Энциклопедия Upgrade

Борис Леонтьев

ЭНЦИКЛОПЕДИЯ UPGRADE 2004 Издание четвертое, дополненное и исправленное

Москва

NEW

PUBLISHING

HOUSE

ЗАО «Новый издательский дом» 2004

УДК004.056 ББК 32.973.202 Л47

Леонтьев Б. К.

Л47

Энциклопедия Upgrade. - М: «Новый издательский дом» («New Publishing House»), — 4-е издание — 2004. — 624 с. ISBN 5-88548-127-Х

Издание посвящено модернизации аппаратных компонентов, использующихся в современных персональных компьютерах. В этой книге последовательно описана модернизация практически всех компонентов компьютера: установка дополнительной оперативной памяти, новых жестких дисков, процессора, дисководов, звуковых плат, модемов, видеоплат и многое другое. Рассмотрены внутренние и внешние компоненты, специализированные интерфейсы периферийных устройств, устройств хранения данных, электронной памяти, шины расширения, аудио- и видеоинтерфейсы, беспроводные интерфейсы, коммуникационное оборудование, а также особенности замены отдельных компонентов и оценена степень сложности такого рода замен. Цель книги — предоставление читателю понятного и в то же время профессионального пособия по выполнению наиболее типичных процедур, которые происходят при модернизации ПК. Книга, в первую очередь, адресована широкому кругу специалистов, связанных с ремонтом ПК, разработчикам аппаратных средств компьютеризированной аппаратуры и их программной поддержки, а также широкому кругу пользователей, которые решили провести модернизацию домашнего компьютера. УДК 004.056 ББК 32.973.202 Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельца авторских прав. Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но, поскольку вероятность технических ошибок все равно остается, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых сведений. В связи с этим издательство не несет ответственности за возможный ущерб любого вида, связанный с применением содержащихся здесь сведений. Все торговые знаки, упомянутые в настоящем издании, зарегистрированы. Случайное неправильное использование или пропуск торгового знака или названия его законного владельца не должно рассматриваться как нарушение прав собственности.

ISBN 5-88548-127-Х

©ЛеонтьевБ. К., 2004 © ЗАО «Новый издательский дом», 2004

Введение в Upgrade-компьютеризацию

Введение в Upgrade-компьютеризацию Сегодня провести модернизацию персонального компьютера своими руками может каждый, но главная задача — сделать это эффективно, с наименьшими затратами и наибольшей отдачей. Несмотря на то, что сегодня свободно возможно приобрести современный ПК, число пользователей, бесконечно совершенствующих свои компьютеры, не уменьшается. На страницах этой книги вы найдете систематизированное описание «железной» части семейства самых распространенных персональных компьютеров. Книга дает знания как по отдельным электронным подсистемам (память, процессоры, диски), так и по их соединению в единое целое — знаменитый персональный компьютер со всеми его достоинствами и недостатками. Аппаратные средства рассматриваются во взаимодействии с программным обеспечением, что дает целостную картину функционирования компьютера. Большое внимание в книге уделено различным интерфейсам — а именно с ними имеет дело разработчик аппаратных и программных средств. Приводятся сведения по установке и конфигурированию аппаратных средств, не оставляются в стороне и практические вопросы диагностики, а также проблемы электробезопасности. Книга написана с позиций пользователя ПК, имеющего практический опыт разработки и подключения различных устройств. Для неподготовленных читателей даются основы компьютерной техники и некоторые другие сведения, необходимые для понимания материала, что позволяет рекомендовать книгу самому широкому кругу читателей. Эта книга поможет вам справиться со многими проблемами, возникающими при ремонте и модернизации ПК. Здесь подробно описывается каждый компонент PC-совместимого компьютера — от процессора до клавиатуры и монитора, вы узнаете об использовании программного обеспечения, в том числе о взаимодействии операционной системы с аппаратными средствами при запуске компьютера; а также научитесь диагностировать аппаратную часть. Вы откроете для себя возможности новых высокопроизводительных моделей и познакомитесь с наиболее эффективными способами их использования; узнаете, какое аппаратное и программное обеспечение представлено сегодня на рынке, как на его основе составить оптимальную конфигурацию, затратив минимум времени и денег. Книга предназначена для пользователей, которые собираются модернизировать, ремонтировать, поддерживать и устранять неисправности в персональных компьютерах. В этой книге также рассматриваются практически все существующие аппаратные части и компоненты. Весьма ценными являются сведения о новых компонентах, таких как дисководы и диски DVD, дисководы сменных магнитных дисков.

Введение в Upgrade-компьютеризацию Модернизация (или совершенствование — словом, то, что в английском языке обозначается словом upgrade) — такое же американское явление, какяблочный пирог и любовь к антикварным автомобилям. В действительности, модернизация всего и вся (пока только в мире компьютеров), которую возможно наблюдать сегодня, скорее всего, является производной от ажиотажа вокруг старых автомобилей, имевшего место в 50-х годах. В те времена развернулось ни с чем не сравнимое соперничество в стремлении внести в свой автомобиль усовершенствования, максимально улучшающие его характеристики. Несмотря на то что сегодня свободно возможно приобрести современный ПК, число пользователей компьютеров, не «вылезающих из под капота» своих машин, не уменьшается. Относите ли вы себя к вышеупомянутым фанатам, или вы новоиспеченный пользователь компьютера, вам теперь вовсе необязательно быть «вне игры», ожидая, пока появится возможность приобрести новый ПК, обеспечивающий нужное быстродействие. Хотите ли вы просто увеличить объем памяти, или перед вами стоит задача выполнить кардинальную модернизацию, включая замену материнской платы, микропроцессора и дисководов, теперь вы сможете приобрести знания, необходимые, чтобы чувствовать себя уверенно «под капотом» своего компьютера.

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора Глава 1: Flash BIOS Модернизация Flash BIOS Настоящий компьютерщик рожден для того, чтобы экспериментировать. Хотя есть еще две категории людей, которые пусть и называют себя настоящими компьютерщиками, но на самом деле они более консервативны. Первые — многочисленная армия пользователей (не экспериментаторы, так как не знакомы что к чему, как и зачем работает), вторые — профессионалы, для ГТК — ни больше, ни меньше, а просто инструмент (что-то вроде кисти у художника: если пришла в негодность, покупается новая). В один прекрасный день в «жизни» любого компьютера может наступить важный переломный момент. Это происходит тогда, когда раздосадованный недостаточно высокой производительностью аппаратных средств пользователь берется за модернизацию или upgrade. Проведение подобных реконструкций не всегда лучшим образом сказывается на содержимом кошелька. С модернизацией спешить никогда не нужно. Главное — своевременность. И вот вам наглядный пример. Стоило только появиться материнским платам для процессора Pentium II, производители тотчас же попытались «похоронить» самый ходовой форм-фактор Baby AT. Платы для процессоров, использующих Slot l, производились только для корпусов АТХ. Ситуация сложилась не из приятных: если хочешь использовать Pentium IT — покупай новый корпус для системного блока. Однако, учитывая все удобства, предоставляемые АТХ, следует заметить, что корпус АТХ занимает больше места на рабочем столе. Для дома и небольших офисов этот вариант модернизации был неприемлем. Многие уже просто привыкли к компактности Baby AT, да и менять корпус ради Pentium II и новой материнской платы накладно. Попытки широкого распространения нового форм-фактора Micro ATX провалились, ибо, как и в случае с АТХ, этот форм-фактор материнской платы требует приобретения нового корпуса. Опять встает вопрос — куда деть старый? Пользователи стали ждать появления на свет материнских плат для Pentium II в форм-факторе Baby AT. С такой платой не придется заменять корпус системного блока, что позволит сэкономить дополнительные у.е., которые возможно пустить на приобретение более мощного процессора. Сложно сказать, кто же из производителей первым выпустил материнскую плату для Pentium (I в форм-факторе Baby AT. Ясно одно, что эта разновидность плат предназначена по большей части для модернизации старых ПК, нежели для создания новых, но более компактных, чем собранных на базе АТХ.

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора Зачастую источник «глюков» при совместной работе нескольких современных компьютерных устройств — материнская плата или ее чипсет. С последним вопрос решается так же, как и с видеокартами. Установив последние версии драйверов для операционной системы, которую вы используете, возможно обойти беспокоившие вас проблемы. На самом же деле не все так просто, как хочется. Ошибки могут таиться и в BlOS'e материнской платы. Тогда уж никак не обойтись без перезаписи (перепрошивки) содержимого Flash BIOS. BIOS (Basic Input/Output Sysiem) — это базовая система ввода/вывода: своеобразная микропрограмма, предназначенная для обеспечения совместной работы системных устройств ПК. BIOS также является «посредником» между операционной системой и аппаратными ресурсами. Приставка Flash означает возможность многократной перезаписи для update. Во все современные материнские платы устанавливается Flash BIOS. Глупо было бы использовать устаревшую версию BIOS, когда производители уже сами позаботились об исправлении собственных ошибок и выпустили новую версию. Конечно, все самые свежие прошивки (небольшие файлы с расширением .bin) выкладываются производителями материнских плат на свои http- и ftp-серверы. Пользователи сети могут зарегистрировать официально свой продукт или просто подписаться на почтовую рассылку новостей компаний. Затем им будет периодически высылаться информация об обновлении версий драйверов и BIOS'ов. Файлы с прошивками занимают в архивированном виде немного дискового пространства, так что «вытянуть» их не составит труда даже с сервера, не поддерживающего «докачку». А как быть всем тем, кто не может воспользоваться Internet? Выход один — обратиться к продавцу. Большинство фирм, постоянно занимающихся продажей компьютерных комплектующих, подключены к Internet или имеют ограниченный, но все же хоть какой-то доступ к WWW. Обеспечить вас новыми версиями BIOS — это не просто их обязанность, а необходимость. Ведь если у вас не будет корректно работать, к примеру, свежекупленный привод CD-ROM, то вы, сообразив в чем дело, непременно придете к продавцу материнской платы за разъяснениями. К сожалению, не всем везет с добросовестными продавцами. Все же не ленитесь и попробуйте. Кроме самой прошивки, вам также понадобится программа (ехе-файл), непосредственно выполняющая перезапись. Обычно она находится на дискетке или компакт-диске, входящем в комплект поставки материнской платы, и описывается в руководстве пользователя. Не рекомендуется пользоваться утилитами, перезаписывающими BIOS от других плат. Они если даже и будут переписывать содержимое BIOS, то нет никаких гарантий, что все произойдет корректно.

Перезапись Flash BIOS Процесс перезаписи Flash BIOS по своей сути похож на процесс инсталляции драйверов. Основное отличие в том, что все операции с Flash BIOS производятся в чистом DOS'e, то есть без размещения в оперативной памяти всевозможных драйверов и программ. Перед перезаписью Flash BIOS прежде всего следует отключить в BIOS Setup кэширование System BIOS и Video BIOS (установить опции System BIOS Chacheable и Video BIOS Chacheable в положение Disabled). Затем во время загруз-

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора ки операционной системы нажмите F8, а в появившемся меню выберите пункт «Safe mode command prompt only». Далее следует «ручками» или каким-нибудь простым файловым менеджером типа Norton Commander, DOS Navigator или FAR добраться до каталога с прошивкой и утилитой перезаписывающей Flash BIOS. Например, для Award BIOS эта утилита может называться awdflash.exe, а для AMI — amiflash.exe. Почему «может»? Некоторые производители материнских плат создают собственные версии перешивающих утилит, которые учитывают дополнительные тонкости настройки определенной модели материнской платы. Название может быть любым. Главное, — использовать утилиту, предназначенную именно для вашей материнской платы. Перед записью новой версии BIOS вам будет предложено сохранить текущую версию. Соглашайтесь. Иногда свежезаписанный BIOS работает неверно или просто не так, как вы ожидали. Встречается такое достаточно редко, но все же...

Восстановление Flash BIOS Вы, наверное, не раз слышали рассказы о безнадежно испорченных вирусами или «кривыми руками» BIOS. Паникуют в таких случаях либо авторы антивирусов, потому как хотят прославить свой чудный программный продукт, либо люди, не знающие то, что неверно записанный или испорченный вирусом BIOS возможно восстановить. Простейший метод подходит для Award BIOS с так называемым Bootblock Flash Support. Эта уникальная возможность некоторых плат позволяет при выходе из строя Flash BIOS загружаться с дисковода и отображать видео на 15А'шную видеокарточку. С PCI, AGP, а также жестким диском этот «фокус» не пройдет, потому что для них нужен корректно работающий BIOS. Итак, извлеките PCI- или AGP-видеокарту, вставьте в один из свободных ISA-слотов 18А'шную. Приготовьте загрузочную дискетку с записанной на нее утилитой для перезаписи и правильной прошивкой. Загрузитесь с нее и перезапишите BIOS. После перезагрузки BIOS начнет правильно функционировать. Компания Intel для обеспечения аварийного восстановления Flash BIOS на своих материнских платах продвинулась еще дальше. Для того, чтобы восстановить неисправный BIOS на «интеловской» материнской плате, нет нужды искать у кого-нибудь спасительную видеокарту под шину ISA. Достаточно лишь переключить джампер Flash Recovery в положение Recovery Mode, вставить в дисковод специальную загрузочную дискету, которой комплектуется материнская плата, и включить компьютер. Программа восстановления BIOS самостоятельно перезапишет правильную версию. Вам останется только, подождав пару минут, выключить компьютер и вернуть джампер в исходное положение. Самая кропотливая работа по восстановлению BIOS предстоит всем владельцам материнских плат без поддержки аварийного Bootblock. Им никак не обойтись без другой (исправной) материнской платы, поддерживаю шей ту же разновидность микросхемы Flash BIOS. Описанные ниже операции требуют определенной сноровки и ловкости, так что, если вы будете производить их в первый раз, будьте предельно внимательны, чтобы случайно не повредить выводы микросхемы ПЗУ.

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора Выключите компьютер с исправным BIOS. Аккуратно двумя загнутыми скрепками, поддев микросхему со сторон безвыводных краев, достаньте микросхему ПЗУ и обвяжите ее кольцами суровой нити.

Это самодельное крепление будет использоваться для извлечения микросхемы. Вставьте обвязанную микросхему в разъем, но не зажимайте ее до упора. Достаточно того, чтобы выводы только касались контактов разъема. Включите компьютер и, загрузившись в чистом DOS'e, потяните за нитки. Микросхема должна легко извлечься наружу. Заметьте, компьютер при этом остается работоспособным. Теперь обмотайте тем же образом неисправную микросхему и вставьте на освободившееся место. Загрузите программу перезаписи BIOS от материнской платы, на которой производится восстановление. Используйте ту прошивку, которую вы сохраняли при перезаписи, или прошивку с инсталляционной дискеты (компакт-диска). Далее перезаписываете BIOS как и в случае простого обновления старой версии. Вот только сохранять неисправную версию необязательно. Как только процесс перепрошивки будет успешно завершен, выключите компьютер и извлеките микросхему с исправленным BIOS. Теперь ее возможно вставить в разъем пострадавшей материнской платы и произвести первую загрузку «потерпевшей крушение», но успешно восстановленной Flash BIOS. Для восстановления запорченных микросхем BIOS также возможно использовать программатор, «понимающий» вашу разновидность ПЗУ. В случае, если есть такая возможность, используйте ее. Этот метод лучше, чем экспериментирование с чужой материнской платой.

Глава 2: Процессор персонального компьютера Устройство управления сопроцессора и процессора обращается за всеми командами одновременно, подобно тому как каждый байт команды проходит одновременно. Одновременная выборка позволяет сопроцессору все время знать, что делает процессор. Это необходимо для исключения возможности неподготовленного запуска команды сопроцессора. Команды сопроцессора смешиваются с командами процессора в общем потоке данных. Математический сопроцессор позволяет компьютеру выполнять с высокой скоростью арифметику, логарифмические функции и тригонометрические операции с высокой точностью. Сопроцессор работает параллельно с процессором. Параллельная работа уменьшает время обработки, позволяя математическому сопроцессору производить математические вычисления в то время, как процессор продолжает выполнять другие функции.

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора Первые пять битов каждого командного кода для сопроцессора являются одинаковыми (двоичные 11011). Когда процессор и сопроцессор встречают такой код команды, то процессор вычисляет адреса всех переменных в памяти, в то время, как сопроцессор проверяет команду. После этого сопроцессор, если это необходимо, получает адрес памяти от процессора. Для доступа к памяти сопроцессор захватывает локальную магистраль у процессора по окончанию выполнения им текущей операции. Когда сопроцессор оканчивает обмен данными с памятью, он возвращает управление локальной магистралью процессору. Математический сопроцессор работает с несколькими типами числовых данных, разделяя их на три перечисленных ниже класса: •

двоичные целые (три типа),

•

вещественные числа (три типа).

десятичные целые (один тип). Сопроцессор использует те же тактовый генератор и интерфейсные компоненты системной магистрали, что и процессор. Сопроцессор непосредственно связан с процессором. Когда сопроцессору приходит неверная инструкция (например, деление на ноль или загрузка полного регистра), сопроцессор может сигнализировать процессору об этом через прерывание.

Intel Pentium — самые первые процессоры этого семейства появились в далеком марте 1993-го, тогда Intel, чтобы не повторить ошибки с i486 (суд отклонил иск Intel к AMD по поводу названия) решила дать своему детишу имя. которое впоследствии стало нарицательным. Первое поколение Pentium носило кодовое имя Р5 он же 80501, напряжение питания 5 вольт расположение выводов матрица и выпускалось на тактовых частотах 60 и 66 МГц по 0.80-микронной технологии, правда стоит отметить, что частота шины у этих процессоров была равна частоте ядра. Выпускались они исключительно под Socket 4. Следующим шагом в развитии этого семейства стал Р54 он же 80502, напряжение питания 3.3 вольта, расположение выводов — шахматная матрица. Появился ровно через год после Р5. При его изготовлении использовался уже 0.50, а затем и 0.35-микронный технологический процесс. Тактовая частота была в пределах 75-200 МГц, а шина 50-66 МГц. Объем кэш памяти первого уровня 16Кб, причем впервые был применен раздельный кэш — 8 Кбайт на данные и 8 Кбайт на инструкции. Форм-фактор — Socket 5. Архитектура IA32, набор команд не менялся со времен 1386. Pentium w/MMX technology — следующим шагом ста! выпуск Р55, процессора в котором впервые был реализован новый набор из 57 команд ММХ. С развитием технологии процессоры стали выпускаться по 0.35 мкм технологии. Изменилось напряжение питания, уменьшилось до 2.8 вольта. Соответственно потребовались изменения в конструктивах системных плат — требовалась установка дополнительного стабилизатора напряжения. Объем кэш памяти первого уровня был увеличен в два раза — 32 Кб. Тактовая частота 166-233 МГц, а шины исключительно 66 МГц. Рассчитан на Socket 7. На этом развитие линейки Pentium для настольных компьютеров было прекращено.

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора Tillamook — процессор, изначал ьно создавшийся для применения в ноутбуках; благодаря усовершенствованному 0.25-микронному процессу, удалось одновременно поднять тактовую частоту вплоть до 266 МГц, а также снизить напряжение ядра и мощность. Таким образом, мобильные компьютеры встали в один ряд с настольными. Он является продолжением линейки Pentium и включает 32 Кб L1 кэша и набор ММХ. Выпускался на тактовых частотах от 133 до 266+ МГц с частотой шины 60-66 МГц. Тип упаковки: TCP и ММС (хотя существуют переходники для установки Tilamook в гнездо Super?). Pentium Pro — первый процессор шестого поколения. Довольно революционный для своего времени. В нем впервые Intel решилась применить кэш память второго уровня, объединенную в одном корпусе с ядром и оперирующую на частоте процессора. Имел очень высокую себестоимость изготовления, которая так практически и не снизилась за все время его существования с 1 ноября 1995 года. Выпускался как по 0.50, так и по 0.35-микронной технологии, 0.35 мкм позволили увеличить объем кэша. Кэш второго уровня имел объем 256, 512, 1024 и 2048 Кб. Тактовая частота от 150 до 200М Гц. Частота системной шины 60-66 МГц. Кэш первого уровня объемом 16Кб. Выпускался исключительно для Socket 8. Pentium Pro поддерживал все инструкции процессора Pentium (естественно, не ММХ), а также ряд новых по сравнению с Pentium инструкций (cmov, fcomi). Введена двойная независимая шина. В дальнейшем все их унаследовал Pentium II (в свое время, задолго до своего выпуска. Klamath представлялся просто как Pentium Pro с добавлением ММХ и улучшенной работой с 16-бит приложениями). Значительно опередил свое время. Pentium II/III — семейство Р6/бх86. Объединяет общим именем процессоры, предназначенные для разных сегментов рынка. Pentium II (Klamath, Deschutes, Katmai) для массового рынка ПК среднего уровня, Celeron (Covington, Mendocino, Dixon) — для недорогих low-end компьютеров, Xeon (Xeon, Tanner, Cascades) для высокопроизводительных серверов и рабочих станций. Имеет модификации для Slot I, Slot 2, Socket 370, а также варианты в мобильном исполнении. Ниже мы рассмотрим каждое семейство в отдельности. Klamath —самый первый процессор линейки Pentium II. Изготавливался по уже устаревшей 0.35-микронной технологии, а потому диапазон тактовых частот всего 233-300 МГц. Частота системной шины — 66МГц, кэш память второго уровня — 512 Кб, которая размещена на процессорной плате и работает на половине частоты процессора. Ранние модели выпускались как с 256 Кбайт, так и с 512 Кбайт кэша L2. Кэш первого уровня 32 Кб. Дополнен ММХ блоком. Питание 2.8 В. Это также первый процессор для Slot I (картридж — SECC). Deschutes — дальнейшее развитие линейки Pentium II, усовершенствованная технология изготовления 0.25 микрон, питание — 2.0 В. Соответственно, удалось поднять тактовую частоту 266-450+ МГц, частота системной шины 66-100 МГц, кэш память второго уровня 512 Кб размещена на процессорной плате, вышел 26 января 1998, Slot 1. Кэш первого уровня 32 Кб. Последнее ядро, официально применявшееся в процессорах Pentium II. Хотя последние модели Pentium II 350-450 шли с ядром, уже больше напоминавшим Katmai — только, естественно, с обрезанным SSE. Да и картридж тогда уже стал SECC2 (кэш с одной стороны от ядра (а не с двух, как в стандартном Deschutes, измененное крепление кулера.).

10

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора Tonga — очень интересный процессор. Дело в том, что Intel никогда не афишировала тот факт, что Mobile Pentium I I , построенный на 0.25 микронном ядре Deschutes будет называться именно Tonga. Правда, особо удивляться тут нечему, это ведь всего л и ш ь codename, а на рынок процессоры выходят совсем под другими именами. Тактовая частота в диапазоне 233-300+ МГц, шина — стандартные 66 МГц. Выпускается как Mini Cartridge Connector и Mobile Module Connector I и 2(MMC-1 и 2). Katmai — Прямой наследник Deschutes. Изменения — добавился блок SSE (Streaming SIMD Extensions), слегка расширен набор команд ММХ, усовершенствован механизм потокового доступа к памяти. Техпроцесс 0.25 мкм, тактовая частота 450-600 МГц МГц, кэш память второго уровня 512 Кб размещена на процессорной плате Частота шины 100 МГц, но в сентябре 1999, в связи с задержкой Coppermine, вышли 533 и 600 МГц модели, рассчитанные на частоту системной шины 133 МГц. Celeron — революционный в некотором смысле процессор, Intel наконецто обратила внимание на массовый рынок недорогих компьютеров. В общем, это целое семейство недорогих процессоров как с кэшем второго уровня, так и без оного. В данный момент выпускаются следующие его представители Covington, Mendocino, Dixon. Выпускается в вариантах для Socket 370, Slot 1. Covington — первый процессор линейки Celeron. Построен на ядре Deschutes и выпускался по 0.25-микронной технологии. Тактовая частота 266-300 МГц, частота системной шины 66 МГц, кэш L1 — 32 Кбайт (по 16 Кбайт для данных и инструкций), кэш L2 отсутствует. Для уменьшения себестоимости выпускался без кэш памяти второго уровня и защитного картриджа. Питание — 2.0 В. Физический интерфейс — облегченный Slot I (SEPP — Single Edge Pin Package). Mendocino — является развитием линейки Celeron. В отличие от своего предшественника имеет кэш память второго уровня объемом 128 Кб, интегрированную на одном кристалле с ядром. Тактовая частота — 300-533 МГц, используемая частота системной шины — 66 МГц. Технологический процесс — 0.25 мкм. для Socket-370 моделей — 0.22 мкм, чем объясняется их лучшая разгоняемость. Благодаря тому, что кэш оперирует на частоте процессора, имеет весьма неплохую производительность. Питание — 2.0 В. Первоначальный форм-фактор— Slot1, некоторое время параллельно существовали Slot-1 (ЗООА — 433 МГц) и Socket 370 (ЗООА — 533 МГц) варианты, сегодня первый плавно вытесняется в пользу последнего. Dixon — следующий пункт в истории Celeron. Недорогой процессор в первую очередь ориентированный на применение в ноутбуках. Изготавливается по 0.25 микронной технологии. Объем кэш памяти первого уровня — 32 Кб. Как и в Mendocino, кэш второго уровня расположен на чипе, однако его объем увеличен до 256 КБ. Тактовая частота — от 300 МГц (Celeron 3090A) и до 500 МГц, частота системной шины — 66 МГц. Официальная классификация — мобильный Pentium II. Coppermine — Pentium III, сделанный на базе 0.18 мкм техпроцесса, с интегрированными на чип 256 Кбайт кэша L2. Скорость — от 533 МГц и выше. Наряду с FSB133 версиями продаются и FSB100 варианты (например, 667/650 МГц). Скорость — 1 ГГц. Форм-фактор — Slot-1. Последний Slot-1 процессор.

