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.

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)

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.

Дисковод CD-ROM

Мультимедийный компьютер должен иметь дисковод для чтения компакт-дисков – CD-ROM (CD Read Only Memory – память только для чтения на компакт-дисках). Это обязательное требование.

Появился этот дисковод сравнительно давно – более 10 лет назад. Но и сегодня найти ему замену непросто. Такая популярность CD-ROM обусловлена очень малой стоимостью хранения информации, большой емкостью носителя и универсальностью.

CD-ROM пригоден для хранения самых различных форматов данных:

·         Цифровая, компьютерная информация

·         Звуковая информация в формате AudioCD (до 80 минут звучания)

·         Звуковой информации в формате MP3 (около 9 часов звучания)

·         Видеоинформации в формате VideoCD и CD-I (до 1 часа видео)

·         Изображений, записанных в формате «библиотеки фотографий» фирмы Kodak (Kodak PhotoCD)

И множества других видов информации.

Носителем информации на компакт-диске является рельефная подложка из поликарбоната, на которую нанесен тонкий слой отражающего свет металла (обычно алюминия). При записи матрицы компакт-диска лазерный луч прожигает в ней крохотные ямки – питы. При чтении диска в CD-ROM световой поток от лазера фокусируется с помощью оптической системы таким образом, что точка фокуса располагается на поверхности дискового носителя записи. При совмещении точки фокуса с питом, отраженный от поверхности микроуглубления световой поток за счет дифракции практически не попадает на поверхность линзы. Однако если световой поток отражается от поверхности диска, покрытого защитным слоем, он достигает линзы и, пройдя через расщепитель, попадает на фотоприемник. При этом логической единице соответствует участок отражающей поверхности, а логическому нулю – участок рассеивающей поверхности, то есть микроуглубление.

В компьютер компакт-диск пришел из техники цифровой аудиозаписи. Аудио компакт-диск, называемый AudioCD, как и грампластинка, имеет один спиральный трек, начинающийся с периферийной стороны диска. Эта спираль имела 22188 витков и длину более 5 километров. Для выравнивания продольной плотности записи диск вращается с переменной скоростью, а привод обеспечивает постоянство линейной скорости носителя, проходящего под головкой. Скорость считывания аудиоданных, требуемая для воспроизведения звука в реальном времени, соответствует информационной скорости 150 Кб/с. Диск способен хранить информацию 74 минут звучания стереофонического аудиосигнала с частотой квантования 44,1 кГц и 16-разрядными выборками. На диске диаметром 120 мм используется только одна поверхность. В таком же виде появились и первые компакт-диски для хранения данных.

Современные приводы CD-ROM достигли высоких скоростей считывания информации благодаря внедрению технологии CAV (Constant Angular Velocity – постоянная угловая скорость). В этом режиме угловая скорость диска остается постоянной, соответственно на периферийных участках диска данные считываются с большей скоростью, чем на внутренних участках. Средняя скорость считывания при этом гораздо ближе к минимальным значениям, поскольку запись на диске начинается с внутренних областей. Сегодняшние максимальные скорости дисководов CD-ROM, указываемые производителями, традиционно рассчитываются исходя из кратности по отношению к стандартной единице, равной производительности первых CD-ROM (150 Кб/с).

Самые современные дисководы имеют 58-кратную скорость считывания. Так как дальнейшее увеличение производительности за счет увеличения частоты вращения диска практически невозможно (из-за ограничений по механике), сейчас ведутся исследования в других направлениях. Например, фирма Zen Research разработала технологию TrueX, суть которой заключается в параллельном считывании данных с нескольких соседних витков дорожки. Таким образом обеспечивается практически одинаковая скорость считывания по всей поверхности диска, а производительность заметно возрастает.

Главный недостаток стандартных дисководов CD-ROM – возможность считывать, но не записывать информацию. Для этого необходимы другие устройства – дисководы CD-R или CD-RW.

