD-дисков, наличие TV-входа/выхода.

 

Устройство и принцип работы

Современная видеокарта включает в себя следующие основные компоненты:

• SVGA-ядро
• Ядро 2D-ускорителя
• Ядро обработки 3D-графики
• Видеоядро
• Видео BIOS
• Контроллер памяти
• Видеопамять
• Интерфейс главной шины
• Интерфейс внешнего порта ввода-вывода
• RAMDAC – цифроаналоговый преобразователь с собственной памятью с произвольным доступом.

Последний компонент отвечает за формирование окончательного изображения на мониторе, то есть преобразует результирующий цифровой поток данных, поступающих от других элементов видеоадаптера, в уровни интенсивности, подаваемые на соответствующую электронную пушку (красную, зеленую, синюю) электронно-лучевой трубки монитора.

Один из первых RAMDAC был разработан фирмой IBM в 1985 году и обеспечивал вывод изображения с разрешением 320х200 точек при цветовом охвате 8 бит. В дальнейшем схемотехника RAMDAC быстро развивалась и сегодня стандартом считается RAMDAC, обеспечивающий разрешение 1600х1200 точек при 32-битном цвете на частоте 75-85 Гц. Обязательным стало требование поддержки режима Direct Color, то есть прямого доступа к элементам DAC. Это позволяет создавать независимые таблицы для каждого из трех основных цветов и, тем самым, компенсировать цветовые искажения, вносимые электронной частью монитора. Такой эффект правки цвета получил название гамма-коррекции.

Качество получаемого изображения в решающей степени зависит от таких характеристик RAMDAC, как его частота, разрядность, время переключения с черного на белый и обратно, варианта исполнения (внешний или внутренний).

Частота RAMDAC говорит о том, какое максимальное разрешение при какой частоте кадровой развертки сможет поддерживать видеокарта. (см. таблицу)

Современными можно считать RAMDAC с частотой не ниже 170 МГц.

 

 

 

 

 

Разрешение  Частота  развертки, Гц	800х600	1024х768	1200х1024
80   90   100	51   57   64	83   94   103	139   158   173

Разрядность RAMDAC говорит о том, какое цветовое пространство способен охватывать видеоадаптер. Большинство микросхем этого типа поддерживает представление 8 бит на каждый канал цвета, что обеспечивает отображение около 16,7 млн. цветов. За счет гамма-коррекции исходное цветовое пространство расширяется еще больше. В последнее время появились RAMDAC с разрядностью 10 бит по каждому каналу цвета, охватывающие более миллиарда цветов.

Обычно не афишируемым, а зачастую и замалчиваемым производителями параметром является Slew Rate. Это время, в течение которого электронный луч пушки кинескопа монитора включается, достигает максимальной яркости на отдельном пикселе и выключается (переключение черного сигнала на белый и наоборот). При установке параметров монитора в режим высокого разрешения при высокой частоте кадровой развертки случается, что не успевший полностью погаснуть луч переводится на следующий пиксель (или не достигший требуемой яркости луч перескакивает дальше). В результате изображение становится размазанным. Такой эффект получил название «замыливание» и встречается, к сожалению, довольно часто.

 

Трехмерная графика

Пространственная компьютерная графика часто называется трехмерной, или 3D-графикой. В обыденной жизни мы практически каждый день сталкиваемся с объектами, созданными либо средствами компьютерной 3D-графики, либо на основе трехмерных виртуальных моделей: телевизионные заставки и реклама, спецэффекты, персонажи и предметы в кинематографии и т.д.

Конечно же, чаще всего с объемной графикой сталкиваются пользователи мультимедийных компьютеров. Чаще всего это компьютерные игры и мультимедийные приложения.

Создание объемного, реалистичного изображения – задача непростая. Фактически, видеокарте приходится выполнять несколько сложных операций. 3D-ускоритель должен построить каркас каждого трехмерного объекта и быть готовым в любой момент показать его с любой точки зрения (сверху, сбоку, под углом). Причем набором нескольких основных видов тут не обойтись – важно не просто показать объект с четырех сторон, но и, что самое главное, воссоздать на экране его реальный объем.