1I

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора Coppermine (FC-PGA 370) — более дешевый вариант Coppermine в формфакторе FlipChip PGA 370, рассчитанный на использование с Socket-370 материнскими платами (хотя с форм-фактором PPGA, используемом Celeron Socket-370 эти процессоры не совместимы) и частоту системной шины 100 МГц. FC-PGA Coppermine ниже 600 МГц официально не поддерживают режим мультипроцессорности — SMP. Тактовая частота начинается с 500 МГц, дальнейшее увеличение скорости происходит в рамках осей линейки Coppermine до 1.13 ГГц. Питание - 1.65 В. Существует совместно со Slotl вариантом процессора, потом предполагается вытеснение Slotl. Coppermine 128K — новый этап развития линейки Celeron. Начиная со скорости 566 МГц, Celeron обзавелся новым процессорным ядром — Coppermine с урезанным до 128 Кбайт кэшем L2. Соответственно, по своим характеристикам процессор максимально близок к Pentium III, построенным на базе Coppermine, в том числе впервые для Celeron включает поддержку SSE. Ожидается рост до 900 МГц и выше, переход на 0.13 мкм и частоту системной шины 100 МГц. Tualatin — Socket-370 Pentium I I I , сделанный по 0.13 мкм техпроцессу. Последний Pentium III. Тактовая частота — 1.26 ГГц, системная шина — 333 МГц. данных о других вариантах процессора на сегодня нет. Timna — Coppermine 12SК с интегрированным на чипе графическим ядром и контроллером SDRAM. To есть, фактически, уже больше чипсет, нежели процессор. Нацелен на сверхдешевые PC и телеприставки. Отменен, в связи с проблемами в МТН и общей ситуацией на рынке. Хеоп — спустя несколько лет Intel решилась на выпуск замены Pentium Pro. Как и в его предшественнике, кэш память второго уровня здесь оперирует на частоте процессора. Правда, если в РРго кэш и ядро были объединены одним корпусом, то в Хеоп одним картриджем. Это первый процессор для Slot 2, и предназначен в первую очередь для мощных серверов и рабочих станций. Способен работать в мультипроцессорных конфигурациях. Построен на ядре Deschutes и выпускается, как и собственный кэш, по 0.25 микронной технологии. Кстати сам кэш имеет объем 512, 1024, 2048Кб. что во многом определяет высокую стоимость и тепловыделение. Tanner — Pentium III Хеоп, то есть, от Хеоп отличается, примерно также, как Katmai от Deschutes. Предназначен, в первую очередь, для hi-end серверов. Тактовая частота от 500 МГц, частота системной шины 100 МГц, как и положено всем Хеоп'ам CSRAM-кэш второго уровня, работающий на частоте процессора. объемом 512, 1024 и 2048 Кб. Естественно ММХ и SSE, кэш первого уровня все тот же — 32 Кб. Cascades — Pentium III Хеоп на базе 0.18 мкм технологического процесса. Фактически, серверный вариант Coppermine. На чипе содержится кэш L2 256 Кбайт, тактовая частота от 600 МГц, частота системной шины — 133 МГц. Первые варианты работают только в двухпроцессорных конфигурациях и только на частоте системной шины 133 МГц. В конце 2000 года все же обзавелся 2 Мбайт кэша L2 на чипе. Финальная тактовая частота — 900 МГц для полноценной версии, 1 ГГц — для версии с 256 Кбайт L2. Форм-фактор — Slot-2 Willamette aka Pentium 4 — следующий после Coppermine принципиально новый IA-32 процессор Intel для обычных PC. Использует новую системную ши-

12

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора ну вместо старой GTL+ — Quad Pumped 100 МГц, с результирующей частотой 400 МГц. Кэш L1 — 8 Кбайт, L2 — 256 Кбайт, предпринят ряд шагов, направленных на увеличение производительности: добавленные исполнительные модули, декодеры, увеличенный объем буферов. Введен новый набор инструкций — SSE2, на который Intel делает большую ставку в плане увеличения производительности нового процессора. Вышел с тактовой частотой 1.4-1.5 ГГи. В течение 2001 дорос дорасти до 1.7 ГГц, после чего уступил свое место Northwood. Форм-фактор Socket-423. Northwood — 0.13 мкм вариант Pentium 4. Одновременно происходит переход на новый форм-фактор, Socket-478. Именно этот процессор стал основным в ассортименте Intel на долгое время, сменив на этом посту линейку Katmai/Coppermine. Исходная тактовая частота — 2 ГГц. Foster — серверный вариант Willamette. Частота системной шины — 400 МГц, Как и в случае с Cascades, объем кэша L2 остался тем же, что у базовой версии — Willamette. Тактовая частота — от 1.7 ГГц. Предполагаемый срок выхода — начало 2001 года. Предполагаемый форм-фактор — Socket-603. Prestonia — новый 0.13 мкм 1А-32 серверный процессор Intel, продолжение л и н е й к и Хеоп. По отношению к Foster является тем же самым, чем является Northwood по отношению к Willamette. Merced или Itanium — первый процессор архитектуры IA-64, аппаратно совместим с архитектурой 1А-32, включает трехуровневую кэш память 2-4 Мбайт, включая память LO. Производительность примерно в три раза выше чем у Tanner. Технология изготовления 0.18 микрон, тактовая частота начиная с 800 МГц, частота системной шины — 266 МГц. Превосходит Pentium Pro по операциям FPU в 20 раз. Физический интерфейс: Slot М. По умолчанию: ММХ, SSE. Itanium — торговая марка, под которой будет продаваться процессор с кодовым названием Merced. McKinley — второе поколение процессоров архитектуры IA-d4. тактовая частота начиная 1000 МГц. Производительность по сравнению с Merced возросла вдвое. А также, втрое поднялась пропускная способность шины данных, имеющей результирующую частоту 400 МГц, увеличенный (по сравнению с Merced) объем кэша второго уровня и скорости за 1 ГГц. Как водится 0.18-ти, а через год и 0.13микронная технология изготовления. Физический интерфейс — Slot M. Madison — преемник McKinley, другими словами это тот же McKinley, но построенный по медной, 0.13-микронной технологии. Deerfield — процессор, который ожидается к выходу в 2003 году. Изготовляться будет по 0.13 микронной медной технологии Motorola. Является преемником Foster'a. Как и все новые процессоры будет выпускаться для Slot M. Позиционируется как недорогой процессор архитектуры IA64 рабочих станций и серверов среднего уровня.

AMD К5 — первый процессор AMD, который всерьез предназначался для конкуренции с Pentium. Платформа — Socket 5. Подобно Cyrix 6x86, использовал PRрейтинг, от 75 до 166 МГц. При этом, используемая частота системной шины со-

13

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора ставляла от 50 до 66 МГц. Кэш L1 24 Кбайт (16 Кбайт для инструкций и 8 для данных), кэш L2 на материнской плате, работает на частоте системной шины. Существовало четыре версии процессора: К5-75, 90, 100 (PR-rating соответствовал частоте процессора, технологический процесс 0.6 мкм). Процессор К5-100 (0.35 мкм), процессоры K5-PR120, PR 133 (PR-рейтинг соответствует частотам 90 и 100 MHz, технологический процесс 0.35 мкм, переработанное ядро). И процессор К5PR166 (реальная частота 66MHz х 1.75) с нестандартным коэффициентом умножения. Кб — начал поставляться с апреля 1997 года (это Model 6), на месяц раньше выхода Pentium II, производился на базе 0.35 мкм (позднее 233 MHz Кб производились с использованием 0.25 мкм процесса) технологического процесса, Процессор работал на частоте от 166 до 233 МГц (Причем последний — официально разогнанный вариант — 3.2/З.ЗВ вместо стандартных 2.9/З.ЗВ). Был создан на базе дизайна процессора 686, созданного приобретенной AMD компанией NexGen. По сравнению со своим предшественником, получил модуль ММХ, увеличился объем кэша L1 — до 64 Кбайт (По 32 Кбайт для инструкций и данных), возросшая тактовая частота позволила AMD отказаться от PR-рейтинга. В К5 предлагались решения, которые позволяли добиться большей производительности на той же частоте, а именно исполнение по предположению и внутренняя риск-подобная организация. Все последующие процессоры от AMD унаследовали это свойство. Позднее начались поставки Кб Model 7 (мобильный вариант) с частотами 266 и 300 MHz, технологический процесс 0,25 мкм, FSB 66 MHz. К6-2 — следующее поколение Кб. Основными усовершенствованиям относительно его предшественника стали поддержка дополнительного набора инструкций 3DNow! и частоты системной шины 100 МГц. Кэш L1 64 Кбайт (по 32 Кбайт для инструкций и данных), кэш L2 находится на материнской плате, и может иметь объем от 512 Кбайт до 2 МБайт, работая на частоте системной шины. Был выпущен на частоте 266 МГц, сегодня максимальная тактовая частота составляет 475 МГц, в скором времени должен выйти 500 МГц вариант. Было две модели процессора К6-2: первая, работающая на частотах 266 (66*4), 300 (100*3), 333 (95*3.5), 350 (100*3.5) и 366 (66.*5.5) MHz. И вторая модель AMD, работающая с частотами 380, 400,450 и 475MHz. В ней используется новое ядро, такое же, как в K6-III, главное отличие в новом ядре (СХТ) это модифицированный метод работы с кэшем. Sharptooth (K6-III) — первый процессор от AMD, имеющий кэш второго уровня на ядре. Последний их процессор, сделанный под платформу Socket 7. Фактически, представляет из себя просто К6-2 с 256 Кбайт кэша L2 на чипе, работающих на той же частоте, что и процессор. Кэш L1 имеет объем 64 Кбайт (по 32 Кбайт для инструкций и данных), кэш L3 находится на материнской плате, и может иметь объем от 512 Кбайт до 2 МБайт, работая на частоте системной шины. Был выпущен в феврале 99 года в вариантах 400 и 450 МГц. К6-2+ — один из последних Socket? процессоров AMD. И первый Socket? процессор, сделанный с использованием 0.18 мкм техпроцесса. Должен содержать на чипе 128 Кбайт кэша L2, работающих на частоте процессора. Скорость — от 533 МГц. Естественно, поддержка 3DNow!. K6-III+ — 0.18 мкм вариант K6-I11 — с 256 Кбайт кэша L2 на чипе,

4

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора Argon — кодовое название использованного в К7 ядра. К7 (Athlon) — Первый проект AMD, в котором она была вынуждена отойти от прямого копирования архитектур Intel, и предложить рынку свой вариант платформы для PC. Процессор имеет непревзойденный для сегодняшних х86 процессоров объем кэша первого уровня — 128 Кбайт (по 64 Кбайт для инструкций и данных). Кэш L2 — 512 Кбайт, работающий на 1/2 или 2/5 частоты процессора. Системная шина — EV-6, та же, что и в процессорах Alpha, что потенциально дает возможность создания материнских плат, поддерживающих оба процессора. Скорость системной ш и н ы — 200 МГц, но имеет потенциал до 400 МГц и выше. Поддерживаемые наборы инструкций— ММХ, расширенный по сравнению с К6III 3DNow!. Форм-фактор — Slot А. Первый процессор AMD, получивший при выходе собственное имя — Athlon. Модели 500-850 МГц. Thunderbird — 0.18 мкм версия Athlon с использованием технологии медных соединений. На чипе интегрированы 256 Кбайт полноскоростного кэша L2. В качестве переходного выпускался Slot-А вариант, но в массе своей процессор ознаменовал собой переход на Socket-A. Максимально доступная на сегодняшний день тактовая частота — 1.26 ГГц. Spitfire aka Duron — вар и ант Thunderbird с урезанным кэшем L2 — 64 Кбайт, Производится только с использованием алюминиевых соединений на Fab25 в Техасе. Максимально доступная на сегодняшний день тактовая частота — 800 МГц. Mustang — серверный вариант Athlon. Кэш L2 объемом 1-2 Мбайт, интегрированный в чип. Процессор рассчитан на использование системной шины 266 МГц и DDR SDRAM памяти. Palomino — версия Athlon на базе ядра Mustang. В наличие незначительные архитектурные изменения с целью улучшения скоростного потенциала процессора. Тактовая частота — от 1.4 ГГц и выше. Morgan — по отношению к Palomino то же, что Duron по отношению к Thunderbird. Thoroughbred — 0.13 мкм версия Athlon. Тактовая частота — в районе 2 ГГц. Appaloosa — 0.13 мкм версия Duron. ClawHammer — первый 64-бит процессор AMD. Или, по крайней мере, частично 64-бит. В отличие от Itanium, этот процессор будет ориентирован главным образом на 32-бит инструкции, нежели наоборот. Одновременно с его выходом появилась и новая шина — Lightning Data Transport (LDT), используемая для связи с процессорами и устройствами ввода/вывода. LDT является не заменой, а дополнением к системной шине EV6 или EV7.

Cyrix 6x86 — или Ml. Для оценки производительности использовался PR-рейтинг, когда производительность процессора сравнивается со скоростью процессора Pentium, на которой ему пришлось бы работать для достижения той же производительности. PR-рейтинг 6x86 составлял от 120 до 200 МГц. Е,сть устойчивое мнение, что первоначальные варианты процессора были знамениты наличием ошибок, ведших к частым зависаниям PC, и необходимости для производителей программ выпускать патчи специально под этот процессор. На самом деле все

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора проблемы были связаны именно с ошибками в программах. Особенно известны проблемы с программами, написанными на Clipper. Слухи про проблемы под Windows NT не подтвердились. Кэш первого уровня — 16 Кбайт (единый). Частота системной шины — от 50 до 75 МГц. Платформа — Socket 5, затем, когда появилась версия с двойным питанием — Socket 7. MediaGX — ответвление в семействе процессоров Cyrix, первый процессор. сделанный по идеологии PC-on-a-chip. К ядру 5x86 были добавлены контроллеры памяти и PCI, в чип интегрирован видеоускоритель, с кадровым буфером восновной памяти PC. И лишь в самых последних моделях используется ядро 6x86. В чипе-компаньоне реализован мост PCI-ISA и интегрирован звук. PR-рейтингот 180 до 233 МГц, кэш LI 16 Кбайт (единый). Производился по техпроцессу 0.5 мкм. Сегодня National делает на базе этого процессора два продукта— Geode GXLV(0.35 мкм, 166-266 МГц) и Geode GX1400 (с добавленной аппаратной поддержкой MPEG-2, Dolby AC3). 6х86МХ (Позднее переименован в М-П) — несколько переработанный для большей производительности 6x86. Вчетверо увеличился кэш L1 — до 64 Кбайт (единый), увеличилась общая производительность процессора, добавился блок ММХ, появилась поддержка раздельного питания. Использовал частоту системной ш и н ы от 60 до 75 МГц. Использовал PR-рейтинг от 166 до 266 МГц. Процессоры 6х86МХ делала и компания IBM. Их 6х86МХ имели рейтинг от 166 до 333 и были рассчитаны на шину 66, 75 или 83 MHz. Позднее, по маркетинговым соображениям, Cyrix переименовал свои процессоры в М-Н, a IBM до конца сотрудничества продавало их под маркой 6х86МХ. МП — последний процессор Cyrix, начал производиться в марте 98 года. Кэш первого уровня — 64 Кбайт (единый), L2 — как обычно, для Socket 7, находится на материнской плате, и имеет объем от 512 Кбайт до 2 МБайт, работая на частоте системной шины. Поддерживаемые наборы инструкций ММХ. Использует PR-рейтинг. Реальная скорость в МГц, как правило, значительно ниже — так, Cyrix Mil PR366 имеет реальную скорость 250 МГц. При производстве применяется техпроцесс 0.25 мкм. Продаются модели, имеющие PR-рейтинг 300-433 МГц. Cayenne — кодовое название ядра, используемого в Gobi и MediaPC. Gobi (MII+) — процессор имеет сразу два кодовых имени, что несколько необычно. Вначале он назывался Jedi, но в дальнейшем, по требованию владельца авторских прав на это название, Lucas Film, был переименован в Gobi. Первый из процессоров Cyrix, рассчитанный на платформу Socket 370. Поддерживаемые наборы инструкций — ММХ, 3DNow!. Значительно переработан блок операций с числами с плавающей запятой. Кэш L1 — 64 Кбайт (единый), кэш L2 — 256 Кбайт на чипе, работающие на полной частоте процессора. Выпускается фирмой VIA, под именем Joshua. MediaPC — продолжатель дела MediaGX, Socket-? процессор, работающий на скорости от 233 до 300 МГц. То же ядро, что и в Gobi, с добавленными графическим ускорителем и периферийными контроллерами. Mxi — Socket? Pc-on-a-chip, построенный все на том же ядре Cayenne, должен превосходить по скорости MediaPC — 333-400 МГц.

16

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора Jalapeno — кодовое название ядра, используемого в Mojave. Mojave (МЗ) — процессор содержит 32 Кбайт (по 16 для данных и инструкций) кэша L1, и 256 Кбайт интегрированного на чипе кэша L2. 0.18 мкм техпроцесс, значительно улучшенная по сравнению с предшественниками архитектура. Поддерживаемые наборы инструкций — ММХ, 3DNow!. Скорость в момент выпуска—600-800 МГц (не PR-рейтинг), скорость системной ш и н ы — 100-133 МГц. Чип имеет интегрированные контроллер памяти и 3D ускоритель.

Rise mP6 — первый процессор компании Rise, преимущественно предназначен для ноутбуков, используюших Socket 7 процессоры. Соответственно, отличается очень малым тепловыделением. Кэш L1 — 16 Кбайт (по 8 кбайт для данных и инструкций), L2 — на материнской плате, от 512 Кбайт до 2 Мбайт, работает на частоте системной шины. Поддерживается дополнительный набор инструкций ММХ. При оценке производительности своих процессоров, Rise, как и Cyrix, использует PR-рейтинг. PR-рейтинг от 166 до 366МГц. тР6 II —то же самое, по сравнению с тР6, что и K6-III по сравнению с К62. То же ядро, к которому добавлено 256 Кбайт кэша L2 на чипе. Была обещана поддержка SSE, производительность от PR-200 и выше. Tiger — mP6 II для платформы Socket 370. 16 Кбайт кэша L1, 256 Кбайт кэша L2, работающего на тактовой частоте процессора.

Centaur Winchip C6 — процессор изначально создавался, будучи ориентированным на дешевые PC, как следствие, по скорости уступал по производительности своим конкурентам. Системная шина — 60, 66, 75 МГц, платформа — Socket 5. При производстве использовался техпроцесс 0.35 мкм. Поддерживаемый набор инструкций — ММХ. Работает на скоростях от 180 до 240 МГц. Winchip-2 — производится по техпроцессу 0.25 мкм. Кэш L1 64 Кбайт (по 32 Кбайт для инструкций и данных), кэш L2 находится на материнской плате, 512 Кбайт — 2 Мбайт. Поддерживаются наборы инструкций ММХ и 3DNow!. Платформа — Socket 7. От Winchip отличается значительно ускорившейся работой с числами с плавающей запятой. Появилась поддержка частоты системной шины 100 МГц. Скорость от 200 до 300 МГц. Winchip-2A — Winchip-2 с исправленной ошибкой в реализации 3DNow. Winchip-3 — Кэш L1 64 Кбайт (по 32 Кбайт для инструкций и данных), кэш L2 — 128 Кбайт на чипе, работающих на частоте процессора, кэш L3 находится на материнской плате, 512 Кбайт-2 Мбайт. Скорость 300 МГц и выше. Winchip-4 — Планировался на скоростях порядка 400-500 МГц, а при переходе на 0.18 мкм техпроцесс — и 500-700 МГц. Предполагалась смена форм-фактора.

VIA Joshua — первым процессором VIA, намеченным к выпуску, стал приобретенный вместе с Cyrix их дизайн Gobi. 17

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора Samuel — ядро Winchip4, доставшееся VIA в наследство от Centaur, чип работает на частоте 500-700 МГц, производиться National и TSMC с использованием 0.18 мкм техпроцесса. Процессор использует SIMD набор 3DNow!, форм-фактор — Socket-370. Кэш L1 328 Кбайт. Быстро сменил собой Joshua под тем же именем Cyrix III. Тактовая частота — 500-667 МГц. Samuel 2 — следующее ядро группы Centaur. Добавился кэш L2 объемом 64 Кбайт, увеличилась тактовая частота — 667-800+ МГц. Частота системной шины 100/133 МГи, форм-фактор — Socket-370. Ezra — совместная разработка групп Cyrix и Centaur. Первое действительно новое ядро VIA. Первый их процессор с поддержкой SSE, кэш L1 128 Кбайт, кэш L2 128. Предполагается значительно возросшая производительность и тактовая частота.

Transmeta Crusoe — Transmeta, наконец, подвела итог своей 5 летней деятельности, объявив аппаратно-программный комплекс — процессор Crusoe. Компания решила не конкурировать с Intel и AMD в той области, где те традиционно сильны, позиционируя свой процессор, как лучшее решение для мобильных систем, НРС. Для начала процессор выходит в двух вариантах — 333-400 МГц ТМЗ120 и 500-700 МГцТМЗбОО. Для первого объем кэша составляет 96 Кбайт L1, для второго — 125 Кбайт L1 + 256 Кбайт L2. Плавающее энергопотребление составляет ог 10-20 мВт до 1-3 Вт, в зависимости от выполняемой работы.