Дисковод DVD

В самом начале аббревиатура DVD обозначала Digital Video Disk – цифровой видеодиск. Однако позднее консорциум DVD отказался от этой расшифровки. Произошло это потому, что стало ясно: на свет родилась не просто новая модель VideoCD, а универсальный носитель информации – как видео и аудио, так и компьютерных данных. Привод DVD тоже является мультимедийным устройством, но пока массового распространения, как CD-ROM, не получил из-за высокой цены.

Впервые слово DVD мир услышал 8 декабря 1995 года. Возвестили рождение нового стандарта крупнейшие мировые производители аудио-видео аппаратуры и носителей, объединившиеся в DVD Consortium: JVC, Hitachi, Matsushita, Mitsubishi, Philips, Pioneer, Sony, Thompson и Toshiba, а также гигант киноиндустрии Time Warner. Позднее мощный альянс раскололся – Sony и Philips заявили, что будут разрабатывать свою собственную технологию. В итоге они создали собственный стандарт PC-RW.

Впрочем, и оставшиеся члены консорциума до недавних пор не могли сойтись во взглядах на будущее DVD. Каким быть DVD-диску – односторонним однослойным или двусторонним многослойным? Словом, возникла неразбериха, которая подпортила репутацию еще не родившемуся DVD. В 1997 – начале 1998 годах между членами DVD консорциума едва не разгорелась настоящая война: каждый участник предлагал свой стандарт и доказывал, что он самый лучший. Поэтому пока что неиспользованные резервы DVD решили «заморозить», ограничившись самым простым и уже утвержденным вариантом – один слой, одна сторона.

По внешнему виду DVD не очень отличается от обычного компакт диска. Преимущество DVD – его высокая емкость. Даже в самом простом варианте (в виде одностороннего однослойного диска) емкость DVD составляет 4,7 Гб, что в восемь раз превышает объем компакт-диска. А ведь диск DVD может быть и двусторонним, многослойным. В таком виде его объем может достигнуть 17 Гб.

На одном диске можно уместить до 140 минут видео с пятью альтернативными звуковыми дорожками на разных языках и четырьмя каналами субтитров. Причем качество, обеспечиваемое DVD, оставляет далеко позади все другие виды носителей.

В настоящее время спецификация на формат DVD-ROM (только чтение) является стандартной и соблюдается всеми производителями. С помощью приводов DVD-ROM можно считывать данные с лазерных компакт-дисков форматов CD-ROM, CD-R, CD-RW, дисков DVD-ROM (односторонних, двусторонних, однослойных, многослойных), дисков видео DVD. Для воспроизведения видео высокого качества в формате MPEG-2 не требуется наличия других дополнительных устройств. Для воспроизведения звукового сопровождения качества Dolby Digital необходима поддержка этого формата со стороны звуковой каты.

Современные устройства DVD-ROM относятся уже к третьему поколению. Чтение данных осуществляется в режиме CAV (постоянной угловой скорости), кратность для дисков DVD лежит в диапазоне 2 – 6, при чтении дисков CD-ROM скорость повыше – от 10 до 24.

Отдельную группу образуют дисководы с возможностью записи на носитель – дисковод DVD-R (однократная запись), DVD-RAM и DVD+RW (оба с возможностью многократной записи).

Звуковая карта

Мультимедийный компьютер обязательно должен уметь воспроизводить качественный звук. Основным устройством для работы со звуком стали специализированные звуковые карты. Они появились на рынке около 10 лет назад.

Сама по себе звуковая карта звучать, разумеется, не может. Поэтому для того, чтобы услышать звук к ней необходимо подключить колонки. На большинстве звуковых карт  имеются два входа: линейный и для микрофона, один или два выхода: для колонок и для наушников, а также разъем для подключения внешнего MIDI-устройства или джойстика.

Устройство и принцип работы

Любая звуковая карта имеет дело с двумя основными форматами компьютерного звука: цифровой (Wave-формат) и синтезированный (MIDI). Следовательно, в ее конструкции есть два основных элемента, отвечающих за работу с этими видами звука: Цифро-аналоговый и аналогово-цифровой преобразователь (ЦАП/АЦП) и синтезатор. Разумеется, на плате располагаются и другие элементы, например, микросхема, отвечающая за обработку сжатого звука, а иногда – еще и модуль спецэффектов.