Но воссоздание объема – не самая сложная задача. Ведь даже самая объемная фигура будет выглядеть бледно и бесцветно, если не наложить на нее текстуру. То есть просто раскрасить используя множество цветных объектов, как бы завернуть в фантик. Причем в реальном времени и весьма динамично.

И, наконец, третья область, в которой незаменим 3D-ускоритель – игровые спецэффекты. Туман, пламя, взрывы, отражение в воде или зеркале, тени и множество других.

Для работы с трехмерной графикой обычно используют специализированные прикладные программные библиотеки. Они очень важны потому, что производительность и качество работы видеокарты во многом зависит от поддерживаемых ей библиотек.

Библиотека OpenGL пришла на платформу PC из сферы графических станций во многом благодаря игре Quake, использовавшей несколько упрощенный ее вариант. Наличие поддержки этой библиотеки у видеоадаптера очень желательно, так как многие программы оптимизированы под OpenGL.

Библиотека Direct3D является частью программного интерфейса Microsoft DirectX и поддерживается практически всеми ускорителями. Начиная с шестой версии  технология Direct3D является по своим возможностям достойным конкурентом OpenGL.

Glide – собственная библиотека фирмы 3Dfx, временно завоевавшая популярность благодаря бурному распространению ускорителей Voodoo Graphics. Она слабо поддерживается другими ускорителями и, видимо, в ближайшее время сойдет со сцены.

Трехмерными ускорителями оснащены сегодня практически все видеокарты, ведь по требованиям спецификации PC 2001 мультимедийный компьютер должен иметь видеоадаптер со встроенным 3D-ускорителем.

 

Форм-фактор

На сегодняшний день существует два формата видеокарт – PCI и AGP.

PCI – достаточно старый и устаревший стандарт видеокарт для компьютеров, выпущенных до эпохи Pentium II. Видеокарты, исполненные в формате PCI, уже не выпускаются, однако их еще можно встретить на многих компьютерах.

Интерфейс AGP значительно быстрее, чем старый PCI, а главное дает возможность видеоадаптеру задействовать основную оперативную память компьютера для размещения текстур в трехмерных играх. Видеокарты, выполненные именно в формате AGP, должны быть установлены на домашнем компьютере по стандарту PC 2001. AGP-слот имеется на любой материнской плате для процессоров Pentium II и старше.

 

 

 

 

Монитор

«Самой важной частью ПК» можно назвать многие детали компьютера. И монитор в этом ряду – один из первых. Все-таки именно с его экраном мы контактируем постоянно в процессе работы на компьютере. И отсюда – именно к монитору предъявляются едва ли не самые строгие требования в области эргономики и безопасности для человека.

Во-первых, монитор должен быть максимально безопасным для здоровья человека по уровню всевозможных излучений, а также по ряду других показателей.

Во-вторых, монитор должен обеспечивать возможность не просто безопасной, но и комфортной работы, предоставляя в распоряжение пользователя качественное изображение.

 

Мониторы на электронно-лучевой трубке

Параметры монитора определяются характеристиками электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) и качеством элементов, управляющих видеотрактом. Причем основная доля ответственности здесь лежит на ЭЛТ. Нередко на основе одной трубки производители выпускают мониторы для разных ценовых категорий, лишь меняя их электронную начинку. В свою очередь, параметры ЭЛТ во многом зависят от избранной технологии производства. Причем сложность современных технологий производства ЭЛТ такова, что освоить их, а затем и продолжить исследования могут только крупные производители. Именно поэтому изготовителей собственно ЭЛТ во всем мире можно пересчитать по пальцам. Остальные фирмы, выпускающие мониторы, устанавливают на свои изделия уже готовые трубки.

Принципиально конструкция ЭЛТ для монитора совпадает с телевизионным кинескопом. В горловине стеклянной колбы, дно которой покрыто слоем люминофора, установлена электронная пушка, испускающая поток электронов. Такой поток отклоняется в нужном направлении электромагнитным полем отклоняющей системы и затем, проходя через теневую маску, установленную перед дном колбы, попадает на люминофор, вызывая его свечение.