Глава 3: Как ускорить работу процессора Еще в 1990 году люди еще не знали, что такое разгон, мало того, еще даже не было 486-го процессора! Тогда, чтобы модернизировать компьютер, скажем, с 286-го на 386-й или с 20 МГц 386 на 33 МГц 386, нужно было вместе с процессором менять и материнскую плату, так как они выпускались на конкретную модель процессоров с конкретной тактовой частотой. Но было замечено, что эти материнские платы отличаются только одним элементом — тактовым генератором. Таким образом, сменив процессор и перепаяв генератор, мы получали существенно более дешевую модернизацию. А так как процессоры тестируются на более высокой частоте, нежели их рабочая, то возможно было повышать тактовую частоту, не меняя процессор. Этим и занимались первые оверлокеры (от английского «overlock» — разгон). Ситуация кардинально меняется с появлением 486-х процессоров в середине 1990 года — тогда начали появляться первые универсальные (поддерживающие процессоры с разной тактовой частотой) материнские платы — отпала необходимость брать в руки паяльник. Легким движением руки процессор 486 с тактовой частотой 25 МГц превращался в 33 МГц процессор. Тем более, что тогдашние новые шины PCI и VLB (VESA) работали на частоте процессора, соответственно, разгон процессора разгонял также и другие девайсы (от английского «device» — устройство). Стоит отметить, что тогда процессор работал на частоте процессорной шины (FSB — Front Side Bus (не путать с Федеральной Службой Безопасности!)), то есть коэффициент умножения (CPU Multiplier) был равен 1. Настоящая же пора расцвета разгона началась, когда появились процессоры с отличным от единицы

18

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора коэффициентом умножения (это были процессоры 486 DX4 и Pentium с тактовой частотой 75 МГц). Тогда появилась возможность менять и частоту процессорной шины, и коэффициент умножения. Вот наверное и вся информация о истоках разгона процессоров. Так почему же возможно увеличение производительности компьютера на 5-10 или даже 15 процентов без материальных (но не без моральных!) затрат? Казалось бы. почему Intel, вырастив кристалл Pentium IV. ориентированный на тактовую частоту, скажем, 1,3 ГГц, но заработавший на 1,7 ГГц, не маркировать его, как 1,7 ГГц Pentium IV (ведь разница в цене весьма значительна)? Но не все так просто. Процессоры маркируется на меньшую, чем та, на которой они работают. тактовую частоту для того, чтобы обеспечить ресурс процессора (средний ресурс процессора — 10 лет и больше) и стабильность работы при самых высоких нагрузках. То есть, разгоняя процессор (а особенно повышая его напряжение питания при разгоне) мы уменьшаем его ресурс со, скажем, 15 до 10 лет. Но все равно, процессоры не «живут» 10 лет — уходят на значки, частные коллекции раритета, и, что печально, на свалки. Вот сейчас, к примеру, 10 лет 386 процессорам. Не хочу обидеть их счастливых владельцев, но сейчас его не берут даже задаром — кому он нужен? Обидно, ведь в свое время они стоили немалые деньги. Другой фактор, способствующий разгону — перемаркировка кристаллов. Скажем, большой популярностью пользуется Celeron с тактовой частотой 500 МГц, но почти не покупается Celeron 633 МГц. И Intel принимает судьбоносное для многих оверлокеров решение — перемаркировать партию 633 МГц процессоров в 500 МГц. Этот случай выдуман, но что-то подобное вполне может случиться. И тогда Вы, купив I ntel Celeron 500 МГц, и робко попытавшись его затем разогнать, в скором времени будете гордо тыкать их носом в свой системный блок и утверждать, что это с Вашей счастливой руки 500 МГц процессор был разогнан до 800 МГц. Каждый процессор рассчитан на какую-то номинальную частоту. Эта частота указана на его поверхности, указывается в прайс-листах и другой документации. Например, Pentium II-30Q должен работать с внешней частотой 300 МГц. Но, как показывает практика — от процессора можно добиться большего. Дело в том, что частота, на которой будет работать микропроцессор, задается материнской платой, поэтому возникает возможность увеличить ее относительно значения, указанного на процессоре. Это и называется разгоном. Да, в общем-то, особенно и не за чем. Разгоняя процессор можно увеличить производительность своей системы процентов на 10. Кроме этого поднять мнение о себе в глазах друзей. Ну и конечно почерпнуть некоторые сведения об устройстве компьютера. Однако, превышая номинальное значение тактовой частоты процессора, система теряет надежность. Впрочем, в большинстве случаев это будет совсем незаметно. Так что главное — это идея сэкономить средства, покупая один процессор, а используя его как другой, более быстрый. Для того чтобы понимать теорию разгона, необходимо представлять, как изготавливаются и тестируются процессоры. Модели, создаваемые в одних и тех же технологических рамках (например. 0.25 мкм, напряжение 3.3 В), производятся на одной технологической линии. Затем некоторые образцы серии выборочно тестируются. Тестирование проходит в экстремальных (по напряжению и температуре) условиях. На основании этих тестов на процессор наносится маркировка о номинальной частоте, на которую рассчитан процессор. Учитывая то, что частота берется с некоторым запасом прочности, и что далеко не все кристаллы бы19

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора ли протестированы, можно с большой долей вероятности предсказать, что большинство изделий имеют запас мощности по частоте в 10-15%, а то и больше. Кроме того, дополнительный ресурс для разгона можно получить, обеспечив процессору хорошее охлаждение, так как производитель тестирует свои изделия в очень жестких температурных условиях. Практически все материнские платы для процессоров Pentium и Pentium II рассчитаны на работу не с одним типом кристалла, а с несколькими. То есть, предоставляют пользователю возможность указать, какой процессор на них установлен. Выбор его тактовой частоты осуществляется путем умножения внешней частоты (той, на которой работает системная шина и оперативная память PC) на один из фиксированных множителей (эти множители обычно кратны 0.5 и находятся в диапазоне 1.5-4). Способ установки того или иного умножения и внешней частоты всегда указывается в руководстве к материнской плате и иногда — на самой плате. Возможность выбора внешней частоты и коэффициента умножения внутренней частоты процессора порождает возможность выдать процессор за более быстрый. Разгон можно осуществлять двумя путями. Во-первых, возможно увеличение множителя внешней частоты процессора, так как в этом случае повышается лишь скорость работы самого процессора, а скорость работы системной шины (памяти) и других устройств не увеличивается. Однако данный способ, хотя и надежен (сбоев можно ждать только от процессора), не дает большого прироста производительности всей системы в целом. Кроме того, в последнее время ведущий производитель процессоров для PC — фирма Intel решила блокировать эту возможность, фиксируя умножение у своих кристаллов. Второй метод — увеличение внешней частоты без изменения коэффициента или и того и другого (например, с 60 до 66 МГц). Дело в том, что именно от вел и ч и н ы внешней тактовой частоты зависит быстродействие таких компонентов компьютера, как кэш второго уровня, оперативная память и шины PCI и ISA (a значит, и все платы расширения). В настоящее время практически все материнские платы поддерживают внешние частоты 50, 55, 60, 66, 75 и 83 МГц. Однако, экспериментируя с внешней частотой, следует помнить, что риск, столкнуться со сбоями в работе системы резко повышается, так как разгоняется не только процессор, но и все остальные компоненты системы. Поэтому, разгоняя систему таким способом, следует быть уверенным в качестве комплектующих (особенно это относится к модулям оперативной памяти). Однако думать, что такие умные только конечные пользователи в России, несправедливо. Многие китайские, а то и наши конторы специализируются на перемаркировке кристаллов. То есть они, проверяя разгоняемость процессоров, уничтожают старую и наносят на него более высокую тактовую частоту. Для того чтобы перемаркировать процессор, достаточно уничтожить (соскоблить) верхний слой краски на его корпусе и нанести новые отметки, соответствующие более старшей модели. Купив такой кристалл, человек невольно разгоняет его, и если компьютер после этого работает без нареканий, он может и не узнать, что его процессор пиленый. Защититься от покупки такого микропроцессора практически невозможно. Однако, можно покупать процессоры в коробке или низшие модели в одном технологическом ряду (например, «древний» Intel Pentium 166 ММХ). Существуют

20

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора лишь косвенные признаки для определения «пиленности» процессора — неровная поверхность, несоответствие маркировок на верхней и нижней сторонах корпуса кристалла, некачественно нанесенная маркировка. Вопрос, которым задаются многие при разгоне — это вопрос о том, не сгорит ли процессор или другие компоненты системы. Однозначно ответить на этот вопрос нельзя. Однако, случаи сгорания процессора крайне редки. Об этом говорит статистика. Только примерно в 0.1% случаев возможны необратимые проблемы. Особенно опасны в этом смысле процессоры Cyrix/IBM, которые горят чаще всего. Кроме того, если материнская плата оборудована не импульсным (отличаемым наличием тороидальной катушки на плате), а линейным источником питания, то возможно повреждение материнской платы при разгоне процессоров Cyrix и AMD из-за большого потребления тока. При повышении внешней частоты, а. следовательно, и частоты шины PCI, возможна потеря данных на винчестере, но сам жесткий диск при этом остается работоспособен. В любом случае, большинство из описанных проблем можно решить.

Как разогнать процессор 1. Сначала необходимо определить, к чему стремиться. То есть решить для себя, что вы будете изменять — внешнюю частоту или коэффициент умножения. Имейте в виду, что на одну ступень по частоте подняться удастся почти всегда, а увеличение множителя частоты даст эффект меньший, чем при таком же увеличении внешней частоты. Кроме этого новые процессоры фирмы Intel, для пресечения разгона и пере маркировки, имеют возможность установить только номинальные коэффициенты для умножения частоты. Поэтому в таком случае возможно лишь манипулирование внешней частотой. 2. Изучите, как устанавливаются перемычки на вашей материнской плате для выбранных вами значений. Многие производители материнских плат не документируют внешние частоты выше 66 МГц, потому что такие частоты не документированы для чипсетов фирмы Intel, на которых собрано подавляющее количество системных плат. И еще, умножение на 3.5 устанавливается так же, как и 1.5. Поэтому, если в руководстве к вашей материнской плате умножение на 3.5 не указано, можете смело использовать установку для множителя 1.5. 3. Выключите компьютер и переустановите перемычки. 4. Включите компьютер. Если система не запускается (черный экран), значит, вы переразогнали процессор и компьютер в такой конфигурации работать не будет. 5. Если компьютер запускается и загружается, то необходимо проверить стабильность его работы. Эта проверка выполняется запуском многозадачной операционной системы (Windows 98, ME, XP) и выполнением приложений, требующих активной работы с памятью, так как операции по пересылке данных сильнее всего прогревают кристалл. В качестве примера можно предложить одновременный запуск архиватора pkzip, просмотр mpeg-файла и работу пары копий игры Quake, непрерывно переключаясь между ними. Пятнадцати минут стабильной работы в таком режиме вполне достаточно, чтобы сделать вывод об устойчивости системы.

21

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора 6. Если компьютер запускается, но не загружается (повисает после вывода таблицы с конфигурацией системы), то за его стабильную работу можно побороться. Такое поведение, скорее всего, вызвано невозможностью нормальной работы жесткого диска, памяти или ISA-карт. 7. При нестабильной работе операционной системы и приложений корень проблемы, скорее всего, кроется в недостаточном охлаждении кристалла. Иногда, правда, такие эффекты наблюдаются при недостаточном уровне логического сигнала. Эта проблема решается на материнских платах, оборудованных возможностью выбора напряжений питания процессора путем его повышения на 0.1-0.2 В. Однако в этом случае об охлаждении надо задуматься еще сильнее.

Охлаждение процессора Одна из самых важных задач, встающих при разгоне процессора — это его охлаждение. Перегрев процессора можно считать главным обстоятельством, препятствующим разгону. В 90 процентах случаев, когда разогнанная система запускается, но через некоторое время начинает сбоить и виснет или сбоит при выполнении приложений, сильно загружающих процессор, причину следует искать именно в перегреве процессора. Поэтому стоит обзавестись хорошим радиатором с вентилятором, обеспечивающим наилучший отвод тепла. Чем лучше будет вентилироваться весь системный блок, тем стабильнее будет работать компьютер. Кстати, форм-фактор АТХ с этой точки зрения значительно лучше, так как корпуса ПК и системные платы, выполненные в соответствии с этим форм-фактором, очень хорошо вентилируются благодаря удачному расположению компонент. Однако и обычный Baby АТ-корпус можно оборудовать дополнительным вентилятором. Как же правильно выбрать вентилятор? При выборе радиатора следует обратить внимание на высоту и строение собственно железной части (чем выше радиатор, и чем больше на нем выступов — тем лучше), и на высоту вентилятора (чем выше — тем лучше, обычно — 20 или 30 мм). Стоит также учесть, что предпочтительнее вентиляторы, работающие «на вытяжку» (то есть гонящие воздушный поток вверх, от радиатора). Во-вторых, очень важно при покупке обратить внимание на способ крепления радиатора к процессору. Существует несколько типов крепежа. Однако в наилучшем случае радиатор крепится к процессору с помощью изогнутой металлической скобы, которая цепляется за специальные выступы у разъемов Socket 7 (Pentium) и Socket 8 (Pentium Pro). Этот способ следует признать наиболее приемлемым, так как изогнутая скоба хорошо прижимает радиатор к процессору, практически не оставляя места для воздушных «подушек». Но даже при других схемах крепления радиатора можно достигать неплохих результатов. Лучшим является то крепление, при котором воздушная прослойка между процессором и радиатором сводится к минимуму. Этого можно достигать как увеличением силы прижима поверхности радиатора, так и шлифовкой соприкасающихся плоскостей. Следует отметить, что у Pentium II задача крепления радиатора к процессору решена гораздо лучше, однако, некоторые (особенно ранние) модели поставляются только с пассивными радиаторами (без вентилятора). Пользователям про-

22

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора цессоров Pentium II можно посоветовать самостоятельно прикрепить вентилятор к радиатору. Однако, как бы крепко вы не посадили радиатор на процессор, небольшие воздушные прослойки между поверхностью радиатора и верхом процессора все же останутся. А воздух, обладающий очень низкой теплопроводностью, сильно мешает теплообмену между процессором и радиатором. Ликвидируются эти прослойки обычно путем применения тепло проводя шей пасты К.ПТ-8, сделанной на основе оксида цинка. Паста помешается тонким слоем между процессором и ралиатором, обеспечиваю лучшую теплопроводность. Для того, чтобы разогнать свой процессор, вам придется не только захотеть этого (жалко...), но и приложить некоторые усилия. В частности, найти в одной из тех бумажек, в которые завернута рыба в вашем холодильнике, с надписью «Инструкция к материнской плате», найти раздел о выставлении частоты процессорной шины перемычками на материнской плате (тому, кто еще по какой-то уважительной причине еще не завернул в нее рыбу, повезло значительно больше; но больше всех повезло счастливым обладателям JumperLess плат — плат без перемычек, с устанавливаемой из BIOS-a FSB). Разгон (начинай со времени процессоров Pentium MMX) производится исключительно увеличением частоты процессорной шины, так как производители процессоров по каким-то причинам не любят, когда их продукты разгоняют, и блокируют изменение множителя («зашивают» его в процессор). Затем нужно прикинуть частоту, до которой вы хотите разогнать свой процессор. После этого вам придется в соответствии со своими планами изменить положение перемычек на материнской плате или выставить соответствующую частоту в BIOS. Для этого вам нужно будет знать «зашитый» коэффициент умножения Вашего процессора. Его вы можете определить, разделив тактовую частоту процессора на частоту его процессорной шины. Celeron (Coppermine-128) — шина 100 МГц используется для 800 МГц модели (и готовящейся к выходу 850 МГц); •

Pentium III (Katmai, Coppermine) — в обозначении 133 МГц вариантов присутствует буква «В» (пример: Pentium III 600 В — 600-133x4,5);

*?

Pentium IV (Willamette) — при передаче данных используется технология Quad Pump, учетверяющая пропускную способность, то есть результирующая частота системной шины: 4x100—400 МГц.

Итак, вы выставили нужную частоту системной шины для процессоров Intel или коэффициент умножения для процессоров AMD (начальный множитель возможно найти, разделив тактовую частоту вашего процессора на 100). Желательно также убрать все дополнительные PC 1-устройства (SCSI-контроллеры, звуковые карты), проверить, чтобы память соответствовала будущей частоте процессорной шины. Затем вы включаете свой компьютер, и... далее возможны варианты: •

Вариант для тех, у кого счастливая рука или кто разогнал свой процессор на 10 МГц — все загрузилось, вы видите вашу вожделенную частоту, и даже при нескольких часах прогона процессорных тестов (рекомендуемая для тестирования надежности разогнанного процессора мера), компьютер работает без сбоев —

23

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора считайте, что Ваши 10 МГц (или больше) прибавки достались вам без затрат (материальных и моральных). •

Менее приятный вариант — система загрузилась, но в процессе работы появляются ошибки. Это верный признак перегрева процессора, а это в свою очередь верный признак того, что его нужно охлаждать. Этого вопроса мы коснемся ниже.

•

Также не самый приятный вариант — прошли все тесты, но операционная система не загрузилась. Это значит, что предстоит поднять напряжение. Это также совершается перемычками на материнской плате (да-да, доставайте из мусорного ведра этот скомканный листик), либо, по возможности, из BIOS-а. Менять напряжение нужно максимально плавно, до достижения результата. Не меняйте его более, чем на 0,3 вольта — это чревато.

•

Самый неприятный случай — вообще ничего не загрузилось. Тогда вам не достичь желанной частоты — планку придется понижать. Пожелаю вам удачи на другой частоте...

Итак, вы получили работающий, на частоте выше начальной, процессор. Теперь ему предстоит проверка на надежность — обычно предлагают прогонять процессорные тесты. Но на мой взгляд лучше свои собственные ощущения — после разгона возможно заставить процессор, если позволяет место на диске, архивировать-разархивировать в максимальном режиме сжатия какую-нибудь здоровую штуковину, к примеру, игру (вот и ваш любимый Unreal Tournament на что-то путнее сгодился) или загрузить какое-нибудь ресурсоемкое приложение (ох уж этот Unreal Tournament...). В случае, если глюкоз будет больше обычного, то есть повод насторожиться. Вот вроде и все собственно о разгоне. Теперь переходим к такому важному аспекту, как охлаждение разогнанною процессора.

Хороший процессор — холодный процессор Ваш процессор разогнан, но сбоит. И даже если не сбоит, вам неплохо бы ознакомиться с этим обзором — на всякий случай. Рассмотрим способы охлаждения процессора. Самый эффективный, но не доступный простым смертным способ — запихать системный блок в холодильник. Просто берешь, и ставишь его туда. Но там он долго не проживет, там влажно. Поэтому холодильник нам в борьбе с температурой не поможет. Еще один способ — заливать процессор жидким азотом — как начнет нагреваться, так половину столовой ложки на него — и все ОК, А если серьезно, то для уменьшения температуры внутри системного блока (а в частности, около процессора) может использоваться простое снятие кожуха, С нашим отоплением в зимнее время это, безусловно, лучшее средство. В случае, если вы не хотите ее снимать, то есть еще возможности — перевернуть в другую сторону вентилятор блока питания (чтобы он не вдувал, а выдувал воздух). Можно поставить еще один вентилятор (такая возможность есть не во всех системных блоках). Это поможет и со снятым кожухом.

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора И главный способ — это установка мощного кулера. Вначале отметим новую технологию охлаждения — так называемое «охлаждение с использованием элементов Пельтье». В случае, если не вдаваться в технико-физические подробности, это такая штука, которая позволяет очень хорошо охлаждать процессор. В случае, если вам интересно, то напишите мне, объясню, что знаю. Элемент Пельтье — это тоже своего рода радиатор, то есть к нему нужен вентилятор, а вместе эта связка дорога, и используется только самыми отчаянными оверлокерами. Обладателям боксовых процессоров еще повезло. У них уже есть неплохой кулер, который подходит для слабого разгона. Но тем, кто брал Retail-вариант, стоит сразу же сменить кулер.

Пример разгона процессора Duron «Overclocking», или, по-нашему, «разгон» — установка большего, чем рекомендует производитель, значения тактовой частоты какого-либо компонента компьютера (процессора, памяти, видеочипа). Это становится возможным потому, что производитель оборудования зачастую выпускает изделия с разными частотами по одной технологии и на одном оборудовании, а затем маркирует частоту по итогам выходного тестирования чипов. То есть на более высокой частоте чип не может удовлетворять предъявляемым ему требованиям. Для конечного потребителя это означает то, что производитель гарантирует надежную работу устройства на номинальной частоте. В случае, если тактовую частоту поднять, устройство будет работать, но недостаточно стабильно. Однако далеко не всегда компьютер работает под большой нагрузкой, так что нестабильность может и не проявиться. Почему бы не попробовать определить самим, на какой частоте стабильность не будет вас удовлетворять? Ведь вы, а не производитель, будете пользоваться компьютером! С разгоном связан один неприятный эффект — повышенная потребляемая мощность. Вместе с ней повышается и рассеиваемая мощность, то есть микросхема нагревается больше обычного. А излишний нагрев тоже не способствует повышению стабильности работы. Поэтому вместе с экономией, связанной с тем, что цена на оборудование зависит от его частоты, приходится больше тратиться на охлаждение. Кроме того, возрастает риск испортить микросхему из-за неправильной или неумелой организации охлаждения. Желание получить несколько мегагерц «на халяву» подвигает людей на экспериментирование с разгоном. Но прежде чем приступать к этому потенциально опасному делу, нужно знать несколько простых правил. Иначе возможно наступить на те же грабли, на которые уже наступили другие, и вместо выигрыша получить полный проигрыш в виде сгоревшего процессора. Поэтому я попытался систематизировать все советы и рекомендации по разгону процессора Duron и сделать что-то вроде краткого руководства к действию. Процессор Duron возможно назвать наиболее выгодным процессором по трем причинам. Во-первых, он фантастически дешев. Согласитесь, потратить на 700-мегагерцовый процессор меньше семидесяти американских рублей — очень заманчивая перспектива. Во-вторых, по производительности в большинстве распространенных приложений он мало уступает как «старшему брату» — AMD Athlon, так и дорогому аналогу Intel — Pentium-Ill. В-третьих, он имеет возможность простого и эффективного разгона изменением множителя. Как известно. внутренняя частота процессора в несколько раз выше частоты шины, по которой 25

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора он «общается» с остальными компонентами компьютера. В случае, если мы увеличиваем частоту этой шины, неизбежно повышаются частоты других шин, из-за чего система приобретает дополнительную нестабильность, связанную уже с другими компонентами. А если множитель изменяется, то разгону подвергается только процессор. Таким образом, изменение множителя более безопасно и потенциально может дать лучший разгон, чем увеличение частот всех шин компьютера. Поэтому процессоры AMD разгонять проще — у них множитель не зафиксирован жестко. Точнее, он может быть изменен средствами материнской платы. Итак, вырешились купить Duron и выжать из него дополнительные 100-200 МГц, а может, и больше, путем изменения множителя. Для того чтобы это осуществить, нужно правильно выбрать: процессор; •

материнскую плату;

•

кулер.

И, конечно, все это нужно правильно соединить и запустить. Для того, чтобы выбрать процессор, имеющий наиболее высокий потенциал и запас прочности, нужно обратить внимание на его маркировку. Известно, что чем раньше процессор был выпущен, тем большую частоту он способен выдержать. Дату выпуска (неделю) возможно определить по второй строке маркировки. Наиболее приспособлены для разгона процессоры, выпушенные около 36-й недели. Они способны работать на частотах 950-1000 МГц, вне зависимости. какая частота у них является номинальной. Распространенные сейчас процессоры, выпущенные в конце года (45,46 и более поздняя неделя), разгоняются в среднем до 850-900 МГц. Не так хорошо, но дополнительные 150 МГц из них возможно добыть из них в любом случае. Причем если раньше покупать процессор с частотой выше 600 МГц смысла не было — все одинаково разгонялись до 1000, то теперь стало понятно, что из любого «позднего» процессора возможно выжать еще 200-250 МГц: 650>850, 750MOOQ. Как изменится ситуация в будущем — неизвестно, так как до сих пор разгоняемость процессоров только уменьшалась. Для того чтобы процессор возможно было подвергнуть разгону множителем, нужно закоротить контакты, называемые «золотыми мостами» («golden bridges»). За блокировку множителя отвечают четыре пары контактов L1. У первых версий мосты L1 не были разрезаны, однако сейчас таких процессоров остается все меньше, и найти их не всегда удается. Поэтому, скорее всего мосты придется закорачивать подручными средствами. Есть несколько проверенных способов: •

запаять;

•

закрыть проводящей пастой;

•

замазать проводящим клеем; зарисовать простым грифельным карандашом.

Последний способ самый ненадежный, но и самый доступный. Подробно останавливаться на этой операции не буду — тут все очевидно. Главное — обеспе-

26

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора чить контакт между каждой парой, не задев соседей. Насколько долго держится такой контакт — неизвестно, однако он эффективен и дешев. Кроме того, стереть карандаш для приведения процессора в товарный вид проще простого. Основным чипсетом для материнских плат с разъемом Socket-462 пока остается VIA KT133. Он поддерживает память SDRAM PC-100 и РС-133, частоту процессорной шины 100 МГц (эффективная 200 МГц, так как шина EV6 обменивается двумя пакетами за один такт). Частота памяти может отличаться от частоты процессорной шины на 33 МГц в лучшую сторону, что, при наличии РС-133, позволяет получить дополнительный прирост производительности. Однако сам по себе чипсет — не подарок, и не сильно подкованные в компьютерных вопросах люди могут столкнуться с настоящими проблемами совместимости. Особенно, если комплектующие и сама плата не очень качественные. Далеко не все материнские платы позволяют изменять множитель процессора Duron. Хотя с каждым днем их становится все больше, так как многие производители, осознав свою ошибку, выпускают новые модификации плат. Вот короткий список наиболее распространенных материнских плат с возможностями изменения множителя: •

ABIT KT7 и более новые;

•

ASUS A7V и более новые;

•

Micro-Star K7T Рго2 и более новые;

•

Soltek KV75+; Chaintech 7AJA;

•

Ерох SKTA2 и более новые платы.

При этом такие платы, как правило, недешевы. Однако их приобретение вполне оправдано, так как затраченные лишние 20-30 американских рублей окупятся, во-первых, благодаря низкой цене процессора, а во-вторых, вы получите бесплатные мегагерцы. Конечно, это не полный список, и далеко не все перечисленные платы хорошо подходят для разгона. Перечислять отличительные особенности каждой я не буду — это тема отдельного разговора. Кроме возможности изменения множителя, для успешного разгона крайне необходима возможность повышать напряжение, подаваемое на процессор (называется обычно VCore). Чем выше напряжение, тем меньше задержки на переключение транзисторов, из которых состоит процессор. Поэтому на повышенном напряжении процессор работает стабильнее, хотя и больше нагревается. При разгоне наверняка понадобится поднять напряжение с номинала (1.5-1.65 В) до 1.75-1.8 В. Также очень важно, чтобы плата позволяла повышать напряжение не только ядра, но и буферов ввода-вывода (называется обычно VI/O), Стандартное напряжение — 3.3 В, его придется повысить хотя бы до 3.45 В, иначе зависаний не избежать. Duron имеет не самую удачную конструкцию корпуса, поэтому очень важно подобрать «правильный» кулер и установить его на пасту.

27

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора Слабое место процессора Duron — его корпус. Он достаточно хрупкий и может быть поврежден при неправильной установке кулера. Для того чтобы кулер располагался на контактной площадке без перекосов, на краях процессора наклеены резиновые прокладки. Установленный кулер будет испытывать одинаковое давление на все четыре утла. Конечно, площадь кулера должна быть не меньше плошади процессора, иначе толку от прокладок не будет. Существует две базовых конфигурации кулеров — квадратный и цилиндрический. Квадратный, — чем больше его радиатор, тем лучше. То же касается размеров вентилятора. Как правило, большие вентиляторы вращаются с меньшей скоростью и поэтому меньше шумят. Кроме размеров, кулер должен иметь специальную систему крепления. Раньше прижимная пластина (клипса) была узкой, а кулеры, специально предназначенные для установки на Duron, имеют широкое крепление, чтобы радиатор устойчивее и ровнее сидел на процессоре. Обращайте внимание, так как неправильное крепление кулера приведет к быстрому сгоранию Duron. Цилиндрический кулер обычно называется Orb. Их выпускают фирмы ThermalTake и Titan. Причем для Duron нужен не Golden Orb золотистого цвета, а Crome Orb — серебристый. Дело в том, что Chrome Orb имеет широкое квадратное основание, которое входит в контакт с резиновыми прокладками. Нужно ли покупать именно Orb? Желательно, конечно, так как эти кулеры (если, конечно, вам не попалась подделка) достаточно качественно выполнены. Но они не настолько эффективны, насколько эффектны. Просто красивые и достаточно малошумные кулеры. В случае, если кулер по площади ненамного превосходит процессорное гнездо, то его установка проходит без проблем. А вот ОгЬ'ы возможно установить не на каждую плату, так как ему могут мешать конденсаторы. Для того, чтобы не пришлось подпиливать грани кулера, обращайте внимание на то, как установлены конденсаторы на плате. Или читайте обзоры тех, кто на это обращает внимание, и выбирайте плату не по принципу «что было у продавца». Использовать термопасту строго обязательно. К счастью, даже китайские кулеры сейчас комплектуются пакетиком с ней. ОгЬ'ы имеют специальную прокладку, нанесенную на их нижнюю сторону. Лучше, конечно, ее удалить и использовать пасту, но на крайний случай и она сойдет. А вот различного рода металлические пластины, прикрепленные к дешевым кулерам, нужно отдирать без всякого сожаления.