Цифровой звук можно сравнить с фотографией. Это точная цифровая копия музыки, человеческой речи и любого другого звука. Принцип воспроизведения такого звука звуковой картой похож на принцип работы магнитофона. В этом случае звуковая карта лишь переводит цифровой звук в аналоговую форму. Возможно и обратное – аналогово-цифровое преобразование. Оно происходит при записи в компьютер звука от внешнего источника.

Цифровой звук – основной стандарт компьютерного звука сегодня. Именно оцифрованный звук мы слышим, играя в компьютерные игры, слушая аудио компакт-диск или просматривая мультимедиа-энциклопедию.

Если цифровой звук можно сравнить фотографией, то синтезированный (MIDI) звук можно уподобить конструкции, собираемой из стандартных блоков. Блоки – это, проще говоря, звуки, сыгранные определенным инструментом. При воспроизведении MIDI-музыки на звуковую карту идет не цифровой звуковой поток, а команды, заставляющие ее воспроизводить какую-либо ноту определенным музыкальным инструментом. И звуковая карта конструирует из посланного ей кода какую-нибудь мелодию.

Существуют два основных метода воспроизведения MIDI-звука – с помощью частотного синтеза (FM-синтезатор) или волновой таблицы (Wavetable-синтезатор).

В FM-синтезаторе каждый инструмент описан как совокупность нескольких частотных генераторов простых частот, для каждой из которых заданы амплитуда, частота, фаза и другие параметры. Поэтому качество музыки на звуковой карте с FM-синтезатором оставляет желать лучшего. В настоящее время все крупные производители звуковых карт прекратили их выпуск.

В табличном синтезаторе используется волновая таблица. Это своего рода банк, где хранятся оцифрованные образцы звучания реальных инструментов. Поэтому музыка на табличном синтезаторе звучит более реалистично и качественно. Табличным синтезатором снабжены практически все современные звуковые карты.

Основные характеристики

Современные звуковые карты бывают 16 или 20-разрядными. Отличие этих двух типов карт в качестве воспроизводимого ими звука. 16-итные карты обеспечивают неплохое звучание и являются звуковыми картами на каждый день. 20-битная карта – выбор профессионалов.

Звуковые карты также различаются по количеству голосов, которые может одновременно воспроизводить установленный на ней синтезатор при воспроизведении MIDI-музыки. Конечно, лучше карты с большим числом голосов. Однако редко в какой MIDI-мелодии можно найти более 32 голосов, то есть партий инструментов.

Еще одной важной характеристикой является частота квантования звука. Стереозвук высокого качества должен иметь частоту не менее 44,1 кГц. Многие сегодняшние звуковые карты поддерживают даже частоту 48 кГц, хотя на практике такая частота вряд ли понадобится. 44 кГц – вполне приличная частота оцифровки и именно такая частота используется при записи аудио компакт-дисков.

Наличие полного дуплекса говорит о том, что звуковая карта может и воспроизводить и записывать звук одновременно. Этот режим особенно актуален при использовании Internet-телефонии. Полнодуплексными являются практически все карты, выпущенные после 1998 года.

В 1998 году на рынке звуковых карт произошла настоящая революция: после многолетней ориентации на старый интерфейс ISA звуковые карты плавно перешли на более скоростной интерфейс PCI. И сегодня практически все звуковые карты выпускаются именно в этом форм-факторе.

Прикладные мультимедийные приложения

К прикладным можно отнести мультимедийные приложения, с которыми непосредственно работает обычный пользователь мультимедийного компьютера. В первую очередь это компьютерные игры. Также сюда можно отнести мультимедиа-энциклопедии, видео и аудиоплееры, программы для создания и просмотра презентаций и многие другие.

Компьютерные игры

Одними из первых пользовательских мультимедийных приложений были компьютерные игры. Именно игры являются наиболее распространенным программным продуктом, использующим в полной мере все преимущества мультимедиа.