Приступаем Принцип, по которому производится разгон, всем хорошо известен, и подробно останавливаться тут нет смысла. Только если очень коротко. Частота процессора последовательно подымается до тех пор, пока не будет достигнуто состояние, когда процессор откажется запускаться либо будет зависать через несколько минут работы. Вместе с частотой нужно подымать напряжение, тогда удастся запустить систему на более высокой частоте. В случае, если найден максимальный множитель, при котором процессор работает вроде бы нормально, нужно протестировать систему на предмет стабильности работы. Пару часов работы (лучше выбрать что-нибудь, хорошо нагружающее подсистему памяти и процессор, к примеру, серьезную игру вроде Unreal Torunament) — и будет понятно, достаточно ли 28

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора стабильно работает процессор в разогнанном состоянии. При этом логично будет контролировать температуру процессора с помощью одной из программ-мониторов, к примеру, MBProbe или Motherboard Monitor. В случае, если температура не превышает 50 градусов, все нормально, иначе нужен кулер побольше и помощнее. В случае успеха возможно также попробовать поднять частоту шины процессора. Но чипсет КТ133 отличается неустойчивостью к частоте, превышающей номинал 100 МГц. Обычно выше 110 МГц поднять ее не удается.

А если не множителем? Конечно, если произвести разгон не множителем, а частотой шины, то производительность возрастет больше, чем при использовании только множителя процессора. Вместе с процессором быстрее будет работать память, шина AGP. Но вот незадача — VIA КТ133 не может работать на частоте выше 110. Не мог до недавнего времени. На смену КТ133 выпушена его модификация — КТ133А, и теперь Duron может работать и на 115, и на 133, и даже на 160 МГи. Новые платы должны быстро заменить старые. Так что скоро не придется возиться с контактами L1, достаточно будет просто установить повышенную частоту шины — и все.

Глава 4: Upgrade оперативной памяти Для персонального компьютера доступны несколько опций памяти. Системная плата должна быть полностью оснащена, прежде чем опции расширения памяти могут быть установлены. Все дополнительные средства расширения памяти имеют контроль по четности. Если обнаружена ошибка четности, то устанавливается триггер и активизируется линия контроля каната ввода/вывода, указывая процессору на ошибку. В дополнение к модулям памяти дополнительные средства расширения памяти содержат следующие схемы: буферы шины, генератор тактовых сигналов для динамической памяти, адресный мультиплексор и логику выбора/декодирования адреса карты, Модуль DRAM (в данном случае — асинхронного) имеет следующие контакты: Линии ввода/вывода Служат непосредственно для передачи данных и вместе составляют шину данных. Их количество обычно определяется типом модуля. Модули с четностью имеют дополнительные линии ввода/вывода для битов четности. Адресные линии Служат для передачи адреса, по которому находятся считываемые/записываемые данные. Как правило, их то же количество, что и у составляющих модуль чипов, RAS

Регистры строки, сигнал на этой л и н и и означает, что на адресные линии чипов, подключенных к данному RAS, подается адрес строки, в которой содержатся данные. Двухбанковые модули организованы именно посредством дополнительных RAS.

29

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора CAS

Регистры столбца, сигнал на этой линии означает, что на адресные линии чипов, подключенных к данному CAS, подается адрес столбца, в котором содержатся данные. Write Enable Сигнал на этой линии означает, что возможна запись данных. PRD

Контакты, заземление или не заземление которых несет информацию Presense Detect (в частности, емкость и время доступа модуля). Линии Output Enable, имеющиеся у всех чипов, в модуле памяти, как правило, заземляются.

SIMM и DIMM Единственное принципиальное отличие этих модулей памяти обозначено в названиях — Single и Dual ln-Line Memory Module соответственно. Если вы возьмете в руки 72-пиновый SIMM, то легко увидите, что он имеет по 72 контакта с каждой стороны! Объясняется это просто — смежные контакты с разных сторон являются в действительности одним и тем же контактом. Задумано все было, скорее всего, с целью облегчить установку модулей в разъемы, сохраняя при этом высокое качество электрического соединения. DIMM в этом смысле более экономичен — с каждой стороны 168-пинового модуля всего 84 контакта. Разумеется, здесь контакты с разных сторон модуля электрически независимы. Естественно, что «единица длины» у DIMM используется более эффективно. Понятно также, что для того, чтобы такое стало возможно, нужны как минимум чипы нового по сравнению с используемым (поначалу) в SIMM поколения. Если оставить в стороне SO DIMM, область применения которых все же достаточно узка, то наиболее популярными форм-факторами модулей памяти в настоящее время являются SIMM 72-пин и DIMM 168-пин. Первые имеют ширину шины 32 бит (какрезультат, в платы с процессором старше 486 их приходится ставить парами), ширина шины вторых 64 бит позволяет устанавливать их поодиночке в 64-битные платы. Это, по сути, единственное принципиальное преимущество D I M M перед SIMM (к тому же, кажется, крайне незначительное — годами SIMM ставили попарно и горя не знали). Надо, впрочем, иметь в виду, что современные высокоскоростные модули памяти для современных же компьютеров все же чаще выполнены в виде DIMM, что и порождает зачастую утверждения типа «DIMM лучше SIMM», хотя и понятно, что в такой форме оно некорректно.

Обозначения типа 2x36-70 Обозначения такого рола содержат основную информацию о модулях памяти. В большинстве своем они являются стандартными устройствами, и естественно, что индустрия и рынок пользуются неким сокращенным описанием, наиболее адекватно соответствующим описываемым объектам. Надо подчеркнуть, что это не маркировка производителя, это утверждение о соответствии некоему JEDEC-стандарту, и его вполне естественно встретить в самых разных местах, от технических описаний модулей памяти и материнских плат до прайс-листов про-

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора давцов памяти. Будучи сокращенным, оно не описывает полностью архитектуры модуля (это особенно актуально для DIMM), так что по умолчанию предполагается, что речь идет о наиболее распространенном, если таковое существует, устройстве данного типа, все же остальные должны снабжаться комментарием (например, buffered). Неподготовленного человека эти обозначения могут смутить, однако на самом деле все довольно просто. Число после черточки — не что иное, как время доступа (время такта для синхронных устройств), 70 наносекунд в приведенном примере. Как правило, оно пишется полностью (без опускания нулей, как это бывает при маркировке чипов), однако иногда опускается вообще (обычно когда и так ясно, о каком времени доступа идет речь). «Произведение* перед черточкой представляет собой организацию модуля памяти, которая, в свою очередь, есть произведение глубины адресного пространства на ширину шины, то есть количество линий ввода-вывода. (С адресным пространством все не совсем так, более правильно считать, что первый множитель — произведение адресного пространства на число банков, но на дальнейшие рассуждения это не повлияет.) В свою очередь, ширина шины однозначно (если изъять из рассмотрения SO DIMM, которые все же крайне редко применяют в настольных системах) определяет тип модуля. С наибольшей вероятностью вы можете встретить шины следующей ширины: •

х8, х9 — 30-пиновый SIMM без четности и с четностью соответственно.

•

х2, хЗ — некорректное, но иногда встречающееся обозначение тех же 30-пиновых SIMM, но в исполнении с малым количеством (2 и 3) чипов.

•

х32, хЗб — 72-пиновый SIMM без и с четностью (х32 также может быть 72-пин SO DIMM).

•

х64, х72 — 168-пиновый DIMM без четности/ЕСС (х64 также 144-пин5ОО1ММ).

Модуль без четности имеет ширину шины, кратную 8, а с четностью — другую (как правило, кратную 9). Дело в том, что весь «остаток» от деления ширины шины на 8 и есть биты четности. Далее, глубина адресного пространства измеряется в мегабитах (иногда так и пишут — 2МхЗб), реже в килобитах (разве что 256 и 512). Произведение (2x36) как раз и даст нам емкость модуля, хотя опять же в мегабитах. Чтобы перевести его в привычные всем мегабайты, нужно просто поделить результат на 8. Два замечания: Во-первых, нужно отбросить биты четности, то есть второй сомножитель — это ближайшее снизу к ширине шины число, кратное 8. Во-вторых, как уже упоминалось выше, х2 есть в действительности х8, а хЗ — х9 (то есть в конечном итоге та же восьмерка). Таким образом, 2x36-70 есть SIMM 8MB 72пин с четностью 70 не.

Маркировка Сейчас распространена ситуация, когда производитель маркирует печатную плату своим логотипом, но никакой другой полезной маркировки на плате

31

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора нет. По большому счету редко кто кроме major-производителей маркирует так называемый part number (артикул) на печатной плате, причем обычно краской, а не травлением (это в принципе понятно — как минимум ко времени доступа плата безразлична, поэтому маркировку все равно пришлось бы наносить). Иногда на платах имеются нанесенные краской своеобразные «checkbox» — предполагается, что после сборки производитель промаркирует емкость, время доступа и четность, но на практике это часто не делается. Очень часто для маркировки модулей используются также и наклейки (в том числе и major). Но надо иметь в виду, что если модули памяти вызывают у вас какое-либо подозрение, наклейкам доверять особо не следует — при современном состоянии полиграфии их ничего не стоит подделать (хотя качественно выполненный и аккуратно наклеенный металлизированный лэйбл — это не так уж и плохо). Естественно, наклейка продавца (а не производителя) имеет ограниченную ценность. Наконец, наиболее печальный факт — даже если у вас в руках модуль major/major с прекрасно различимой оригинальной маркировкой — это еше не значит, что вам удастся ее прочитать. Потому что никаких единых правил чтения маркировки не существует. Как правило, время доступа читается ничуть не хуже, чем на чипах. Организация тоже присутствует, но не очень понятно, в какой форме — почти наверняка есть ширина шины, а также либо глубина адреса (чаше), либо емкость. Позиция, на которой находится то или иное число — произвольная, другие числа и буквы — непредсказуемые. •

ESA1UN3241-60JS - SIMM 1x32 EDO производства Fujitsu. 60 не видно довольно отчетливо, 32 в принципе тоже (если у вас в руках SIMM, понятно, что искать нужно 32 или 36). Из цифр имеются также две единицы и четверка, спрашивается — кто из них глубина адреса, или же емкость? Ответ — первая единица, глубина адреса (41 означает чипы 1x4). За EDO отвечает первая буква. В оставшихся буквах закодировано, что перед нами SIMM 72-пин небуферизованный 5В, на базе SOJ с оловянными контактами. HYS72V4000GR-10 - DIMM 4x72 SDRAM от Siemens. HYS модуль SDRAM, 72V4 — 4x72 3.3В, последовательность нулей означает, что никаких особых отклонений (от стандарта SDRAM DIMM) нет, G — золоченое покрытие контактов, R — registered, 10 — наносекунды, разумеется. Несложно видеть, что принципы кодирования информации имеют между собой мало общего (в случае с Fujitsu о емкости модуля можно только догадываться...),

Похожая ситуация и у других «брэндов». В первом приближении — найдите в маркировке подходящую к вашему модулю ширину шины, ближайшая к ней цифра (буквы можно игнорировать) спереди или сзади будет глубиной адреса (хотя может оказаться и емкостью). Или, если есть возможность, посетите сайт производителя и постарайтесь найти такую же или аналогичную маркировку, или хотя бы определить исповедуемые данным производителем принципы. Маркировку большинства других модулей, промаркированных производителями как «стандартные», следует пытаться читать описанным в предыдущем абзаце способом. В принципе, иногда стандартные модули могут быть промаркированы и «открытым текстом», хотя нельзя не отметить, что наличие «артикула» производителя все же весьма желательно — он свидетельствует о более высоком

32

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора уровне производства (здесь имеется в виду, что артикул+каталог позволяют описать модуль намного более подробно, чем просто сообщив время доступа и организацию). Наконец, в принципе можно столкнуться и с proprietary-маркировкой в двух ее ипостасях. Во-первых, модуль, извлеченный из brand-name устройства, с большой вероятностью несет на себе pan number данного брэнда. Если вы (являясь, например, специалистом по этому брэнду) сможете извлечь из этой информации пользу — вас можно поздравить, кроме того, всегда можно попытаться сделать на web-сервере данного брэнда поиск по этому номеру — есть шанс получить приемлемое описание модуля. Во-вторых, модуль мог быть изготовлен genericпроизводителем для применения опять же в устройствах некоего брэнда. Если вы в состоянии определить производителя — идите на его сервер, определяйте part number брэнда — и задача сведена к «во-первых». В противном случае — довольно часто в маркировке явным образом указана емкость (обычно в виде наподобие 8MEG или ххх/32), однако есть риск, что это емкость не данного модуля, а комплекта, в который он входит. Опять же, остается вопрос с четностью, временем доступа. Есть ли связь между маркировкой чипов и характеристиками модуля? Предположим для начала, что маркировка чипов вполне соответствует их характеристикам, иначе мы рискуем погрузиться слишком глубоко. В нашем случае ответ на вопрос будет — да, характеристики чипов и модуля совпадают, по крайней мере в первом приближении. Более точно — тип модуля (fast page, EDO, SDRAM) наверняка соответствует типу чипов, а время доступа — соответствует, как правило. Как правило — потому, что «официальное» (промаркированное) время доступа модуля иногда может быть хуже, чем у составляющих его чипов. Дело в том, что по мере развития технологии более медленные чипы попадают в разряд относительно дефицитных. С другой стороны, если чип работает, скажем, на 60 не, он обязан работать и на 70 не. Поэтому нередко можно видеть модуль 70 не (согласно маркировке и PRD), собранный из 60 не чипов. Его реатьное время доступа при этом может, конечно, составлять и 45 не — маркировка чипов указывает лишь нижнюю границу времени доступа... Производители, склонные считать свой товар «марочным» и, соответственно, готовые отвечать за его качество, маркировку обычно наносят, чаще всего травлением платы или краской. Это относится практически ко всем производител я м из имеющихся на данном сайте списков «major» и «generic», причем второй список далеко не исчерпывающ. Логотип или название чаще всего легко читаются и отождествляются. «Все остальные» производители (качества от среднего до никакого) чаще всего не имеют собственного производства печатных плат (на которые и наносится маркировка), а также не очень заинтересованы в отождествлении потребителем их как производителей, соответственно маркировка либо отсутствует вообще, либо (реже) применяется «одноразовая» — набор букв или хвалебное слово, Надо иметь в виду, что в Азии существует несколько крупных производителей печатных плат, которые продают их сборщикам, и некоторые из этих производителей (опять же — наиболее себя уважающие) ставят на платах свой логотип. Соответственно, по маркировке можно определить производителя платы и с

33 2-41С

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора большой вероятностью регион сборки. Так, модули с датой производства платы (типа 9607) в «жидкокристаллическом» стиле скорее всего происходят с Тайваня, а модули с маркировкой GT — из Сингапура. Кстати, на мой взгляд, такая маркировка все же говорит об определенном качестве как минимум платы и все же лучше, чем никакая.., PRD PRD — это «электрическая» маркировка модуля памяти. Эта маркировка может быть считана контроллером памяти, что позволит ему правильно сконфигурировать схему доступа. Начиная с 72-пииовых SIMM все стандартные модули памяти имеют и стандарт на PRD. 1:ели говорить конкретно о 72-пиновых SIMM, то под PRD там зарезервированы контакты с 67 по 70-й. Информация передается путем заземления (или незаземления) этих контактов (заземление обычно производится на 72-й контакт). Первая пара контактов отвечает за емкость модуля, вторая — за время доступа. Таким образом, на каждый параметр приходится по 2 бита информации (то есть 4 возможных варианта). Для передачи всего спектра емкостей, существующих в природе (от 1 до 128 MB), этого явно недостаточно, как результат, емкостям, отличающимся в 16 раз (например, 4 и 64 М В), соответствует одна и та же конфигурация PRD. Похожая ситуация и с временем доступ а — с той разве что разницей, что сильно отличающиеся времена доступа, как правило, не сосуществуют в рамках одного форм-фактора. У DIMM, как правило, для PRD отведено больше контактов, поскольку количество значимых параметров (напряжение питания, буферизованность, число банков, глубина refresh) также больше. Технологически PRO, как правило, выполняется следующим образом — на печатной плате оставляются специальные пары контактных площадок. Соединение между собой какой-либо пары таких площадок (посредством напаив а н и я резистора нулевого или низкого сопротивления) и представляет собой заземление соответствующего пина PRD. Обычно это происходит одновременно с напаиванием всех других чипов, включая DRAM. Этот набор контактных площадок, часть из которых закорочена, в общем-то несложно увидеть (при условии, что он на модуле имеется).

Самое же интересное в PRD заключается в том, что контроллеры памяти используют его крайне редко. Большинство контроллеров способны вполне самостоятельно определить рабочие характеристики модуля памяти и соответственно сконфигурировать схему доступа, причем понятно, что прямые тесты дают более достоверную информацию. Как результат, подавляющее большинство no-name производителей в порядке экономии нескольких центов не напаивают PRD вообще, выпуская тем самым не соответствующий JEDEC продукт (что в подавляющем большинстве случаев ни на что не влияет, но все же некрасиво).

ЕСС ЕСС обычно расшифровывается как Error Checking and Correction, существуют и другие версии, но смысл заключается в том, что речь идет о схеме обнаружения и исправления ошибок в памяти. За счет чего удается добиться таких потрясающих результатов? Идея, лежащая в основе метода, довольно проста — пусть каждый бит основной памяти входит более, чем в одну контрольную сумму. Это потребует увеличения числа контрольных бит (напомним — стандартный метод контроля четности реально не требует более 1 контрольного бита на всю шину), но даст возможность восстанавливать позицию (а. следовательно, и значение) - •

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора сбойного бита по позициям нссошедшихся контрольных сумм. Предполагается, что контроллер памяти самостоятельно восстанавливает это значение, не прерывая работу всей системы (хотя разумно при этом генерировать системное сообщение об исправленной ошибке, чтобы владелец системы, если такие сообщения повторяются, мог принять меры по замене памяти, не дожидаясь бол ее значительных сбоев).

SIMM с четностью Это так называемый SIMM, предназначенный для работы в системе с контролем четности. В случае 30-пинового S I M M — что S I M M , имеющий помимо 8 бит основных данных дополнительный бит четности, то есть стандарт х9). В случае 72-пинового SIMM все далеко не так просто. Классический SIMM с четностью представляет собой как бы сумму четырех SIMM x9, к каждому из которых теоретически возможен независимый доступ (это достигается тем, что каждые 9 бит — 8 основных и один бит четности — присоединены к отдельному CAS). Такая структура осталась в наследство от тех времен, когда 72-пиновые SIMM только приходили на смену 30-пшювым, и разработчикам просто лень было переделывать наряду с модулями и гнездами еще и контроллеры. Как бы то ни было, с логической точки зрения эти 36 являются 4х(8+1). Так называемые «ЕСС SIMM» хЗб, в отличие от SIMM «с чет ностью», имеют 36 абсолютно равноценных (и адресуемых через единственную л и н и ю CAS) бит. Как правило, такие SIMM не предназначены для работы (и не будут работать) в системах с «обычным* контролем четности из-за имеющихся архитектурных отличий. Отличить первые от вторых относительно просто — S I M M с четностью имеет 8 (или 16) чипов основной памяти (малочиповые варианты можно вообще не рассматривать — они ЕСС быть не могут) плюс 4, реже 2 или 1 (8. 4 и 2 соответственно) отличающихся от них чипов четности. FCC SIMM имеет 9 (18) абсолютно одинаковых чипов.

ЕСС SIMM ЕСС SIMM — понятие, к сожалению, сплошь и рядом применяемое неверно, в основном ввиду имевшего ранее место чрезвычайного многообразия контроллеров ЕСС. В наиболее узком смысле (причем это определение не имеет полного права называться единственно верным) — это S I M M 72-пин организации чЗб с одной линией CAS. В самом широком — любой SIMM, предназначенный для работы в устройстве с ЕСС (иди работающий в нем). Речь но всех случаях идет о 72-пиновых SIMM, ниже приводится п р и м е р н ы й список: SIMM x4U, реже х39, иногда называемые также ЕСС SIMM ^старого стандарта» — действительно применялись в устаревших, эпохи 486-х процессоров, контроллерах ЕСС. ECC-on-SIMM — разработанный IBM модуль, несущий на себе чип контроллера ЕСС. Одно время такого рода SIMM применялись в старших моделях серверов той же IBM, а также Digital и HP. Похоже, владельцам т а к и х серверов повезло меньше всего, поскольку никто из generic-производителе и такие SIMM не выпускал (очевидно, ввиду отсутствия чипов ЕСС), поэтому апгрейд памяти такого сервера может превратиться в проблему.

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора Обычный SIMM x36 с четностью. Большинство современных контроллеров способно реализовывать ЕСС на таких модулях. Таким образом, если вам, к примеру, необходимо приобрести (или предлагают это сделать) ЕСС SIMM, постарайтесь выяснить заранее, о каких имен но модулях идет речь — это может позволить вам сэкономить как время, так и деньги, Еще одно обстоятельство, на которое стоит обратить внимание — это кратность модулей — последние реализации ЕСС позволяют устанавливать модули хЗб парами, в то время как более ранние требовали установки 4 модулей одновременно, гак что фраза типа «ЕСС kit» требует еще более внимательного выяснения подробностей.

Логическая четность Логическая четность (logic parity, известна также под названием bridge parity, parity emulation, наиболее правдивое название fake parity — «ложная четность») — техническое решение, впервые примененное в 1994-1995 году. В это время происходил массовый переход индустрии PC на более дешевую память без четности. Обделенными при этом чувствовали себя владельцы еще относительно новых на тот момент 486-х компьютеров, подсистема памяти которых не позволяла использовать такое решение, в результате чего они без особой на то необходимости были вынуждены использовать дорогостоящую четность. Для них и была предназначена четность логическая. Идея, в сущности, была довольно простая. Как известно, в рамках контроля четности для группы бит, записываемых в память, контроллер вычисляет контрольную сумму и записывает ее в виде специального бита четности. При считывании данных контрольная сумма вычисляется снова и сравнивается с хранящейся в бите четности, при совпадении двух сумм данные считаются аутентичными. Необходимость хранения битов четности и удорожала всю систему. Модули с логической четностью вообще не имеют чипов четности, зато имеют логический чип, который при считывании данных сам вычисляет «контрольную» сумму и предъявляет ее контроллеру, как если бы эта сумма сохранялась в модуле. Понятно, что эта сумма всегда совпадает с той, которую вычислит сам контроллер, таким образом фактически контроль четности отсутствует, Цена логической микросхемы по сравнению с чипами четности исчезающе мала, так что главную задачу — экономию — можно считать выполненной. Таким образом, вообще говоря, можно признать правомерным использование модулей с логической четностью там, куда они первоначально были предназначены — в устаревших настольных системах, в которых невозможно отключить контроль четности, однако отсутствует реальная необходимость его осуществлять. При условии, конечно, что эти модули там заработают — во многих brand-name системах (а брэнды в свое время часто применяли нестандартные контроллеры) такая память неработоспособна. Тому есть естественное объяснение — никакая логика не срабатывает мгновенно, соответственно, логическая четность вносит изменения во временные диаграммы модуля памяти, и эти изменения одобрит не всякий контроллер. Кроме того, бессмысленно было бы возражать против использования таких модулей в системах без контроля (или с отключенным контролем) четности, при условии, конечно, что вы не проиграете в деньгах по сравнению с обычной памятью без четности — никакого преда в такой ситуации ложная четность не принесет.

36

Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора К сожалению, у ряда пользователей сложилось впечатление, что логическая четность просто является более современным (и в силу этого дешевым) вариантом четности истинной. К еще большему сожалению, многие торговцы памятью не устояли перед соблазном заработать легкие деньги. Грошки за ними водились разные, начиная от вполне невинных (продажа «логики» чуть дешевле истинной четности, когда стоить она должна всего лишь чуть дороже памяти «без четности», или объявление в прайс-листах очень низкой цены на память с четностью, которая после прямого вопроса оказывается «логикой») до довольно несимпатичных (сокрытие от покупателя того факта, что он приобретает «логику» вплоть до камуфляжа логики под истинную четность, агитация за «логику» как за лучшее, чем истинная четность, решение). Поэтому хотелось бы обратить внимание на отрицательные стороны «логической четности». Логическая четность, как минимум, не повышает совместимость модулей с вашим компьютером — не исключено, что работать она не будет или будет вызывать сбои. Сумматор в лучшем случае не ухудшит временные характеристики подсистемы памяти, но вполне может это сделать, Установка ложной четности в сервер не рекомендуется ни под каким предлогом — даже если сервер и будет с ней работать, в конце концов, большие деньги за него платили именно во имя надежности, которой вы поступаетесь. Наконец — имейте в виду, что уважающие себя производители (включая всех major) никогда не выпускали SIMM с логической четностью — таким образом, вы покупаете продукт низшей, чем это возможно, категории качества. Таким образом, вывод— за исключением двух описанных выше случаев, применение логической четности рекомендовать нельзя никак, в этих же двух случаях — можно с определенной натяжкой. Как отличить модули с «логической» четностью? Ответ довольно простой — модули с «логикой» вместо чипов четности имеют чип г и оставить старую на старом разделе, при этом вы ничего не потеряете и, при желании, можете вернуться к первоначальному состоянию, удалив созданный раздел. Что касается логических разделов, то их вы можете создать внутри расширенного раздела точьв-точь, как fdisk в старом, иссм привычном DOS. Любой из разделов вы можете сделать скрытым (естественно, кроме активного — иначе как же ему будет возможно передать управление?). Скрыть загружаемый раздел имеет смысл в том случае, когда у вас на машине установлено много операционных систем и это приводит к путанице: каждый раз приходится вспоминать, какая литера к; какому разделу относится, или, что еще хуже, некоторые разделы (содержащие специфические файловые системы) становятся недоступными из-под некоторых ОС, но при этом изпод них «видны», что бывает крайне неудобно. Второй мастер - Resize Partitions - позволяет перераспределять размеры разделов на диске. Тех же целей ны можете добиться с помощью команды Move/ Resize.... Вы можете двигать разделы по жесткому диску, как мебель по комнате, сжимать и растягивать их. К примеру, вы создали слишком маленький раздел диска, а ваша система со временем распухла, как тесто на дрожжах, после установки кучи приложений и игрушек. Деваться некуда: переразмечать диск и ставить все заново — совершенно неутешительный выход из положения. Но при помощи Partition Magic вы можете «ужать» расширенный раздел, а на освободившееся место «раздвинуть» системный. При этом данные на преобразованных разделах данных останутся нетронутыми, а после произведенных операций вы спокойно загрузитесь и продолжите работу. В случае если ваша файловая система на разделе, подвергающемся изменениям, повреждена. Partition Magic определит это и предложит вам запустить для проверки Norton Disk Doctor, если он установлен на ва-

!

Часть четвертая. Модернизация носителей информации шей системе. Любой процесс работы с созданным разделом содержит фазы проверки целостности разделов, таблиц размещения файлов и кластеров, что предотвращает некорректное завершение любых процессов. Есть еще одно удобство у этой функции — вы можете назначать размер раздела не только в мегабайтах, но и в размерах кластера. Partition Magic сразу покажет вам, какой максимальный размер на вашем диске может занимать раздел при указанной величине кластера. Третий мастер — «Redistribute free space» — практически дублирует функцию предыдущего с той лишь разницей, что перераспределяет разделы таким образом, чтобы свободное место на них было равным. Последний, четвертый мастер позволяет сливать два раздела FAT/FAT32 в один, причем содержимое второго (присоединенного) раздела при этом сохраняется в отдельную директорию, указанную вами заранее. Тоже самое вы можете сделать командой «Merge...» Помимо перечисленных возможностей, Partition Magic обладает набором стандартных функций работы с жестким диском: удаление раздела, его форматирование, изменение метки тома, проверка повсрхноети диска и получение детальной информации о разделе. Особенного внимания заслуживает функция копирования разделов. Это действительно замечательнейшее изобретение! Представьте себе такую ситуацию: вы купили новый винчестер и вам предстоит замена старого со всеми вытекающими из этого обстоятельствами. У вас на старом диске операционная система (системы) со специфичными настройками «под себя», куча рабочих программ, настройки сети, серверных и клиентских приложений, архивы проектов и документов, save-файлы игрушек и прочее. И вее это вам нужно сохранить и воспроизвести на новом носителе! Само собой, никто не даст стопроцентной гарантии, что вы при сохранении ценной информации со старого диска что-нибудь да не забудете. И в ряде случаев такого рода замена может стоить вам потерянных двух рабочих дней, а может, даже и больше (к примеру, вы меняете диск в сервере). Вот здесь вам и поможет Partition Magic, а точнее замечательная функция «Сору...». Достаточно вызвать эту команду, и утилита вам предложит скопировать целиком, «сектор в сектор», выбранный заранее раздел диска на свободное неформатированное дисковое пространство. Процесс копирования раздела NTFS размером 2 Гб вместе с всеми многочисленными «верификациями», «валидаииями» и «чеками» занимает не более 30-40 минут. При этом переносится содержимое загрузочного сектора и сохраняется метка тома. После окончания процесса копирования можете смело отключать старый диск и грузиться с нового как ни в чем не бывало. При этом информация на старом диске останется невредима — Partition Magic блокирует возможность его изменения. Это исключает необходимость подстраховки на случай сбоя при копировании и создания страховочных копий (backups). Вот еще какая замечательная идея может прийти в голову по использованию этой функции: сборщики компьютеров при установке ОЕМ-варианта Windows на новую машину могут в качестве стандартной заготовки использовать одну проинсталлированную копию ОС на мастер-диске, и, как на конвейере, переписывать ее на жесткие диски, которыми комплектуются машины сходной конфигурации (естественно только на те, с которыми поставляется Windows). При этом не требуется разбивать диск на части, форматировать его, тридцать три раза перегружать машину при установке Windows и мучиться с установкой непослушных драйверов. Сборщики, запомните этот совет!

93

Часть четвертая. Модернизация носителей информации Кроме перечисленных стандартных функций Partition Magic обладает рядом дополнительных «приятностей», в числе которых функция конвертации файловых систем и разделов и изменение литер разделов. Можно Primary преобразовывать в Logical и наоборот. Файловые системы Partition Magic позволяет конвертировать следующим образом: FAT в FAT32, HPFS, NTFS; FAT32 в FAT; NTFS в FAT, FAT32. Таким образом, вы с легкостью можете отказаться от файловой системы NTFS в пользу FAT без переустановки Windows NT, к примеру, если вашей машине тяжело работать с NTFS. Многие могут возразить: вот лереконвертишь, а потом вообще никогда не увидишь раздел. Что ж, всякое бывает... В третьей версии была подобная проблема: с некоторыми старыми моделями жестких дисков (Maxtor, Samsung) на машинах (как правило, на брендовых) с экзотическими IDE-контроллерами такое случалось, что косвенно может указать на «дыры» в этой функции. Что же касается Partition Magic 5, то таких прецедентов не было. Скажу даже больше - я специально прерывал процесс конвертации FAT в NTFS: естественно, таблица рушилась и после этого раздел не читался, но при повторном запуске Partition Magic анализировал произведенные изменения и восстанавливал ее, после чего коррекгно проводил конвертацию. Функция присвоения разл и ч н ы м разделам произвольные литеры реализована только для Windows NT и фактически дублирует аналогичную из средства NT Disk Administrator, Такие манипуляции обычно производят при подключении новых дисков, при перепланировании разделов, когда установленные приложения по ряду причин вдруг оказываются на разделе, которому присвоена другая литера, и потому перестают запускаться. Последние версии Partition Magic (а именно 4 и 5) значительно усовершенствованы: вес процедуры, назначаемые пользователем, выполняются одним пакетом. Вы можете сконструировать пакет, к примеру, так, чтобы выполнение его занимало меньше времени или чтобы он состоял из меньшего количества шагов. В случае, если вы в процессе разработки пакета осознали, что случайно удалили нужный раздел или сделали что-то ненужное, вы можете сделать откат пакета, нажав кнопку Discard Changes. Просмотреть все шаги пакета возможно встроенным вьювером, вызываемым командой «View operations pending...». После того как пакет сформирован, вам остается нажать кнопку «Apply Changes». При этом Partition Magic запишет batch-файл, команды которого Partition Magic выполнит поеле перезагрузки ОС, Для Windows 9x отработка пакета производится в сеансе MS-DOS, а под Windows NT после загрузки драй веров IDE- и SCSI-устройств и перед началом загрузки графического интерфейса. При загрузке в режиме «On The Fly» отработка пакета происходит непосредственно в среде Partition Magic и перезагрузки не требует. Кроме собственно основного модуля «Partition Magic» в поставку продукта включено несколько утилит, запускаемых как из-под него, так и отдельно. Они гармонично дополняю! функциональность Partition Magic и предназначены для решения ряда смежных задач, возникающих при формировании новой схемы разделов. Утилита «Drive Mapper» позволит вам восстановить перекрестные ссылки, записи реестра, ini-файлы, ярлыки после внесения изменений в схему разделов диска: удаления, создания, скрытия разделов. Эта утилита выполнена в виде удобного мастера, пошагово выполняющего сканирование раздела, содержащего «пострадавшие» приложения, проверку реестра текущей ОС и секции ini-файлов, со-

"-

Часть четвертая. Модернизация носителей информации держащих ссылки на рабочий каталоги приложений, и вносит соответствующие коррективы. Утилита «Magic Mover» представляет собой мастер для переноса Windowsприложений в новый каталог или раздел диска. К примеру, вы хотите перетащить все программы Adobe Systems из папки C:\Program Files в папку D:\Adobe. Для этого вам необходимо запусти гь Magic Mover и выбрать ярлык или группу ярлыков системного меню, рабочего стола либо иную папку, содержащую ярлыки, относящиеся к приложениям Adobe, и запустить процесс сканирования. В процессе сканирования утилита полностью проанализирует всю структуру рабочих файлов приложения, записи в реестре, ini-файлы. По окончании операции вам остается лишь ввести в соответствующее поле формы альтернативный путь к файлам приложения «D:\Adobe» и нажать «Move». Таким образом возможно «разгрузить» переполненный логический диск, упорядочить размещение приложений на нем. Третья утилита называется «Boot Magic Configuration». Это интерфейс управления опциями мультизагрузчика «Boot Magic», о котором я упоминал выше. Boot Magic — правоприемник «полуосевого» Boot Manager, включенного в поставку первых версий Partition Magic. Сам Boot Magic устанавливается на активный раздел FAT или FAT32 и коммутирует загрузочные разделы при загрузке компьютера. Сего помощью возможно безболезненно держать на машине несколько операционных систем на разных разделах и загружать их. Он обладает приятным графическим интерфейсом с поддержкой мыши для нажатия на кнопки меню выбора ОС. Boot Magic Configuration позволяет гибко настраивать работу Boot Magic: устанавливать время ожидания нажатия кнопки — пункта меню, добавлять и удалять загружаемые разделы в меню, называть кнопки меню (поумолчанию названия им присваивает Boot Magic в зависимости от файловой системы раздела) и устанавливать по умолчанию загружаемый раздел. Для любителей, привыкших к System Commander и упрямо не желающих с ним расстаться: Partition Magic лояльно относится к нему и не калечит его, но необходимо учитывать при установке System Commander, что версии этого мультизагрузчика ниже 2.06 не «понимают» запись Boot Sector, модифицированную программой Partition Magic. Утилита Partition Into создана как отдельный модуль Partition Magic и позволяет выводить в текстовый файл, буфер обмена и на печать информацию о жестких дисках, разделах, располагающихся на них, о загрузочной записи. Последняя утилита пакета Partition Magic называется PQBoot и с успехом заменяет Boot Magic (это может потребоваться вам при отсутствии на жестком диске FAT/FAT32 раздела). Она позволяет вам выбрать раздел для загрузки после рестарта машины.

Часть пятая. Модернизация коммуникационного оборудования

Часть пятая. Модернизация коммуникационного

оборудования

Глава 1: Основные характеристики модемов Модем — устройство, позволяющее компьютеру выходить на связь с другим компьютером посредством телефонных линий. Факс-молем — модем, позволяющий также принимать и посылать факсимильные сообщения. По своему внешнему виду и месту установки модемы подразделяются на внутренние и внешние. Внутренние модемы представляют собой электронную плату, устанавливаемую непосредственно в компьютер, а внешние — автономное устройство, подсоединяемое к одному из портов. Внешний модем стоит, как правило, немного дороже внутреннего того же типа из-за внешней привлекательности (индикаторы, регулятор громкости) и более легкой установки. Основной параметр в работе модема — скорость передачи данных. Она измеряется в bps (бит в секунду) и устанавливается фирмой-производителем в 2400. 9600, 14400, 16800, 19200 или 28800 bps. Иногда встречаются устаревшие модели модемов (300 и 1200 bps), но они уже практически вышли из употребления. Также важными показателями в современных модемах является наличие режима коррекции ошибок и режима сжатия данных. Первый режим обеспечивает дополнительные сигналы, посредством которых модемы осуществляют проверку данных на двух концах линии и отбрасывают немаркированную информацию. а второй сжимает информацию для более быстрой и четкой ее передачи, а затем восстанавливает ее на получающем модеме. Оба эти режима заметно увеличивают скорость и чистоту передачи информации, особенно в российских телефонных линиях. Одна из передовых фирм-производителе и модемов «Hayes Microcomputer Products» приняла основные стандарты для команд модемов, включая набор АТкоманд, с помошью которых пользователь может непосредственно управлять работой модема. Сегодня Hayes-стандартами пользуется подавляющее большинство фирм во всем мире и лучшие модемы являются Hayes-совместимыми. Также существуют мировые стандарты скорости модема, сжатия данных и коррекции ошибок. Эти стандарты устанавливаются комитетом ITU-T (стандарт СС1ТТ) и фирмой Microcom (стандарт MNP). Самые лучшие модемы соответствуют обоим этим стандартам.

91

Часть пятая. Модернизация коммуникационного оборудования Самые распространенные стандарты CCITT сегодня: •

стандарт скорости 9600 bps — V.32 и скорости 14400 bps — V.32bis;

•

стандарт коррекции ошибок — V.42;

•

стандарт сжатия данных с коэффициентом 4:1 — V.42bis,

Основные стандарты пересылки факсимильных сообщений — Class 1 и Groop IV, поддерживающие скорость до 19200 bps и сжатие данных. Сейчас на мировом рынке модемов фактически правят две фирмы: ZyXEL и US Robotics. Они производят самые скоростные и самые качественные модемы и факс-модемы. Очень дорогие суперсовременные модемы ZyXEL имеют возможность воспроизведения голоса, записанного в цифровом режиме и сжатия речевых сигналов, что позволяет использовать их в качестве автоответчиков. Также некоторые модели ZyXEL U-1496 и US Robotics Courier снабжены переключателем речь/данные, встроенным тестированием и другими полезными функциями. Основное качество модемов ZyXEL — богатейший выбор возможностей, хотя это значительно увеличивает их стоимость, а модемов US Robotics (Courier и Sportster) — надежность при относительно низкой цене на них. Среди новинок последних лет в мире модемов можно также выделить специальные модемы для Notebook, поставляемые на платах типа PCMCIA. Эти платы очень удобны своей компактностью, они позволяют компьютеру не отдавать свободный СОМ-порт под внешний модем, но все же они много дороже, чем обычный модем. Последние годы спрос на модемы и факс-модемы стал достаточно высок, так как они необходимы практически каждому работающему на компьютере человеку. Модемы позволяют достаточно быстро передавать с одного компьютера на другой пакеты документов и связываться по электронной почте, а также обеспечивают доступ в глобальные мировые сети (Internet) для установления контактов с зарубежными партнерами.

Модуляция-демодуляция Понятие «модем» является сокращением от известного компьютерного термина модулятор-демодулятор. Модем — это устройство, которое преобразовывает цифровые данные, исходящие из компьютера, в аналоговые сигналы, которые могут передаваться по телефонной линии. Все это дело называется модуляцией. Аналоговые сигналы затем вновь преобразовываются в цифровые данные. Это дело называется демодуляцией. Схема весьма простая. В модем из центрального процессора компьютера поступает цифровая информация в виде нулей и единиц. Модем анализирует эту информацию и преобразовывает ее в аналоговые сигналы, которые и передаются через телефонную линию. Другой молем получает эти сигналы, преобразовывает их опять в цифровые данные и посылает эти данные назад в центральный процессор удаленного компьютера. Например, в Windows в параметрах настройки модема существует опция Modulation type (Тип модуляции), которая позволяет выбирать частотную или импульсную модуляцию. На всей территории России используется импульсная модуляция.

97

Часть пятая. Модернизация коммуникационного оборудования

Аналоговый и цифровой сигналы Телефонная связь осуществляется через так называемые аналоговые (звуковые) сигналы. Аналоговый сигнал идентифицирует информацию, которая передается непрерывно, в то время как цифровой сигнал идентифицирует только те данные, которые определены на конкретном этапе передачи. Преимущество аналоговой информации перед цифровой есть способность полностью представить непрерывный поток информации. С другой стороны на цифровые данные менее сказываются разного рода шумы и скрежеты. В компьютерах данные хранятся в индивидуальных битах, суть которых есть 1 (начать) или 0 (закончить). Если все это дело представить графически, то аналоговые сигналы есть синусоидальные волны, в то время как цифровые сигналы представляются в виде прямоугольных волн. Например, звук является аналоговым сигналом, поскольку звук всегда изменяется. Таким образом, в процессе пересылки информации по телефонной линии, модем получает цифровые данные от компьютера и преобразовывает их в аналоговый сигнал. Второй модем, находящийся на другом конце линии, преобразовывает эти аналоговые сигналы в исходные цифровые данные.

Интерфейсы Вы можете использовать модем в вашем компьютере с помощью одного из двух интерфейсов. Ими являются: • •

MNP-5 Последовательный интерфейс RS-232. MNP-5 Четырехконтактный телефонный кабель RJ-11.

Например, внешний модем подключается к компьютеру посредством кабеля RS-232, а к телефонной линии — с помощью кабеля RJ11.

Сжатие данных В процессе передачи данных необходима скорость большая, чем 600 битов за секунду (bps или бит/сек). Связано это с тем, что модемы должны собрать биты информации и передавать их далее через более сложный аналоговый сигнал (весьма мудреная схема). Сам процесс подобной передачи допускает передачу многих битов данных в одно и то же время. Понятно, что компьютеры более чувствительны к передаваемой информации и поэтому воспринимают ее намного быстрее, чем модем. Это обстоятельство порождает дополнительное время модема, соответствующее тем битам данных, которые необходимо как-то сгруппировать и применить к н и м те или иные алгоритмы сжатия. Так появились два так называемых протокола сжатия: •

MNP-5 (протокол передачи, имеющий степень сжатия 2:1).

•

V.42bis (протокол передачи, имеющий степень сжатия 4:1).

Протокол MNP-5 обычно используется при передаче тех или иных уже сжатых файлов, в то время, как протокол V.42bis применятся даже к несжатым файлам, так как он может ускорять передачу именно таких данных. Нужно сказать, что при передаче файлов, если протокол V.42bis вообще недоступен, то лучше всего отключить и протокол MNP-5.

18

Часть пятая. Модернизация коммуникационного оборудования

Коррекция ошибок Коррекция ошибок — метод, с помощью которого модемы тестируют пересылаемую информацию на предмет наличия в ней тех или иных повреждений, возникших в течение передачи. Модем разбивает подобную информацию на маленькие пакеты, которые называются фреймами. Передающий модем присоединяет так называемую контрольную сумму к каждому из этих фреймов. Модем получения проверяет, соответствует ли контрольная сумма посланной информации. Если — нет, то фрейм опять пересылается.

ern «FIOI Enable mgtfeifi еоич

Shcuv terramal wdow Enable ntojjem speak»

Фрейм является одним из ключевых терминов передачи данных. Под фреймом понимают базовый блок данных с заголовком, присоединенной к этому заголовку информацией и данными, которые и завершают сам фрейм. Добавленная информация включает номер фрейма, данные о размере передаваемого блока, синхронизирующие символы, адрес станции, код коррекции ошибок, данные переменного объема и так называемые индикаторы Начало передачи (стартовый бит)/Конец передачи (стоп-бит). Это означает, что фрейм является пакетом информации, который передается как одно целое. Например в Windows 98 в параметрах настройки модема существует опция Stop bits (Стоповые биты), которая позволяет установить количество стоповых битов. Стоповые биты данных являются одной из разновидностей так называемых граничных служебных битов. Стоповый бит определяет конец цикла при асинхронной передаче (промежуток времени между передаваемыми символами меняется) данных в кратковременном цикле.

Протоколы MNP2-4 и V.42 Несмотря на то, что коррекция ошибок может замедлять передачу данных на шумных линиях, этот метод обеспечивает надежную связь. Протоколы MNP24 и V.42 являются протоколами коррекции ошибок. Эти протоколы определяют, каким образом модемы проверяют данные. Как и протоколы сжатия данных, протоколы коррекции ошибок должны поддерживаться как передающим, так и принимающим модемами.

99

Часть пятая. Модернизация коммуникационного оборудования

Управление потоком или Flow Control В процессе передачи один модем может пересылать данные намного быстрее, чем другой модем может принимать эти данные. Так называемый метод управления потоком позволяет сообщить принимающему модему информацию о том, чтобы этот модем в какие-то моменты времени приостанавливал прием данных. Управление потоком может быть реализовано как на программном (XON/ XOFF — Старт-сигнал/Стоп-сигнал), так и на аппаратном (RTS/CTS) уровнях. Управление потоком на программ ном уровне осуществляется через пересылку определенного знака. После того, как сигнал получен, передается другой символ. Например, в Windows в параметрах настройки модема существует опция Data bits (Биты данных), которая позволяет установить информационные биты данных, используемые системой для выбранного последовательного порта. Стандартный набор символов компьютера состоит из 256 элементов (8 бит). Поэтому опция по умолчанию есть 8. Если ваш модем не поддерживает псевдографику (работает только со 128 символами), сообщите об этом выбором опции 7. Там же в Windows в параметрах настройки модема существует и опция Use flow control (Управление потоком), которая позволяет определить способ реализации обмена данных. Здесь вы можете исправлять возможные ошибки, возникающие при передаче данных от компьютера в модем. Принятая по умолчанию, установка XON/XOFF означает, что управление потоком данных осуществляется программными методами через стандартные управляющие символы ASCII, которые и посылают в модем команду приостановить/ возобновить передачу. Управление потоком на программном уровне возможно лишь в том случае, если используется последовательный кабель. Так как управление потоком на программном уровне регулирует процесс передачи посредсгвом пересылки некоторых символов, то может возникнуть сбой или даже окончание сеанса связи. Объясняется это тем, что тот или иной шум в линии может сгенерировать совершенно аналогичный сигнал. Например, при управлении потоком на программном уровне, бинарные файлы не могут пересылаться, поскольку подобные файлы могут содержать управляющие символы. Через управление потоком на аппаратном уровне RTS/CTS передача информации осуществляется намного быстрее и безопаснее, чем через управление потоком на программном уровне.

Буфер FIFO и микросхемы универсального асинхронного интерфейса UART Буфер FIFO чем-то похож на перевалочную базу: пока данные поступают в модем, часть их отправляется в емкость буфера, что дает некоторый выигрыш при переключении с одной задачи на другую. Например, операционная система Windows 98 поддерживает только микросхемы универсального асинхронного интерфейса (Universal Asynchronous Receiver Transmitter, UART) серии 16550 и позволяет управлять самим буфером FIFO. С помощью флажка Use FIFO buffers requres 16550 compatible UART (Использовать буферы FIFO) вы можете заблокировать (не позволять системе накапливать данные в емкости буфера) или разблокировать (дать возможность системе накапли-

100

Часть пятая. Модернизация коммуникационного оборудования вать данные в емкости буфера) буфер FIFO. Нажав кнопку Advanced, вы обратитесь к диалогу Advanced Connection Settings (Дополнительные параметры соединения), опции которой позволяют настроить соединение вашего модема.

S-регистры S-регистры находятся где-то внутри самого модема. Именно в этих самых регистрах хранятся установки, которые тем или иным образом могут влиять на поведение модема. В модеме присутствует масса регистров, но только первые 12 из них считаются стандартными регистрами. S-регистры устанавливаются таким образом, что посылают в модем команду ATSN=xx, где N соответствует номеру устанавливаемого регистра, а хх определяет сам регистр. Например, через регистр SO вы можете задать количество звонков для ответа.

Прерывания IRQ Периферийные устройства связываются с процессором компьютера через так называемые прерывания IRQ. Прерывания являются сигналами, которые заставляют процессор приостановить ту или иную операцию и передать ее выполнение так называемому обработчику прерываний. Когда центральный процессор получает прерывание, он просто приостанавливает процесс и перепоручает прерванную задачу программе-посреднику с именем Interrupt Handler. Все это дело работает независимо от того, была ли обнаружена ошибка в работе того или иного процесса или нет.

Информационный порт связи Последовательный порт узнать весьма просто. Вы можете это сделать, просто посмотрев на разъем. СОМ-порт использует 25-контактный разъем с днумя рядами контактов, один из которых длиннее других. При этом, практически все последовательные кабели имеют именно 25-контактные разъемы с обеих сторон (в остальных случаях требуется специальный адаптер). СОМ-порт (последовательный порт) является портом, через который компьютеры связываются с устройствами, такими как модем и мышь. Стандартные персональные компьютеры имеют четыре последовательных порта. Порты СОМ 1 и СОМ 2 обычно используются компьютером в качестве внешних портов. По умолчанию все четыре последовательных порта имеют два прерывания IRQ: СОМ 1 привязан к IRQ 4 (3F8-3FF). •

СОМ 2 привязан к IRQ 3 (2F8-2FF).