Переворотом в мире компьютерных игр стало появление так называемых 3D-игр, то есть игр, использующих трехмерную графику. В играх необходимо умело сочетать реалистичность объектов с возможностями аппаратной части компьютера, обеспечить приемлемую скорость при хорошем качестве отображения сцен на массовых видеоподсистемах, учитывать не столько реальные характеристики объектов, сколько общее впечатление от игры.

Хорошей в компьютерных играх считается средняя скорость отображения свыше 50 кадров в секунду. Однако отдельные кадры могут выпадать из этого ряда. Если при этом скорость падает ниже 25 кадров в секунду, отображение считается неудовлетворительным.

В играх, в отличии от профессиональных программ создания трехмерных сцен, где используются криволинейные тела, построенные с помощью кривых Безье и сплайнов, все трехмерные объекты строятся на основе полигонов, то есть многоугольников. Считается, что чем больше число таких элементов в трехмерной сцене, тем реалистичнее она выглядит.

Существует правило, согласно которому при среднем числе около 10000 полигонов в сцене обеспечивается приемлемое качество изображения, 50000 полигонов позволяют обеспечить качество, близкое к бытовому видео, свыше 100000 полигонов в сцене позволяет приблизится к фотореализму. Сегодняшний день в мире лучших компьютерных трехмерных игр – это в среднем 15000 – 20000 полигонов в сцене, которые современный 3D-ускоритель способен отображать со скоростью 30 и более кадров в секунду. В ближайшие два года ожидаются игры, использующие до 40000 – 50000 полигонов в сцене. Нет сомнения, что в ближайшем будущем произойдет и переход к стадии фотореализма.

Все выше сказанное смогло воплотиться в реальность только с появлением мощных 3D-акселераторов.

Вообще же в мире выпущено столько игр (и трехмерных и двумерных), что все их пересчитать просто не возможно.

Другие мультимедийные программы

Образовательные мультимедийные приложения завоевали сегодня очень большую популярность среди программных продуктов для домашнего компьютера. Оно и понятно – на занимательную учебу всегда спрос. Особой популярностью пользуются обучающие программы иностранного языка, хотя трудно представить, что кто-то смог хорошо выучить язык, используя их. Также большой спрос имеют программы подготовки к поступлению в ВУЗы.

Энциклопедии, справочнике – вот программы, на которые стоит обратить внимание в первую очередь. Именно они сделают компьютер полезным для всей семьи. Технология мультимедиа наделила их поистине бесценными возможностями. Например, на одном или на нескольких компакт-дисках может разместиться мультимедиа-инциклопедия какой-нибудь эстрадной группы. Там могут быть представлены и аудиозаписи, и тексты песен и фотографии, и фрагменты видеозаписей концертов и многое другое.

К отдельной категории можно отнести программы для воспроизведения и просмотра мультимедийной информации: различные плееры и вьюверы.

Заключение

И так, что же такое «мультимедийный компьютер»?

Прежде всего, это компьютер, предназначенный в первую очередь для дома, обучения и развлечений. Ведь ставить в офис мультимедийный компьютер будет неоправданно дорого. Для работы с офисными приложениями, такими как текстовый или табличный редактор, база данных и т.д. вовсе необязательно иметь звуковую карту или мощный 3D-ускоритель.

Во-вторых, мультимедийный компьютер должен иметь следующие основные мультимедийные устройства:

·         Видеокарта с 3D-ускорителем, устанавливаемая в слот AGP, желательно с телевизионным тюнером и аппаратным кодеком MPEG, для декодирования VideoCD и DVD. Обязательна поддержка библиотеки Direct3D. Частота RAMDAC должна быть не ниже 170 МГц и глубина цвета не менее 8 бит на каждый канал.

·         Дисковод для компакт-дисков CD-ROM, читающий диски CD-ROM, CD-R и CD-RW.