•

СОМ 3 привязан к IRQ 4 (3E8-3FF).

•

СОМ 4 привязан к IRQ 3 (2E8-2EF).

Тут-то как раз и могут возникать конфликты, так как внешние порты других устройств ввода-вывода I/O или контроллеров могут использовать те же прерывания IRQ. Поэтому, назначив модему СОМ-порт или IRQ, вы должны проверить другие устройства на предмет наличия у них тех же последовательных портов и прерываний. Нужно сказать, что подключенные к телефонной линии параллельно

101

Часть пятая. Модернизация коммуникационного оборудования модему устройства (особенно АОН) могут очень ощутимо ухудшать качество работы вашего модема. Поэтому рекомендуется подключать телефоны через предназначенное для этого гнездо в модеме. Только в этом случае он будет отключать их от линии при работе.

Флэш-память вашего модема Флэш-память — постоянная память или ППЗУ (постоянное перепрограммируемое запоминающее устройство), которая может быть стерта и вновь запрограммирована. Перепрограммированию подлежат все модемы, в названии которых присутствует строка «V.Everything». Кроме того, модемы «Courier V.34 dual standart» подлежат программной модернизации в случае, если в строке Options в ответе на команду АТ17 присутствует протокол V.FC. Если же в модеме нет этого протокола, то модернизация в «Courier V.Everything» производится заменой дочерней платы. Существуют две модификации модемов Courier V. Everything — с так называемой частотой супервизора 20.16 MHz и 25 МН?.. Для каждого из них существуют свои версии прошивок, и они не являются взаимозаменяемыми, то есть, прошивка от модели 20.16 MHz не подойдет для модели 25 MHz, и наоборот.

Программируемая пользователем память NVRAM Все настройки модема сводятся к правильной установке значений регистров NVRAM. NVRAM — программируемая пользователем память, сохраняющая данные при выключении питания. NVRAM используется в модемах для хранения конфигурации по умолчанию, загружаемой в RAM при включении. Программирование NVRAM производится в любой терминальной программе с помощью АТкоманд. Полный перечень команд может быть получен из документации на модем, или получен в терминальной программе по командам АТ$ AT&S ATSS AT%S. Запишите в NVRAM фабричные настройки с аппаратным контролем данных — команда AT&F1, затем внесите коррективы по настройке модема в совокупности с конкретной телефонной линией и запишите их в NVRAM по команде AT&W. Дальнейшую инициализацию модема нужно производить через команду ATZ.4.

Прикладное программное обеспечение для передачи данных Программы для передачи данных позволяют вам соединиться с друтими компьютерами, BBS, Internet, intranet и другими информационными службами. В вашем распоряжении может быть весьма обширный набор подобных программ. Например, в Windows 98 в ваше распоряжение предоставляется весьма неплохой терминальный клиент Hyper Terminal.

Российские телефонные линии и импортные модемы Выбор модемов сегодня достаточно велик, и разница в их стоимости весьма значительна. Скорость передачи более 28 800 бит/с на российских телефонных линиях обычно недостижима. Выше 16 900 бит/с можно получить лишь в том случае, если провайдер услуг Internet имеет линии на той АТС, к которой подключен ваш телефон. В других случаях, работа в Internet слишком утомительна, посколь-

102

Часть пятая. Модернизация коммуникационного оборудования ку при типовой (и даже не всегда достижимой) скорости 9 600 бит/с она превращается в сплошное ожидание. Поэтому для устойчивой передачи данных при помехах в телефонной л и н и и нужен высококлассный модем, который стоит не менее 400 долларов США.

Глава 2: Локальная сеть и Internet В случае, если вам никогда не приходилось тянуть локальную сеть, очень рекомендую приобщиться. Как минимум, получите незабываемые впечатления. Я же тут задался вопросом: почем нынче локальная сеть и чем грозит ее установка. Но естьли смысл озадачиваться выбором? Компоненты для старого доброго Ethernet'a стоят как никогда дешево, и позволить себе классическую сетку может всякий. Между тем есть целый класс альтернативных технологий со своими достоинствами: общий и самый заметный плюс — отсутствие необходимости тянуть новые кабели. На практике свою состоятельность доказали две разновидности подобных технологий, это

Home Phoneline Networking Alliance Сетевой карты не видно, но нижний кабель — ее. Home Phoneline Networking Alliance, как ясно из названия, предлагает строить домашнюю сеть на основе внутренней телефонной проводки. Установленные в компьютерах адаптеры просто подключаются к стандартным телефонным розеткам (параллельно аналоговым телефонам, модемам и факсам, нисколько им не мешая). Максимальное расстояние по кабелю между крайними компьютерами — 350 м, паспортная пропускная способность 10 Мбит/с делится между всеми компьютерами в сети, которых может быть до 32-х. На практике допускаются всяческие вольности с проводящей средой, к примеру, вместо телефонной возможно подключится к радиотрансляционной сети. Полезная возможность, если учесть, что телефонная проводка «заканчивается» в распределительном щитке и, следовательно, объединять компьютеры возможно только в пределах одной квартиры (офиса), а РТС обычно разведена по всем квартирам. Придется только озаботиться установкой соответствующих розеток, а еще неплохо бы перед окончательным выбором испытать связь, хотя бы из двух самых дальних точек будущей сети. HomePNA 2.0 умеет снижать скорость. если лимит расстояния превышен или кабель оказался неподходящим, оставаясь работоспособным в самых немыслимых условиях, но все-таки лучше в этом самостоятельно убедиться. Чуда, конечно, не произойдет, если на линии есть развязывающие трансформаторы или иные места, где кабель физически прерывается. Бюджет сети будет складываться только из стоимости адаптеров, кои бывают внутренними PCI ($50) и в н е ш н и м и USB ($130). В продаже встречаются компоненты почти только от D-Link, все они строятся на хорошо себя зарекомендовавшем наборе от Broadcom. Современные чипсеты для материнских плат поддерживают HomePNA в своем южном мосту, и особо одаренные материнские платы уже комплектуются соответствующей «обвязкой» и разъемами, хотя сам я видел только одну такую плату (Асогр на 1815-м чипсете). Единственное опциональное оборудование, которое возможно прикупить к такой сети, — конвертор для сопряжения с сетью Ethernet. Все вышесказанное не относится к версии

103

Часть пятая. Модернизация коммуникационного оборудования HomePNA 1.0, ее предел — всего-то 1 Мбит/с, что заставляет усложнять сеть и использовать коммутатор (тогда этот мегабит в секунду хотя бы не делится на всех, а достается каждой паре компьютеров). Кроме того, здесь не предусмотрено никаких средств для адаптации сети к условиям конкретной линии, и, желая достичь максимальной скорости, мощность передатчиков приходится регулировать вручную.

RadioEthernet Сети, соответствующие стандарту ШЕЕ 802.lib, чаще всего называют такими красивыми словами, как Radio LAN, WaveLAN. Работают они в радиочастотном диапазоне 2.4 ГГц и в зависимости от условий связи выбирают скорость из ряда: 10/5,5/2/1 Мбит/с; сеть, построенная по этому стандарту, может состоять максимально из 128 компьютеров. На максимальной скорости и открытом пространстве связь возможна на расстоянии до 100-160 метров, начинка железобетонного здания сокращает его до 15-30 м. То есть для домашней сети — в самый раз, а при необходимости возможно охватить и отдельных желающих из соседних домов. Обычным и самым дешевым вариантом является работа сети в режиме peerto-peer, тогда каждый компьютер играет роль транслятора и обеспечивает связь между собой остальных узлов, попавших в его «поле зрения». Таким образом отпадает необходимость в базовой станции, а сеть может быть довольно-таки протяженной, поскольку каждому компьютеру достаточно видеть лишь нескольких своих соседей. Стоимость. Низкой ее пока назвать трудно — самые дешевые радиокарты стоят от $100, причем большинство из них выпускается в версии PC-card, естественной для ноутбуков (а парочка ноутбуков в такой сети просто обязана быть, на их примере беспроводное преимущество радиосети всего заметнее). К настольному же компьютеру придется докупать еще и конвертер PC-card — PCI (еще $50). «Аксессуаров» для RadioEthernet существует множество — от внешних антенн для повышения дальнобойности карт и дорогих базовых станций, играющих роль центрального коммутатора, до целых комплексов для организации связи «точкаточка» на расстояние до 25 км. Картину портит лишь народное предубеждение против лишних источников электромагнитного излучения, пусть даже абсолютно безвредных в теории, Многие люди стараются свести их число к минимуму, хотя бы в домашних условиях, и я не стал бы категорически их критиковать.

«Просто» Ethernet А чем перед новыми технологиями может похвастаться вездесущий традиционный Ethernet? Да вот хотя бы ценой: от $8 за полноценную сетевую карту с автовыбором между 10 и 100 Мбит/с в зависимости от того, поддерживается ли Fast Ethernet остальными компонентами сети или нет. А подключение большинства ноутбуков обойдется н вовсе бесплатно — розетка RJ-45 для них почти обязательный атрибут. Разумеется, потребуются еще и кабель, и разъемы, и концентратор, но больше S15 в расчете на один компьютер они не добавят даже в самом неблагоприятном случае (когда ПК находится на максимально возможном расстоянии от концентратора).

104

Часть пятая. Модернизация коммуникационного оборудования Таким образом, если нет проблем с протяжкой кабелей — традиционная сеть была и остается отличным выбором; если же проблемы такие есть — с удовольствием рекомендую описанный выше HornePNA, решение стоящее, со временем явно готовяшееся стать -«номером первым», и не только для домашних сетей. Пользователей же, ценящих в первую очередь мобильность, точно не разочаруют теперешние реализации RadioEthemet {высокая цена — единственный объективный их недостаток). Толстые учебники по сетевым делам предписывают, выбрав Ethernet, предаться раздумьям — какую именно топологию выбрать? Шинную, когда компьютеры соединяются в цепочку коаксиальным кабелем, или типа «звезда», состоящую из концентратора или коммутатора и тянущихся от последнего к каждому компьютеру отрезков «витой пары»? В случае, если честно, особой пищи для размышлений тут нет. В современной сети коаксиал годится лишь для привязки компьютеров, удаленных на недосягаемое для витой пары расстояние, — свыше 100 м (позволяет до 185 м, и даже чуть больше). К тому же он лучше приспособлен к уличным условиям, поэтому сможет подключить к вашей домовой сети отдельно взятого энтузиаста, живущего в соседнем доме. Но всю сеть строить на коаксиачьном кабеле для этого не придется, концентраторы с дополнительным BNC-разъемом все еще выпускаются (к примеру, хорошо подойдут недорогие 8/16-портовые от Eline, стоящие S25/S45). Иногда бывает выгодно поставить несколько концентраторов поближе к местам, где сосредоточены компьютеры, и объединить их через BNC-тюрты все тем же коаксиал ом. Классическую же шинную сеть строить сейчас нелогично, слишком уж малоприятен процесс поддержания ее в рабочем состоянии. Отказ любого компонента (сегмента кабеля. Т-коннекторов, через которые эти сегменты объединяются в сеть) приводит к отказу всей сети, и установить виновника бывает непросто. Не говоря уж о том, что Fast Ethernet в такой сети не живет, а запас на будущее всегда полезно иметь: поменять в будущем концентратор или сетевые карты — это куда ни шло, но чтобы всю кабельную систему?! Увольте.

ISDN, xDSL, кабельный модем... Сразу же (а вернее сказать — в первую очередь) решения потребует вопрос о доступе из будущей локальной сети в Internet. Здесь советовать что-либо бессмысленно, лаже в Москве едва ли найдется много мест, где реально доступно больше одной альтернативы традиционному модему. А там, где такое изобилие есть, решить вопрос проще всего делением стоимости сервиса на число пользователей и прямым их опросом на тему «согласны ли они выкладывать ежемесячно по N долларов за Internet-блага». Технически для 25-30 пользователей достаточно канала в 128 Кбит/с, хотя аппетиты у всех бывают разные и РЕАЛЬНУЮ потребность возможно определить только на практике (большинство сервисов построены так, что расширить канал возможно без каких-либо изменений в железе и проводке, — исключительно «программно», разумеется, синхронно с увеличением абонентской платы). Единственный универсальный и скоростной способ доступа, который отдельно хотелось бы упомянуть, — гибрид из спутникового канала и традиционного модема. «Тарелка» обеспечивает входящий трафик (он многократно больше ис-

105

Часть пятая. Модернизация коммуникационного оборудования ходящего в обычном режиме — просмотр страничек, скачивание файлов), а исходящий и собственно связь со спутниковым провайдером обеспечиваются рядовым модемом и любым обычным провайдером. Платить в таком случае приходится сразу двум компаниям-провайдерам, но иногда это оказывается самым дешевым способом получить 250-400 Кбит/с без ограничения трафика (или же с ограничением, но на уровне нескольких Гбайт/месяц).

106

Часть шестая. Модернизация периферии

Часть шестая. Модернизация периферии Глава 1: Монитор Приобретая монитор, покупатель зачастую довольствуется только данными о размере диагонали ЭЛТ (электронно-лучевой трубки), максимально доступным разрешением и ценой. Как показывает практика. УТИХ технических характеристик недостаточно для того, что бы сделать действительно п р а в и л ь н ы й выбор. Результат— неудобство в работе, л и ш н и е расходы, испорченное зрение и еше много чего не очень приятного. Конечно, после покупки для каждого владельца его монитор — самый л у ч ш и й в своей категории на данный момент времени. Но... Достаточно подождать пару лет, чтобы каждый мог осознать собственные ошибки, сделанные при покупке. Есть правила, позволяющие выбрать подходящий монитор. Они достаточно универсальны, и с их помощью возможно выбрать самое лучшее устройство отображения информации, не прибегал к услугам сторонних специалистов. Перед ознакомлением с ними необходимо немного разобраться в различиях между моделями мониторов и понять смысл некоторых действительно важных технических характеристик.

Тип и параметры ЭЛТ Диагональ экрана и рабочая область — два параметра ЭЛТ, которые описывают соответственно размер всего кинескопа и видимой области изображения. Пятнадцатидюймовый монитор на самом деле имеет рабочую область размером около 14 дюймов по диагонали. Л у ч ш и м в своей категории возможно считать кинескоп с большей рабочей областью, хотя разные производители измеряют ее поразному. Одни могут растянуть изображение до максимума, другие — оставляют запас по краям до 5 мм. В любом случае, приходить в магазин с линейкой никто из здравомыслящих покупателей не будет. Поэтому ограничьтесь сравнением рабочих областей мониторов одного производителя. На сегодняшний день широкое распространение получили два типа электронно-лучевых трубок: с теневой маской и с апертурной решеткой, На экран трубки с теневой маской электронный луч попадает через небольшие круглые отверстия маски, расположенные группами по три (красный, зеленый, с и н и й ) . Эти группы называют триадами. Приводимый в описании монитора параметр «шаг точки» обозначает расстояние между точками люминофора одного цвета. Меньшее расстояние между этими точками обеспечивает более высокую четкость изображения. Самые лучшие теневые маски сделаны из инвара магнитного сплава железа с никелем.

107

Часть шестая. Модернизация периферии Трубки с апертурной решеткой формируют обогащенные насыщенными цветами, более яркие изображения, чем с теневой маской, так как люминофор в таких ЭЛТ нанесен в виде вертикальных полосок, разделенных тонкими металлическими проволочками, которые меньше заслоняют экран. Экран кинескопа с апертурной решеткой плоский по вертикали. Результирующая форма трубки представляется не в виде поверхности большого шара, как в случае с теневой маской, а в виде цилиндра. Этот факт позволяет немного уменьшить искажения изображения, вносимые кривизной кинескопа. Отличительная особенность кинескопов с апертурной решеткой, коими являются кинескопы типа Trinitron, — тонкая стабилизационная нить или две нити, расположенные поперек решетки. Они предназначены для обеспечения высокого качества изображения при вибрации. Их легко обнаружить на крупных светлых участках изображения, Мониторы SONY или мониторы с трубками типа TRINITRON обязательно должны иметь на высоте примерно 6 см. от нижнего края экрана стабилизационную нить. Технология производства трубок с апертурной решеткой более сложная, поэтому стоимость мониторов с кинескопами типа Trinitron выше похожих моделей с теневой маской. Сравнивать размер шага для трубок разных типов было бы не правильно, так как шаг точек трубки с теневой маской измеряется по диагонали, а апертурной решетки — по горизонтали. При одинаковом шаге точек трубка с теневой маской имеет большую плотность точек, чем трубка с апертурной решеткой. Антибликовые покрытия и плоская форма трубки позволяют избавиться от отраженных изображений на экране. В случае, если вы работаете в затемненном помещении, паразитные блики вам не грозят, и возможно работать с «пузатым» бликуюшим монитором. А если вы работаете днем, да еще у вас за спиной расположен светящийся объект типа новогодней елки? Тогда вы, кроме изображения. формируемого компьютером на экране монитора, увидите свое лицо, елку, в общем, все, что находится сзади. Определить, который из мониторов меньше бликует, несложно. Во-первых, следует при выключенном п и т а н и и сравнить затемненность покрытия (темнее — лучше). Во-вторых, поставив оба монитора рядом и сориентировав так, чтобы в обоих отражался один и тот же объект, к примеру, включенная настольная лампа, выбрать монитор с более тусклым отраженным изображением искусственного источника бликов, Антистатическое покрытие избавляет от преждевременного загрязнения поверхности экрана. Во время работы при его отсутствии экран монитора притягивает мельчайшие частички п ы л и , которые удаляются только с помошью специальных средств или смоченной в спирте фланелевой тряпочки. В случае, если электронно-лучевая трубка монитора защищена антистатическим покрытием, то спирт возможно использовать для других не менее полезных целей.

Основные технические характеристики Что обычно пишут о технических характеристиках мониторов в компьютерных таблицах, прайс-листах и на упаковке? Простую строчку типа «Sony 108

Часть шестая. Модернизация периферии 100ES, 15",0.25,1024x768/85Hz». Расшифровка этой строчки не составит труда бывалым пользователям. Но для большинства начинающих — это непонятный набор цифр. Итак: 14", 15", 17", 19" или 21" — это размер диагонали экрана в дюймах. Далее следует описание шага точки. Он, как правило, находится в диапазоне от 0,25 до 0,3 мм (меньше — лучше). Затем — рекомендуемое или максимально возможное разрешение при указанной частоте вертикальной развертки. Правильнее было бы указывать рекомендуемые значения разрешений, но в расчете на недалекого покупателя частенько в прайс записываются максимальные значения, при которых монитор будет работать, но из-за ограничения разрешающей способности теневой маски или апертурной решетки пиксели будут изображены некорректно и картинка обретет некоторую размытость. Рекомендуемые значения используемого разрешения для 14" -- 800x600. 15" — 800x600 или 1024x768, 17"— 1024x768. Чем меньше шаг точки, тем больше рекомендуемое разрешение. Так как мониторы профессиональных графических серий оснащаются электронно-лучевыми трубками с небольшим (0.25 мм) значением шага, точки их возможно использовать с более высокими разрешениями, не беспокоясь о потере четкости изображения. Что же касается частоты вертикальной развертки или частоты регенерации экрана, то она должна быть не менее 75 Гц. Больше — лучше. При частоте 85 Гц и более мерцание экрана, связанное со сменой кадров, становится незаметным, и глаза меньше утомляются.

Стандарты Поддержка стандартов безопасности и эргономики — обязательные требования для всех современных мониторов. Основные показатели безопасности электрическое и магнитное поле, эргономики — яркость, равномерность и контрастность изображения, частота регенерации экрана, антибликовые свойства. Широкое распространение получили стандарты MPR II и Energy Star, а также рекомендации ТСО. Стандарт MPR II был предложен Шведским национальным департаментом стандартов и утвержден ЕЭС в 1990 г. Он налагает ограничения на излучения от компьютерных мониторов. Рекомендация ТСО 92, разработанная Шведской конфедерацией профсоюзов и Национальным советом индустриального и технического развития Швеции (NUTEK), требует уменьшения размеров электрического и магнитного полей до технически возможного уровня. Стандарт ТСО 92 в 2,5 раза жестче, чем MPR II по допустимому уровню напряженности электромагнитного поля, К тому же. по рекомендации ТСО 92, монитор должен обеспечивать автоматическое снижение энергопотребления и отвечать европейским стандартам пожарной и электрической безопасности. В рекомендации ТСО 95 диапазон регламентируемых параметров расширен, в него включены требования по утилизации материалов, используемых в производстве мониторов. Рекомендация ТСО 99 более жестко определяет требования по эргономике и экономии энергии. Это касается более низкого уровня потребления в режиме Stand-by. Большая часть производителей мониторов использует промышленный стандарт VESA Display Power Management Signaling (DPMS). отвечающий требованиям разработанной агентством по охране окружающей среды (Environmental 109

Часть шестая. Модернизация периферии Protection Agency) программой сертификации энергосберегающих изделий Energy Star. Для реализации функций DPMS необходимо, чтобы, кроме монитора, этот стандарт поддерживала видеокарга. DPMS обеспечивает три уровня снижения энергопотребления монитора в период пассивности ПК: •

Stand-by — экономит более 30% мощности и позволяет мгновенно восстановить работоспособность;

•*.

Suspend — отключает цепи накала трубки монитора;

•

Active-off — отключает все, кроме блока питания и средств восстановления работоспособности.

Внешний вид и мультимедиа От внешнего вида монитора в полной мере зависит его популярность. Неужели кто-нибудь захочет купить устройство, которое своими, мягко говоря, необычными формами не радует глаз? Кроме красоты, работа дизайнеров и конструкторов может обеспечить элементарное удобство в использовании. Например, мониторы с укороченными электронно-лучевыми трубками занимают меньше места на рабочем столе. Это особенно актуально, когда речь идет об устройствах с диагональю экрана более 17 дюймов. Монитор с далеко не самыми лучшими техническими характеристиками, оснащенный встроенными мультимедийными колонками и микрофоном, при идентичной цене с обычным будет иметь больший успех только из-за своей мультимедийной «начинки», которая позволяет сэкономить деньги, не растрачиваясь на приобретение мультимедийных комплектующих. Звук встроенных колонок не всегда удовлетворителен. Поэтому, если вы считаете себя настоящим ценителем музыки или просто борцом за более качественный звук, не скупитесь: внешние колонки с сабвуфером — это то, что вам надо.

Регулировки Проводя параллели с телевизионным приемником, в мониторе достаточно было бы регулировать только яркость и контраст. Но на самом деле современный монитор компьютера устроен намного сложнее, и, в отличие от телевизора, к геометрии и цвету экранного изображения предъявляются повышенные требования. В связи с этим вдобавок к регуляторам размера и положения появились дополнительные регулировки геометрии изображения, такие, как поворот, «параллелограмм», «трапеция» и «подушка». Они позволяют скрыть искажения, вызванные магнитными полями или несовершенством каких-либо комплектующих. Настройка цветовой температуры позволяет добиться точной цветопередачи вне зависимости от типа внешнего освещения. Чем больше регулировок, тем удобнее и точнее возможно настроить монитор. Но если вы не занимаетесь профессиональной компьютерной графикой, вам совсем не обязательно приобретать дорогой монитор с полным комплектом всех регулировок. Достаточно только наличие основных: яркость, контраст, размер, положение, «подушка» и поворот. OSD (On Screen Display) — наилучшее дополнение к цифровым регуляторам. С помощью этой системы на экран монитора выводятся текущие значения регулируемых характеристик в наглядном цифровом виде. В случае, если вы, к

1 10

Часть шестая. Модернизация периферии примеру, от калибровал и монитор для работы днем и вечером, то, запомнив значения яркости, контраста и цветовой температуры, возможно не перекалибровываться, а устанавливать в зависимости от внешнего освещения проверенные значения.

Выбор видеокарты Не секрет, что для качественной работы монитора необходимо иметь подходящую видеокарту. При выборе видеокарты, прежде всего, нужно определить размер видеопамяти. Для 14-дюймовых мониторов будет достаточно 2 Мб, так как с таким объемом памяти возможно добиться полноцветного (TrucColor) изображения при разрешении 800x600. С увеличением размера диагонали экрана увеличивается и рекомендуемое разрешение, а вместе с ним и объем необходимой видеопамяти. Так, для TrueColor при 1024x768 нужно иметь 4 мегабайта, а для 1280х 1024 — 8 мегабайт. Кстати, для ЗО-ускорителей видеопамяти необходимо еще больше, так как в ней, кроме кадров, необходимо хранить текстуры.