·         Желательно наличие привода DVD. Сейчас дисковод DVD имеется не на многих компьютерах из-за его высокой цены. Однако, как многие утверждают, DVD – дисковод, который в будущем должен заменить  CD-ROM. Уже сейчас ему найдено применение. Например, полная версия мультимедиа-энциклопедии Кирилла и Мефодия распространяется на DVD. В основном же на DVD сейчас распространяются фильмы.

·         16-битная звуковая карта с частотой квантования не менее 44 кГц в форм-факторе PCI. На звуковой карте должен быть установлен табличный синтезатор. Звуковая карта должна поддерживать полный дуплекс.

В-третьих, на компьютере должна быть установлена операционная система, поддерживающая и обеспечивающая работу всех мультимедийных устройств, включая их специфические функции. Следует отметить, что наиболее подходящей операционной системой для мультимедийного компьютера является Windows 98 или Windows ME. Она позволяет наилучшим образом использовать возможности компьютера и в частности его мультимедийных компонентов.

Таким образом, мультимедийный компьютер – это компьютер, обеспечивающий полнофункциональную работу мультимедийных программ, то есть имеющий возможность воспроизводить различные звуки, музыку и видеоданные, просматривать графические изображения.

Приложение

Рекомендации относительно состава компьютерных систем спецификации PC99

Класс системы : Entertainment PC
Конфигурация	Минимальная	Рекомендуемая
Требования к системе	Процессор 300 МГц, кэш 128 Кб, ОЗУ 64 Мб	Не определены
Системные шины	Два порта USB. Отсутствие шины ISA.	Три порта с интерфейсом IEEE1394. Отсеки для других устройств.
Устройства ввода-вывода	Клавиатура, мышь, порты: последовательный и параллельный.	Использование интерфейсов USB и IrDA
Графическая система	Интерфейс AGP. Аппаратное ускорение 3D-графики	Монитор не менее 19”. Телевизионный выход. Прием цифрового вещания. Аналоговый видеовыход, захват видеокадров
Аудиоустройства	Звуковая карта USB или PCI	Цифровая обработка и синтез звука
Хранение данных	Накопитель на жестких дисках, CD-ROM или дисковод DVD	Хост-контроллер IEEE1394 для внешних устройств

Системные требования для компьютерных систем спецификации PC2001

Класс системы: PC System
Процессор	Тактовая частота 667 МГц
Кэш	128 Кб
ОЗУ	64 Мб, 128 Мб для компьютеров на базе ОС Windows 2000
Управление питанием	Поддержка ACPI 1.0b
Системные шины	USB обязательно. Шины PCI  и SCSI необязательно. Отсутствие шины ISA
Порты	2 порта USB, доступных для пользователя
Устройства ввода-вывода	Порт USB заменяет устаревшие параллельный и последовательный порты как доминирующий разъем. Если возможно, устаревшим портам строго придерживаться требований PC 2001. Система должна поддерживать отдельный, физически изолированный трансивер для каждого инфракрасного (IR) протокола
Графическая подсистема	Интерфейс AGP. Аппаратное ускорение 3D-графики. Минимальное разрешение экрана 1024х768. Обязательна способность воспроизведения видео. DVI, аналоговый видеовход и захват видео, если возможно
Аудиоустройства	Звуковая карта USB или PCI
Хранение данных	Накопитель на жестких дисках, CD-ROM или дисковод DVD

Список литературы

1.        Борзенко А.Е., Федоров А.Г. «Мультимедиа для всех» – М.: КомпьютерПресс, 1996

2.        Гук М. «Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия» – СПб.: Питер, 2001

3.        Дьяконов В.П. «Популярная энциклопедия мультимедиа» – М.: ABF, 1996

4.        Журнал «КомпьютерПресс» № 12’2000 – М.: КомпьютерПресс, 2000

5.        Колаич Н.И. «Ремонт CD-проигрывателей: принципы работы, типичные неисправности» – М.: Радиотон, 1998

6.        Леонтьев В. «Персональный компьютер. Универсальный справочник пользователя 2000» – М.: Олма-пресс, 1999

7.        Мураховский В.И., Евсеев Г.А. «Железо персонального компьютера. Практическое руководство» – М.: ДЕСС КОМ, 2001