Предназначение Когда вы уже немного разобрались в основных характеристиках, определяющих класс и стоимость монитора, следует определить его будущее предназначение. Оно может быть условно разделено на четыре основных направления: игры, офис, САПР, работа с растровой фафикой. Для игр вполне будет достаточно 15-17 дюймового монитора с любым типом электронно-лучевой трубки. Главное — обеспечить работу на максимальной частоте вертикальной развертки. Значит, без хорошей видеокарты не обойтись. Офисные приложения вполне терпимо выглядят даже на 14 дюймовых мониторах. Но при работе с большим количеством данных, к примеру, в Microsoft Excel, лучше использовать мониторы больших размеров при больших рабочих разрешениях. Тип ЭЛТ не имеет значения. Приложения САПР требуют от графической системы максимальных разрешений и высокой точности передачи векторных изображений. Обеспечить все эти запросы может монитор с теневой маской и размером диагонали более 17 дюймов. По возможности следует выбирать экран с наименьшим значением шага точки. Для работы с полноцветными растровыми изображениями, когда на первое место встает необходимость верного отображения всех цветовых оттенков, как нельзя лучше подойдет монитор с электронно-лучевой трубкой типа Trinitron, Трубки с апертурной решеткой наиболее точно позволяют отображать все оттенки при любом, даже ярком, внешнем освещении,

Перед покупкой Можно потратить много времени, перечитывая снова и снова все характеристики предлагаемых мониторов. Все будет впустую. Надо сконцентрироваться на главном — ваш монитор должен обязательно удовлетворять следующим условиям и характеристикам: •

Тип и размер диагонали кинескопа нужно выбирать, исходя из предназначения;

111

Часть шестая. Модернизация периферии •

Частота вертикальной развертки при рекомендуемом разрешении должна быть не менее 85 Гц;

•

Теневая маска или апертурная решетка — с наименьшим шагом точки; Монитор должен соответствовать наиболее поздней из рекомендаций ТСО (ТСО 99, ТСО 95, ТСО 92) или стандарту MPRII.

Главное — обязательно проверяйте монитор. Это не видеокарта, которую при необходимости возможно положить в карман и отвезти на троллейбусе обратно к продавцу. Для предпродажной проверки рекомендую использовать единственную в своем роде программу для тестирования мониторов — Nokia Monitor Test. Скачать ее возможно с сайта Hardware Analytic (www.kv.minsk.by/has).

Глава 2: Мышь Подключаем мышь без инсталляции Видели ли вы, как «ругается» Windows, когда не находит подключенной к компьютеру мышки? Радости подобное окошко доставляет мало, так как все последующие операции придется производить с помощью клавиатуры. Стоп. А где же упоминание об USB-мышке? Есть предложение подключить мышь в параллельный порт, PS/2... Об USB, кажется, просто забыли. Как же такое могло случиться с «повсюду Plug&Play» детищем Билла Гейтса Windows? На самом деле, USB-мышь не забыта. Даже наоборот. В Windows поддержка USB выполнена на самом высоком уровне, что позволяет производителям манипуляторов типа «мышь* в руководствах пользователя ограничиться тремя строчками, касающимися установки: Загрузите Windows; •

Подключите вашу USB-мышь к разъему USB;

Мышь будет найдена автоматически и сама себя установит. Все же при установке любого USB-устройства в первый раз драйверы придется инсталлировать самостоятельно. Пусть даже это превратится в нажатие на кнопки типа «ОК» или «Далее», но о том, что мышь сама себя устанавливает, возможно будет говорить только во время всех последующих подключений. Да и то, в этих случаях вся задача по установке USB-устройства возлагается не на само устройство, а на USB-контроллер, встроенный в материнскую плату. Он во время подключения устройства к порту идентифицирует его и передает полученные данные операционной системе, которая, к свою очередь, незаметно для вас загружает необходимый драйвер. В случае, если нужно, устройство USB возможно также легко отключить. При этом Windows без вашего участия и перезагрузки выгрузит из памяти драйвер. Итак, явная выгода от использования USB — мобильность и простота подключения. Далее следует отметить возможность одновременного подключения большого количества устройств (до 127) и повышенную пропускную способность — 12 Мбит/с вместо 112.5 Кбит/с для последовательного порта или 1.5 Мбит/с — для парачлельного.

112

Часть шестая. Модернизация периферии

Глава 3: Джойстик Можно ли назвать авиасимулятор авиасимулятором, если играть на нем приходится без джойстика? Ответ на данный вопрос будет зависеть, в основном, от наличия у вас этого игрового манипулятора. Тот, кто пару лет пролетал на Comanche с клавиатурой, вряд ли согласится с мнением единожды попробовавшего летать даже с самым простейшим, но все же добротным джойстиком. А ведь это так естественно — тянешь на себя рукоятку и с легкостью, подобно птице, взмываешь к невиданным высотам. Конечно, использование джойстиков в летных симуляторах — обязательное условие для достижения максимальной реалистичности полета. Никакая клавиатура, мышь или геймпад не заменят естественность перемещения в трехмерном пространстве с помощью джойстика. Но и тут есть свои нюансы: джойстики имеют большую предрасположенность к изнашиванию, поэтому дешевые манипуляторы из-за расшатывания механизма могут в течение двух-трех месяцев потерять свою былую точность позиционирования, а полеты будут превращены в борьбу за удержание стабильности высоты и направления. Из-за пыли загрязняются рабочие поверхности переменных резисторов, а это может придать перемещениям некоторую дискретность. Описывать и рекомендовать для приобретения дорогие, проверенные временем устройства от «законодателей мод» в мире джойстиков я не стану. Манипуляторы от компаний ThrustMaster, CH Products и Advanced Gravis имеют хорошую поддержку в играх и за свои выдающиеся характеристики получили немало призов, учрежденных периодическими изданиями, и положительных откликов специалистов летного дела (конструкторов боевых самолетов и летчиков). Про эти джойстики написано морс статей и, конечно же, этим устройствам были посвящены многие обзоры. Поэтому речь сейчас пойдете наиболее важных шагах в развитии функциональных возможностей аналоговых джойстиков. Для примера выбрана линейка джойстиков, производимая компанией Trust Computer Products. Очень похоже на Thrustmaster, но все же удар и доверие (дословный перевод) — разные понятия. Функционально любой джойстик должен позволять перемещаться по двум степеням свободы (наклон вправо-влево, вперед-назад или вверх-вниз) и иметь две кнопки (основное оружие и дополнительное). Раньше, во времена процветания аркадных стрелялок, этого было вполне достаточно. Но с течением времени игры стали сложнее, оружия стало больше. В общем, к двум кнопкам добавились еще две и переключатель, позволяющий заменить многократное нажатие на курок автоматической стрельбой очередями с помощью одного нажатия и удержания кнопки.

Перемещение по четырем степеням свободы Трехмерное пространство подразумевает перемещение в шести направлениях: вверх-вниз, вправо-влево и вперед-назад. Для полной ЗО-ориентации нужно добавить повороты вверх-вниз и вправо-влево. Обычно для этих целей используется клавиатура. Это крайне неудобно, особенно когда летать приходится на симуляторах машин будущего типа Descent или Forsaken. Функцию управления ускорением (Throttle control) возлагают на клавиатуру, так как

113

Часть шестая. Модернизация периферии джойстик используется для поворотов вверх-вниз и вправо-влево. О постоянном значении скорости в таком случае речь вести нельзя: вы либо перемещаетесь, либо стоите на месте. Джойстики более высокого класса снабжаются дополнительным переменным резистором, который выполняет функцию управления скоростью перемещения. Ручка или колесо такого throttle-контроллера чаще всего располагается в левой части базы джойстика. При наличии возможности плавного регулирования скорости движения вы всегда сможете в прямом смысле слова подкрасться к врагу, выполнить миссию, а уж потом на полном ходу скрыться. Существует даже класс отдельных throttle-контроллеров. Они работают совместно с джойстиком и за счет наличия дополнительных кнопок в значительной степени расширяют функциональные возможности манипулятора. Производители джойстиков решили не ограничиваться только реализацией в своих устройствах дополнительной возможности плавной регулировки скорости. Они пошли дальше: стали размещать на базах своих манипуляторов колеса, выполняющие роль руля (Rudder control). А, к примеру, специалисты Microsoft доверили выполнять эту функцию той же рукоятке, которая уже и так принимает участие в перемещении по двум осям координат. Рукоятку джойстика SideWinder возможно не только наклонять вправо-влево, вперед-назад, но и вращать вокруг своей оси. В результате возможно набирать высоту, отклоняться вправо-влево и при необходимости той же рукояткой разворачиваться по горизонтали. Эту прекрасную возможность полного задействования рукоятки положительно не оценили лишь знатные летчики с большим стажем. Конечно, при резком отклонении в сторону возможно непроизвольно повернуть рукоятку вокруг своей оси и тотчас же развернуться к противнику легко уязвимым боком. Но это дело привычки. Кто способен переучиться, будет с легкостью маневрировать, используя все доступные рукоятке функции. Поэтапное развитие аналоговых джойстиков привело к тому, что сегодня с помощью этих уже достаточно сложных манипуляторов игрок в состоя ни и полностью погрузиться в виртуальный полет и отказаться от использования клавиатуры как средства для выполнения игровых функций. Джойстик для того и предназначен, чтобы играть, а клавиатуру лучше оставьте для кого-нибудь другого. Дальнейшие шаги развития технологий, используемых в джойстиках, привели к замене аналоговых переменных резисторов оптико-цифровыми, что положительно сказалось на долговечности манипуляторов и точности позиционирования. Технология Force Feedback (в переводе — обратная силовая связь) получила широкое развитие во второй половине 90-х, но программно была реализована только с выходом в свет DirectX 5.0 для Windows 9x. Пока интерфейс обратной силовой связи — I-Force 2.0 — поддерживается небольшим количеством производимых манипуляторов. То, что за ними будущее джойстиков — нет сомнения,

Как устроен джойстик Из подключенных к компьютеру устройств меньше всего живут мышка и клавиатура. Особенно у заядлых геймеров, яростно стучащих по клавишам курсора и пробелу или бешено елозящих мышкой по совершенно непригодным поверхностям. Почему производители никак не подумают о том, что из сотни с лишним клавиш, на стрелки, ввод и пробел приходится в десятки раз большая нагрузка.

114

Часть шестая. Модернизация периферии чем на любые другие? Учитывая, сколько сегодня развелось д и н а м и ч н ы х игр. эти кнопки надо бы делать железными. Как и мышку. Правда, как ими тогда, пудовыми, манипулировать, тоже никто не знает. Впрочем, способ продлить срок жизни этих, ни в чем не повинных, устройств, а заодно подучить гораздо большее удовольствие от игры, придуман очень давно, еще на заре персональных компьютеров. Надо обзавестись джойстиком. Правда, обычно лаже самые фанатичные геймеры находят, на что лучше потратить небольшую сэкономленную на апгрейд машины сумму. Им кажется, что лучше нарастить память или купить новую мышку. Джойстик — вещь в арсенале геймера не нужная. Да, любителям стратегий от него легче не станет, но ведь даже заядлые «цивилизаторы» любя г время от времени сменить малоподвижное развлечение на кабину истребителя иди руль гоночного болида. А что уж говорить о тех, кто отдает предпочтение не стратегиям и пазлам. а динамичным симуляторам? На джойстике может быть много различных кнопок, и надо помнить, что не всегда разные кнопки будут выполнять разные функции. Часто бывает наоборот. Поэтому одной из основных характеристик для джойстика является количество функций, реализуемых с помощью имеющихся кнопок. Стандартный аналоговый джойстик предполагает две функции (например, стрелять и менять оружие), расширенный режим обеспечивает до четырех функций. Аналоговый игровой интерфейс (чаще всего его можно найти на звуковых платах) поддерживает не более четырех функций одновременно, поэтому к нему можно подключить либо один джойстик с расширенным режимом, либо два двух кнопочных джойстика. Джойстик состоит из двух потенциометров с изменением сопротивления от О до 100 КОм (в некоторых джойстиках до 150 КОм). Сопротивления потенциометров минимальны, когда джойстик в верхней левой позиции. Один выход потенциометра подсоединен к +56, а выход изменяющегося параметра — к разъему гейм-порта, то есть, переменный резистор изменяет не напряжение, а ток, протекающий в цепи. Используются два метода конструкции механизма джойстика. Некоторые девайсы преобразовывают перемещение ручки в линейное движение, которое затем изменяет позицию движка 100 килоомового линейного потенциометра. Более популярная конструкция заключается в использовании нормальных осевых (круглых) потенциометров. Тогда движение рукоятки напрямую изменяет сопротивление резистора. В некоторых джойстиках стоят 100 килоомовые потенциометры, которые могут поворачиваться только от 60 до 90 градусов при полном движении рукоятки. В других джойстиках стоят резисторы на 470 КОм (270 градусов), но используется только 1/4 часть оборота.

Как подключить джойстик К стандартному Game-порту можно подключить два джойстика, Для подключения аналогового джойстика не требуется установка драйверов. Необходимо только, чтобы в компьютере был игровой порт. Он обязательно присутствует на звуковых платах и иногда встречается на платах портов ввода-вывода, которые применялись в еще 486-х и более старых компьютерах. Выключите

115

Часть шестая. Модернизация периферии машину (это обязательно при подключении любых кабелей), найдите сзади на системном блоке игровой порт. Его разъем 15-контактный двухрядный, немного больше, чем у последовательного порта для мышки, и меньше, чем у параллельного принтерного, Вставьте в это гнездо кабель от джойстика и включайте компьютер. Подключение завершено.

Калибровка джойстика Теперь джойстик надо откалибровать. Делается это для того, чтобы настроить программы на свободное положение рукоятки, диапазон се отклонений в стороны, а также на диапазон регулировок тяги и поворота. Кроме того, программа калибровки позволяет проверить, все ли кнопки работают. С тех пор, как поголовно все игровые программы начали использовать интерфейсы Microsoft DirectX, проблема калибровки джойстика перестала, собственно, быть проблемой. Сделать это надо всего один раз. Нет больше необходимости в каждой игрушке запускать встроенную процедуру калибровки. Как же это выполняется. На панели управления Windows найдите значок Game Controllers. В появившемся окне перечисляются все установленные джойстики, рули и другие подобные приспособления. Пока список пустой. Нажмите на кнопку Add и выберите подходящий джойстик из списка. Для этого вам надо знать, сколько у него осей и кнопок управления. В случае Genius Flight 2000 F-22 можно установить трехосный четырехкнопочный джойстик (правда, не все возможности будут задействованы — не включится рычажок обзора). Если вы приобрели более хитрое устройство, поищите его в конце списка, где перечислены самые популярные контроллеры от ведущих производителей. Или нажмите кнопку Add Other и загрузите файл с прилагающейся дискеты. Возможно, лучший вариант — самостоятельно сконфигурировать джойстик, пользуясь пунктом Custom (первая строка списка). Конфигурируя джойстик с помощью окна Custom, вы указываете число осей, кнопок и наличие рычажка обзора (Point of View Hat, или сокращенно POV). Потом следует дать имя своему джойстику, под которым он будет вставлен в список окна Add Game Controller. Определив конфигурацию, нажмите на кнопку ОК и. вернувшись в основное окно Game Controllers, нажмите на кнопку Properties. Приступаем к собственно калибровке. В открывшемся перед вами окне свойств джойстика включите опцию Rudder/Pedals, которая активизирует управление поворотом независимо от того, сколько осей вы указали раньше. Таким образом, будут задействованы все 4 оси джойстика — две на рукоятке, а также регуляторы гяги и поворота. После этого нажимайте кнопку Calibrate. Шаг 1

Теперь надо выставить центральное положение рукоятки. Отпустите ее, после чего крестик следует передвинуть в центр квадрата с помощью регуляторов центровки. Выставив крестик по центру, нажмите кнопку на рукоятке джойстика. На экране появится следующее окно. Теперь надо настроить диапазон перемещения рукоятки. Для этого опишите ею несколько раз подряд круги, отклоняя ее до упора. Крестик в квадратном окошке будет перемещаться вслед за рукояткой, но не доходя до края. Это нормально, компьютер как раз и должен запомнить, насколько отклоняется он от центра, и в дальнейшем внести необходимые корректировки, чтобы обеспечить полные перемещения по осям 1 и 2. Описан пару кру116

Часть шестая. Модернизация периферии гов, нажмите кнопку джойстика. Следующее окно просит вас подтвердить, что рукоятка, когда вы ее отпустили, вернулась в центральное положение. Если надо, снова подправьте центровку и нажмите кнопку на рукоятке.

Шаг 2 Определяется диапазон регулировки тяги, то есть начальное и конечное положение регулятора оси 3 джойстика. Поверните несколько раз регулятор тяги до отказа вперед и назад. На экране начнет меняться высота столбика под номером три. Вы опять увидите, что не удается полностью задействовать весь диапазон регулировки — драйвер пока настраивается на крайние значения. Нажмите кнопку на рукоятке. ШагЗ Следующим шагом вы настроите диапазон перемещения регулятора поворота. Поверните Rudder вправо и влево до упора несколько раз подряд и снова нажмите кнопку на рукоятке. Как и на предыдущем этапе, можно наблюдать за изменением индикатора, он помечен цифрой 4.

Шаг 4 После того, как компьютер настроился на все четыре оси джойстика, предстоит показать ему, как работает рычажок обзора POV, расположенный на рукоятке. Делается это в четыре приема. Сначала вы передвигаете рычажок вперед, в окошке настройки загорается стрелка вверх. Потом, не отпуская рычажок, нажимаете на клавиатуре клавишу ввода, как того требует инструкция, но можно и мышкой щелкнуть по кнопке Set POV. Теперь компьютер предлагает сдвинуть рычажок вправо, загорается правая стрелка. Снова нажимаете клавишу ввода, Процедура повторяется для перемещения рычажка POV вниз и влево. После этого, окно на экране меняется и компьютер сообщает вам, что джойстик успешно откалиброван. Вам надо нажать кнопку Finish, чтобы сохранить изменения в файле конфигурации.

Тестирование джойстика Вернувшись после сохранения параметров калибровки на диск в окно свойств джойстика Game Controller Properties, не спешите покидать его. Полезно перейти на страничку Test и проверить, насколько хорошо вам удалось откалибровать джойстик. Страничка тестирования разбита на три участка. В зоне Axes вы убеждаетесь, что джойстик правильно отцентрован, наклон рукоятки обеспечивает полное перемещение указателя-крестика в стороны. Вращая регуляторы тяги и поворота, вы можете использовать весь диапазон управления. Как видите, усилия не пропали даром, и теперь компьютер понимает, когда регуляторы вашего джойстика стоят в нулевом положении, а когда выведены до отказа. В зоне Point of View Hat можно проверить, как реагирует компьютер на рычажок переключения обзора. Сдвигайте его вверх-вниз и вправо-влево, на экране должны появляться соответствующие стрелки. Третья зона позволяет проверить работу кнопок джойстика. При нажатии на спусковой крючок должен загореться индикатор 1. Причем он не гаснет, пока вы держите кнопку нажатой — это обеспечивает непрерывную стрельбу. Кнопка, расположенная на выступе слева на ручке, которую удобно нажимать большим пальцем правой руки, имеет номер 2. Кнопки 3 и 4 размещены на ручке сверху. Проверьте их работу тоже.

117

Часть шестая. Модернизация периферии Если все нормально, закрывайте окно свойств джойстика, нажав кнопку ОК. Быть может, не все у вас получилось или вы не совсем довольны? Тогда повторите процесс калибровки, вернувшись на страничку Settings. Казалось, что может быть проще процесса подключения и настройки джойстика? На самом-то деле проблемы возникают где-то в 8 случаях из 10. Почему? Дело в том, что отечественный рынок предоставляет возможность приобретать только недорогие китайские модели джойстиков, самые лучшие из которых стоят около $30. Это идеальный вариант для начинающих геймеров. Профессионалы, если возможно так сказать, поедут в Москву и купят достойный «аппарат», который стоит более $70. Обидно, что начинающие, может, тоже купили бы такой, но, видимо, проблема не столько в деньгах, сколько в отсутствии какойнибудь информации о наличии товара. Значит, массам достается китайский ширпотреб, к которому если и прилагается инструкция с информацией как подключить и настроить, так, в лучшем случае, на английском языке. Вот вам и повод для того, чтобы матерились перед экранами мониторов будущие покорители виртуальных небес. Для тех, кто совершенно ничего не знает, как и к чему подключать джойстик, сразу замечу, что это необычайно полезное в воздушных боях устройство подключается к специальному разъему MIDI/Game аудиокарты. Значит, если у вас нет звуковой платы, вы — потенциальный горемыка, который не сможет летать как птица и стрелять как чеченский снайпер. Предположим, что аудиокарта у вас есть, и разъем вы уже тоже нашли. Перед подключением джойстика в разъем MIDI/Game следует выключить питание системного блока, то есть обесточить ПК. В случае, если компьютер был все-таки включен в момент подключения джойстика, то не стоит беспокоиться, что вы могли нанести большой вред вашему компьютеру. В худшем случае спалите порт MIDI/Game, и никакой джойстик вам уже не понадобится.

Глава 4: Смарт-карты SmartCards («умные карты») — это пластиковые карточки с блоком памяти или со встроенным микропроцессором. В отличие от достаточно простых магнитных карточек они способны обеспечить высокий уровень безопасности, так как могут производить идентификацию владельца по PIN-коду или биометрическим параметрам, шифрование хранимых данных. Поэтому сегодня они применяются практически повсеместно для разграничения доступа к различным объектам и службам, для хранения личных данных (паролей, ключей, кодов, сертификатов), в качестве кредитных и дебитных карт, виртуальных кошельков, билетов. Распространение смарт-карт достигло таких масштабов, что на серийных материнских платах стали появляться разъемы для подключения считывателей для них. В общем случае все смарт-карты делятся на несколько видов. Во-первых, они могут оснащаться либо микропроцессором, либо памятью. Во-вторых, они могут быть контактными и бесконтактными. В первом случае у карты имеется контактная плошадка и ее нужно вставлять в считыватель. Во втором случае между двумя слоями пластика находится антенна, с помощью которой встроенный микропроцессор взаимодействует со считывателем. Международная организация ISO разработала стандарт на смарт-карты — ISO 7816. Он регламентирует физиче-

118

Часть шестая. Модернизация периферии ские параметры карточки, расположение и форму контактной площадки, набор команд микропроцессора, протокол его взаимодействия со считывателем. В нашей повседневной ж и з н и смарт-карты встречаются не так уж и редко. Например, сотовый телефон стандарта GSM использует смарт-карту (SIM) для идентификации абонента и хранения различной информации (архива номеров и SMS-сообщений, телефонной книги пользователя.). При наличии считывателя с ней возможно работать, как и с любой другой картой. Известный тайваньский производитель материнских плат, компания Gigabyte Technology, одной из первых стала устанавливать на свои материнские платы разъемы для считывателей смарт-карт. Интерфейс SCR появился на платах Gigabyte благодаря использованию чипа ввода-вывода IT8712F производства тайваньской компании Integrated Technology Express (ITE). Функции по взаимодействию со считывателем возложены на один из двух асинхронных приемниковпередатчиков (UART), которые в общем случае используются для работы СОМпортов компьютера. Фактически SCR-интерфейс ничем не отличается от СОМ: это точно такой же асинхронный последовательный интерфейс, работающий на скорости 9600 бит/с с 8-битным словом, контролем четности, одним старт- и двумя стоп-битами. Только разъем находится не снаружи, а внутри системного блока. Для того чтобы переключить UART на SCR, нужно зайти в BIOS Setup (раздел «Peripheral Setup») и выбрать функцию UART2 (вместо «Standard» поставить «SCR»). При этом никаких драйверов для работы считывателя не требуется. Контактный считыватель для смарт-карт ReadOl-In-l производства тайваньской фирмы Taiwan Zetatronic Industrial выполнен в форм-факторе 3.5" и устанавливается в свободный слот для дисковода. К разъему на плате он подключается небольшим шлейфом (идет в комплекте). На его лицевой панели, кроме прорези для карточки, есть два светодиода — зеленый, сигнализирует о подаче напряжения, и красный, который зажигается тогда, когда карточка вставлена в считыватель. Должен заметить, что SCR-интерфсйс имеется только у материнских плат на чипсетах Intel. Нет, это не дискриминация VIA, это «вышла боком» интегрированность «южного моста» VIA VT82C686, который заменяет собой чип ввода-вывода. Но сторонники VIA и AMD не должны расстраиваться. У новых материнских плат на чипсетах Pro266, KT266 чип ITE все-таки будет, так как на них используются другие «южные мосты», к примеру, VT8233/C (для шины V-Link). Интерфейс SCR использует не только Gigabyte. Разъемы уже замечены на платах менее популярных у нас брэндов Cbaintech и Soyo. тоже оснащенных чипом IT8712F, Я же проводил свои, испытания именно на материнской плате Gigabyte, а конкретнее, на GA-6OXET.

ITE GSM Reader/Editor Считыватель, который Gigabyte предлагает подключать к своим платам, комплектуется только одной программой — GSM Reader/Editor, разработанный самой ITE, Это специальная утилита для работы с одним конкретным видом смарт-карт — SIM телефонов GSM. Для того, чтобы вставить маленькую «симку» в считыватель (точнее, чтобы ее оттуда потом достать), в комплекте есть специальная карточка-переходник.

119

Часть шестая. Модернизация периферии Функциональные возможности утилиты невелики. Она позволяет считывать, редактировать и сохранить на диске телефонную книгу мобильника. Это может оказаться полезным для набивания новой телефонной книги - на компьютерной клавиатуре это все-таки удобнее, чем на кнопках телефона. Также при смене SIM-карты возможно предварительно сохранить всю телефонную карту на диске. К сожалению, протестированная мной версия 1.20 утилиты GSM Reader/Editor не умела ни импортировать, ни экспортировать данные в какие-либо форматы. А было бы очень полезно. Кроме телефонной книги, с помощью утилиты возможно поменять PINкод и разблокировать SIM-карту с помощью PUK-кода. Интерфейс программы достаточно прост и незатейлив. Доля начата работы нужно нажать кнопку с изображением контактной площадки. Программа спросит PIN-код (если карточка защищена), и через десять-пятнадцать секунд прочитает всю телефонную книгу. Пользователь может отредактировать отдельные записи книги, после чего записать их обратно на SIM-карту. Все происходит достаточно просто и быстро. К сожалению, GSM Reader не знает о существовании кодировки UCS2, поэтому работать с русским языком не умеет. Я. конечно, попытался создать русские записи с ее помощью, по после записи их в SIM-карту ни телефон, ни сама утилита их не воспринимали. На данный момент считыватели смарт-карт являются скорее экзотикой, чем стандартным оборудованием персонального компьютера. Пока что слишком мало материнских плат с поддержкой этого устройства. Но популярность карточек растет: есть сведения, что каждый год число используемых смарт-карт возрастает на 60%, они постепенно вытесняют магнитные кредитки, бумажные пропуска и удостоверения. Вот когда они будут у всех без исключения, появятся и считыватели, и программное обеспечение.

Глава 5: Сканеры При вводе изображения в компьютер в первую очередь необходимо преобразовать его в последовательность электрических сигналов. Для этого используются так называемые фотоэлектронные элементы, которые проводят ток поразному — в зависимости от яркости света, попадающего на их поверхность. В качестве примера можно привести известный всем фотодиод. Проводимость этого прибора пропорциональна его освещенности. Поэтому, пропуская через фотодиод электрический ток и измеряя напряжение на его выводах, можно определять значение попадающего на него светового потока. Однако в качестве светочувствительных элементов для сканеров обычные фотодиоды не используются. Вместо них применяются другие устройства, чаще всего — так называемые приборы с зарядовой связью. Они чувствительнее к незначительным перепадам яркости света и намного компактнее. С помощью одиночного светочувствительного элемента можно измерить яркость только одной точки изображения, а чтобы считать всю поверхность, необходимо организовать целый массив фотодатчиков. Так, в цифровых видеокамерах используется двухмерная (прямоугольная) матрица ПЗС, на которую с помо-

120

Часть шестая. Модернизация периферии шью оптической системы объектива проецируется кадр. В сканерах эта проблема решена по-другому. Светочувствительные ячейки располагаются в ряд, а полученная таким образом линейчатая сканирующая головка движется относительно оригинала (или оригинал относительно нее — это зависит от конструкции сканера), считывая все изображение строчка за строчкой. Подобным образом работает обычный фотоаппарат, где пленка засвечивается через узкую щель между шторками, которая перемещается от одного края кадра к другому. При вводе цветных изображений точность передачи оттенков в значительной степени зависит от освещения. Во избежание искажений цвета в каждом сканере предусмотрен встроенный источник света — высококачественная галогенная лампа. А «связующим звеном» между источником света, изображением на бумаге и матрицей ПЗС (размер которой намного меньше ширины листа) служит оптическая система, состоящая из линз и зеркал. С ее помощью поток света направляется на оригинал, а отраженные лучи фокусируются на светочувствительных элементах. Кроме ПЗС, в сканерах могут использоваться фотодатчики других типов, в частности, так называемые фотоэлектронные умножители — ФЭУ (Photo Multiplier Tubes — РМТ). В этих приборах лучи, отраженные от оригинала, проходят между несколькими парами электродов, находящихся под высоким напряжением, за счет чего многократно усиливаются. Вследствие этого сканер с ФЭУ может различать детали даже на самых темных участках изображения. И наконец, еше один тип светочувствительных приборов, применяемых в сканерах, — контактные оптические сенсоры (Contact Image Sensor — CIS), Сканирующая головка, построенная на этой технологии, представляет собой линейку миниатюрных фотодатчиков, которые располагаются в непосредственной близости от оригинала. Это позволяет обойтись без системы зеркал и линз, а следовательно, снизить цену сканера. Однако качество изображений, считанных с использованием этих устройств, пока довольно низкое. В процессе считывания двухмерного изображения сканирующая головка движется относительно оригинала, а следовательно, неотъемлемой частью большинства сканеров является механизм, обеспечивающий их взаимное перемещение. Исходя из его наличия и конструкции различают следующие типы сканеров.

Ручные сканеры Эти устройства являются самыми простыми и дешевыми в своем классе. В их конструкции отсутствуют сложные прецизионные механизмы: пользователь сам двигает сканер по поверхности оригинала. Практически все ручные сканеры — небольшого размера, и поэтому позволяют считывать изображения шириной до 10 см. С другой стороны, нет ограничений на высоту оригинала, а поставляемое вместе с устройством программное обеспечение позволяет вводить картинки, ширина которых больше, чем область захвата сканирующей головки. Для этого придется сделать несколько проходов, а затем «склеить» полученные таким образом части изображения в одно целое. Ручные сканеры обладают серьезным недостатком. Пользователь не может двигать устройство строго равномерно и прямолинейно, что необходимо для качественного сканирования. Поэтому, чтобы получить приемлемый результат, нужны твердая рука и постоянные тренировки. Но даже в этом случае при вводе

121

Часть шестая. Модернизация периферии изображений с помощью ручного сканера неизбежно возникают искажения. Раньше, когда настольные сканеры стоили тысячу и больше долларов, их «ручные собратья» были очень популярными. Однако в последнее время цены на настольные модели упали, и вследствие этого спрос на ручные сканеры уменьшился. Сегодня их покупают, в основном, пользователи, сильно ограниченные и средствах. Однако у этих устройств есть одно преимущество: они компактны и могут с успехом применяться для ввода информации в портативные компьютеры. С ними можно работать в библиотеке, архиве или в любом другом месте.

Листовые сканеры По принципу действия эти устройства напоминают факс-аппарат. Считываемая страница с помощью специального механизма протягивается мимо голонки. Протяжный сканер может оснащаться лотком для автоматической подачи листов, что существенно увеличивает скорость ввода многостраничных документов. Качество сканирования у этих устройств, как правило, невысокое, главным образом из-за того, что при протягивании листа бумаги очень трудно добиться его равномерного движения без перекосов. Протяжные сканеры занимают немного места на рабочем столе и стоят довольно дешево. Кроме того, они очень часто комбинируются с другими периферийными устройствами. В качестве примера можно упомянуть дополнительный модуль для ввода изображений, которым оснащается принтер Hewlett-Packard LaserJet 1100A. Сконструирована даже клавиатура, в которую встроен малоформатный сканер. И наконец, протяжные сканеры очень часто входят в состав комбинированных периферийных устройств, выполняющих также функции принтера, копира, факс-аппарата и (в некоторых случаях) модема. Серьезным недостатком протяжных сканеров является то, что с их помощью можно сканировать только отдельные листы. Чтобы ввести таким образом страницу из журнала, его придется расшить или разорвать. А вот считать изображение с негнущегося носителя (например, картона) протяжным сканером нельзя вообще.

Планшетные сканеры Устройства этого типа напоминают копировальные аппараты: считываемый документ располагается на поверхности стеклянной пластины, под которой перемещается сканирующая головка. Такие сканеры являются универсальными, поскольку с их помощью можно вводить как отдельные листы, так и к н и г и , журналы и даже изображения небольших трехмерных объектов. Они также могут комплектоваться дополнительным устройством для автоматической подачи бумаги, которое устанавливается вместо крышки. В этом случае вы сможете быстро сканировать большое количество страниц, правда, только отдельных. Планшетные сканеры рассчитаны на ввод изображений с непрозрачных оригиналов. Для этого сканируемый документ подсвечивается снизу лампой, а сверху накрывается крышкой, дополнительно отражающей и рассеивающей свет. Однако считать таким образом изображения со слайдов, рентгеновских снимков и других прозрачных оригиналов не удастся, поскольку эти материалы нужно рассматривать, а значит, и сканировать в проходящем свете. Для работы с такими оригиналами планшетный сканер оснащают специальной приставкой, которая устанавливается вместо крышки и содержит дополнительный источник света. 122

Часть шестая. Модернизация периферии Список устройств, которыми можно оснастить домашний ПК, постоянно пополняется. Спускаясь с заоблачных ценовых высот, в наших семейных «вычислительных центрах» прописываются ЗВ-акселераторы, звуковые карты, высококачественные цветные принтеры. В последнее время перечень таких «необходимых вещей» пополнили сканеры. Казалось бы, еще совсем недавно их можно было увидеть только в издательствах и полиграфических фирмах, поскольку цены на эти устройства были недоступными для большинства владельцев домашних компьютеров. Однако сегодня самую дешевую модель цветного планшетного сканера можно приобрести примерно за S60, а заплатив от $120, вы станете обладателем довольно качественного и производительного устройства. «Занятие» для сканера в современном доме отыскать нетрудно. С его помощью можно вводить в компьютер фотографии и рисунки, чтобы затем отправлять их по электронной почте, использовать для оформления Web-страниц или составлять из них электронные фотоальбомы. Сканер окажет существенную помощь тем, кому приходится набирать тексты большого объема с печатных оригиналов, так как входящие в комплект поставки почти всех моделей программы оптического распознавания символов позволяют делать это намного быстрее. Если у вас есть факс-модем, то, используя сканер, вы сможете передавать факсимильные сообщения с бумажных оригиналов. Не забывайте также о формуле «сканер + принтер = копир» — хороший сканер может передавать изображение непосредственно на принтер, что позволяет довольно быстро снимать копии с документов. А в домашнем офисе дизайнера или переводчика, верстальщика или научного работника без сканера просто не обойтись. В последнее время практически все производители планшетных сканеров выпустили по одной, а то и по несколько недорогих моделей, рассчитанных на применение в домашних условиях. Однако характеристики этих устройств отличаются довольно сильно, да и разброс цен на них достаточно велик — от $60 до 220. Поэтому выбор сканера для неподготовленного пользователя представляется задачей весьма и весьма непростой, а чтобы ее облегчить, мы и решили провести тестирование. Основным отличием дешевых сканеров от «совсем дешевых» является способ их подключения к ПК. Все устройства начального уровня работают черед параллельный порт, а более дорогие модели используют SCSI или USB. Кроме того, простейшие устройства, как правило, обеспечивают сканирование с 30-битовым цветом, тогда как 36-битовый реализуется в аппаратах посложнее, хотя из этого правила есть несколько исключений. Что же касается такого важного параметра сканера, как разрешение, то среди протестированных нами моделей присутствуют устройства с оптической разрешающей способностью 300x600 и 600x1200 dpi. Прямой зависимости этого параметра от ценовой категории нет — сканеры с более высоким разрешением бывают как дешевые, так и несколько дороже. С интерполяционным разрешением ситуация еще интереснее — разброс его значений просто огромен (от 1200x1200 до 19200x19200 dpi), причем самые высокие обычно встречаются у дешевых моделей, которые ничем не отличились в ходе тестирования. Поэтому можно с уверенностью сказать, что столь большие цифры производители сканеров приводят исключительно в рекламных целях, и руководствоваться ими при выборе не стоит. Классифицировать сканеры по качеству работы и производительности так же четко, как по цене, невозможно. Более того, окончательные результаты тестов 123

Часть шестая. Модернизация периферии свидетельствуют о том, что привычное правило «чем выше цена, тем лучше качестно» по отношению к этим устройствам не всегда справедливо. Правда, модели высшей ценовой категории показали в большинстве случаев достаточно хорошие и стабильные результаты, однако говорить об их тотальном превосходстве над дешевыми аппаратами нельзя. Наоборот, некоторые из недорогих устройств справились с тестовыми заданиями не хуже, а иногда и лучше своих именитых собратьев. Не секрет, что домашние сканеры чаще всего применяются для двух задач: ввода и распознавания печатного текста или сканирования фотографий и других подобных изображений. Поэтому мы выбрали такую методику тестирования, которая позволила бы определить производительность и качество работы сканеров именно для этих процессов. Но нельзя и утверждать, что определенные нами характеристики одинаково важны для всех случаев использования домашнего сканера. Наоборот, его загрузка разнообразными задачами сильно зависит, в частности, от рода занятий его владельца. Однако общие закономерности в использовании этого устройства выделить можно. Так, сканирование и распознавание текста наверняка можно назвать самой распространенной областью п р и м е н е н и я сканера, причем очень часто обрабатываются многостраничные документы. Следовательно, важнейшими его характеристиками можно считать скорость работы в черно-белом режиме и качество распознавания текста. Заметим, что последний параметр в значительной мере характеризует возможности сканера не только в черно-белом, но и в цветном режиме, Сканирование цветных изображений — задача, пожалуй, не менее распространенная, чем предыдущая, однако при ее решении выдвигаются несколько другие требования к сканеру. Дело в том, что фотографии редко вводятся сразу в больших количествах, а поэтому вряд ли кто-нибудь занимается их сканированием «на скорость». Здесь первостепенную важность представляют качество ввода изображений, четкость деталей и точность цветопередачи. Что касается первых двух характеристик, то для их оценки вполне подойдет определенный нами параметр качества распознавания текста. А вот время сканирования изображения и цветопередачу мы измеряли отдельно. На методике определения последнего параметра и его значимости для домашнего пользователя хотелось бы остановиться особо. Цветные изображения, как правило, сканируются для передачи по электронной почте или размещения на Web-страницах, распечатки на цветном принтере либо отображения на экране ПК (на рабочем столе или в электронных фотоальбомах). В первых двух случаях изображение почти всегда оптимизируется с целью уменьшения его объема, причем входе этой операции вносятся цветовые искажения, зачастую превышающие погрешность сканера. При печати качество результирующего изображения определяется свойствами струйного принтера, который искажает цвета намного сильнее, чем сканер. Наконец, на экране монитора неточность воспроизведения оттенков была бы сразу заметна, но параметры цветопередачи у большинства сканеров оптимизированы таким образом, чтобы эти искажения не воспринимались человеческим глазом. В результате незначительные ошибки в отображении цветов практически неощутимы для непрофессионального пользователя, тогда как серьезных, заметно влиявших на вид картинки, в ходе тестирования не наблюдалось, за исключением очень редких случаев.

124

Часть шестая. Модернизация периферии

Слайд-сканеры Для качественного считывания изображений со слайдов существуют специальные сканеры. Поскольку они работают с оригинатами небольшого размера, а полученные изображения в дальнейшем приходится многократно увеличивать, у этих устройств очень качественные оптика и электроника, а в роли светочувствительного элемента применяется двухмерная матрица ПЗС (как в цифровых видеокамерах), Эти устройства, как правило, намного дороже обычных планшетных или протяжных сканеров. Слайд-сканеры по внешнему виду обычно напоминают планшетные, но меньше по размерам. В некоторых моделях предусмотрен специальный выдвижной лоток со стеклянной подложкой, на которую помешают слайды.

Барабанные сканеры До появления и распространения настольных сканеров с приемлемым качеством эти устройства практически повсеместно использовались для ввода изображений при допечатной подготовке изданий. Барабанные сканеры и по сегодняшний день дороги и сложны в использовании, но они незаменимы там, где нужно сканировать графику для высококачественной цветной печати. В качестве светочувствительного элемента в барабанных сканерах используется фотоэлектронный умножитель. Он располагается внутри полого стеклянного цилиндра, на поверхность которого накладывается оригинал. В ходе сканирования цилиндр вращается вокруг своей оси, что позволяет вводить изображение точка за точкой. Сегодня барабанные сканеры обеспечивают самое высокое качество сканирования. Их преимущество заключается в том, что фотоэлектронные умножители очень чувствительны к незначительным изменениям яркости и, следовательно, позволяют различать большее количество оттенков, особенно в области очень темных и, наоборот, очень светлых тонов. Но хотя цены на эти устройства в последнее время значительно снизились, они все равно остаются дорогими по сравнению с планшетными и, тем более, протяжными сканерами. Однако на сегодняшний день характеристики лучших ПЗС не намного хуже, чем у ФЭУ, а следовательно, новые профессиональные планшетные сканеры обеспечивают практически такое же качество сканирования, как и барабанные.

Цветное сканирование Все светочувствительные приборы, применяемые в сканерах, измеряют только яркость попадающего на них света, но не его спектральные характеристики, по которым человеческий глаз различает цвета. Поэтому для ввода в компьютер цветных изображений пришлось дополнительно доработать конструкцию сканера. Согласно законам физики любой оттенок может быть составлен из трех основных цветов — красного, синего и зеленого. Поэтому, если в заданной точке измерить яркость веех трех составляющих, можно однозначно определить и ее цвет. В первых цветных планшетных сканерах использовался трехпроходный метод сканирования. В этом случае изображение считывалось трижды, причем при каждом проходе измерялись значения только одной из трех основных цветовых составляющих, для чего использовались либо сменные светофильтры на обычной

125

Часть шестая. Модернизация периферии лампе белого света, л ибо три цветные лампы (трехлам повое сканирование). Недостатком трех проход но го метода была низкая скорость работы — в три раза меньше по сравнению с черно-белым сканированием. Кроме того, необходимость наложения друг на друга трех отдельно полученных изображений приводила к ошибкам и искажениям. Альтернативой этому методу является однопроходное сканирование. В оптическую систему сканера добавил и призму, разлагающую отраженный от сканируемой картинки белый свет на спектральные составляющие. В сканирующей головке предусмотрены три отдельные линейки ПЗС, расположенные таким образом, чтобы на каждую из них попадал световой пучок только одного из трех основных цветов — синего, красного или зеленого, Главным препятствием на пути к широкому распространению сканеров, работающих по такому принципу, была высокая стоимость ПЗС, но по мере снижения цен на эти чипы однопроходные сканеры практически повсеместно вытеснили трехпроходные. В современных сканерах используются также усовершенствованные матрицы приборов с зарядовой связью, получившие название цветных ПЗС. Такая микросхема содержит три линейки светочувствительных элементов, каждый из которых оснащен встроенным светофильтром. При использовании цветных ПЗС отпадает необходимость в призме и сложной системе раздельного фокусирования световых пучков. В итоге сканирующая головка получается более компактной и дешевой.

Параметры сканеров Чтобы определить свойства той или иной модели сканера, в первую очередь рассматривают ее технические параметры. Производители сканеров при описании своих изделий зачастую приводят очень большое количество разных характеристик, но возможности устройства определяют, в основном, следующие параметры: •

разрешающая способность. глубина цвета.

•

размер области сканирования, быстродействие.

•

способ подключения.

Разрешающая способность Разрешающая способность, или разрешение — это количество точек, которые сканер может различить на отрезке единичной длины. Эту величину измеряют в точках на дюйм (dots per inch — dpi). Однако при оценке разрешающей способности сканера следует учитывать два следующих фактора. Во-первых, разрешение сканера почти всегда определяют не одной, а двумя величинами — в горизонтальном (по ширине л иста документа) и вертикальном (по высоте) направлениях. Разрешение по ширине определяется свойствами чипа ПЗС, а именно, количеством светочувствительных элементов в линейке.

126

Часть шестая. Модернизация периферии В вертикальном направлении (по ходу движения головки) разрешающая способность зависит от шага ее перемещения и равна количеству позиций, которые может занимать сканирующая головка на отрезке длиной в 1 дюйм. Соответственно, полное разрешение сканера обозначается двумя числами, например 600x600 dpi, причем эти значения не обязательно должны быть одинаковыми. До недавних пор в большинстве моделей шаг головки выбирался таким образом, чтобы разрешение по горизонта!и и вертикали было одинаковым. Однако в последнее время многие разработчики используют в своих изделиях прецизионные механизмы, позволяющие увеличить количество возможных позиций сканирующей головки на е д и н и ч н о м отрезке. В этих сканерах вертикальное разрешение больше, чем горизонтальное, например 300x600 dpi. Но если отсканировать картинку с такими параметрами, она, естественно, будет растянута по вертикали. Во избежание этого при сканировании либо отказываются от уменьшения шага головки (в таком случае устройства с разрешением 300x600 dpi работают в режиме 300x300 dpi), либо прибегают к специальной дополнительной обработке рисунка. Описанные выше значения обеспечиваются реальными физическими характеристиками считывающей системы сканера. Поэтому их называют оптическим разрешением. Этот параметр для современных домашних планшетных сканеров в большинстве случаев равен 300x300 или 300x600 dpi. Для дальнейшего повышения разрешающей способности сканера можно продолжать совершенствовать оптику и механику устройства (что приводит к существенному повышению его цены) или же воспользоваться одним из методов программного увеличения разрешения. Программные атгоритмы повышения разрешающей способности сканера работают по следующему принципу. Между точками, реально считанными оптической системой устройства, программа вставляет дополнительные, цвет которых рассчитывается на основе значений оттенков их ближайших «соседей». Полученное таким образом навое разрешение называют интерполированным. Оно может превышать оптическое во много раз. Например, сканер, работающий с максимальным оптическим разрешением 300x300 dpi, может передавать в графическую программу изображения с интерполированным разрешением 600x600 dpi и выше, однако при этом их качество существенно снижается — картинки становятся слегка размытыми. Технология интерполяции недостающих точек нашла применение и при обработке картинок, отсканированных с неодинаковым разрешением по ширине и высоте. Допустим, сканер считывает картинку с разрешением 300 dpi по горизонтали и 600 dpi по вертикали. При ее обработке программа самостоятельно достраивает точки, которых недостает в рядах. Однако в этом случае таких «выдуманных» точек гораздо меньше, чем при обычной интерполяции. Поэтому качество полученной таким образом картинки хотя и ниже, чем при сканировании с высоким оптическим разрешением, но выше, чем после интерполяции точек в рядах и столбцах.

Глубина цвета Для определения числа цветовых оттенков, которые способен различить сканер, часто используют два взаимосвязанных параметра — глубину цвета и собственно количество цветов. Первый из них — это число разрядов, отводимых для 127

Часть шестая. Модернизация периферии кодирования цвета каждой точки, он измеряется в битах. Второй же — количество различных оттенков, которые можно закодировать двоичным числом соответствующей разрядности. Как мы уже говорили, при сканировании считываются значения трехосновных цветовых составляющих каждой точки — синей, красной и зеленой. Во многих случаях для кодирования любой из них отводят по 8 бит, а всего для точки — соответственно 24 бита. В таком режиме количестве! воспроизводимых цветов равно 16,7 млн. Однако на сегодняшний лень уже получили распространение сканеры с глубиной цвета 30 и 36 бит. Стоит заметить, что в большинстве случаев рисунок с такой глубиной цвета обрабатывается только внутри сканера, после чего на компьютер передается изображение в 24-битном цвете.

Размер области сканирования Этот параметр определяет максимальные размеры документа, который вы сможете считать с помощью данного сканера. Некоторые младшие модели планшетных сканеров позволяют обрабатывать листы формата Legal (8,5x14 дюймов, или 216x356 мм). Большинство же недорогих устройств рассчитаны на сканирование листов формата Letter (8,5x11 дюймов, или 216x280 мм), который примерно соответствует привычному А4 (210x296 мм).

Скорость сканирования Общее быстродействие сканера зависит от большого количества разнообразных факторов: характеристик механизма сканера, производительности компьютера, быстродействия используемых программ, текущего разрешения и глубины цвета. Поэтому измерить скорость сканирования довольно трудно. Производители сканеров часто приводят в технических спецификациях своих изделий скорость движения каретки в линиях или миллиметрах в секунду. Однако эта характеристика имеет очень мало общего с реальной производительностью сканера, Поэтому быстродействие той или иной модели определяется эмпирически — путем пробного сканирования.

Способ подключения При выборе сканера всегда важно знать, как именно он подключается к компьютеру. На сегодняшний день насчитывается три варианта подключения сканера. Многие недорогие модели присоединяются к параллельному порту (который обычно используется для подключения принтера). Это очень удобно, поскольку для установки сканера нет необходимости открывать корпус ПК. Недостатком такого способа подключения является сравнительно низкая скорость передачи данных. Более производительные модели планшетных сканеров подключаются к ПК через интерфейс SCSI. Если у вас уже есть жесткий диск или привод CD-ROM с этим интерфейсом, то сканер можно присоединить к имеющемуся в компьютере SCSI-контроллеру. В противном случае вам пригодится отдельный SCSI-адаптер, который обычно входит в комплект поставки устройства. Такой способ подключения обеспечивает высокую скорость передачи данных, но для установки контроллера необходимо открыть корпус, что не всегда удобно в связи с условиями гарантии на системный блок ПК. Самые современные сканеры подключаются к компьютеру через порт USB. Эта новая интерфейсная шина обеспечивает высокую скорость передачи данных,

128

Часть шестая. Модернизация периферии а также простоту подключения периферийных устройств. Однако порт USB есть только в новых ПК. В связи с этим большинство сканеров, рассчитанных на работу через USB, дополнительно комплектуются и кабелями для подключения к параллельному порту.

Драйверы Как известно, для управления устройствами, входящими в состав компьютера, служат небольшие программы — драйверы. Для нормальной работы сканера также необходим драйвер, причем для каждой модели эта программа разрабатывается отдельно. Но «услуги» сканера могут потребоваться любой из многочисленных программ, тем или иным способом обрабатывающих сканированные изображения. Для этого в Windows пришлось стандартизировать программный интерфейс драйверов этих устройств таким образом, чтобы любая графическая или OCR-программа изначально имела возможность работать с любой моделью сканера. Таким стандартом стал TWAIN. Совместимые с ним драйверы обеспечивают взаимодействие сканеров со всеми программами, поддерживающими этот интерфейс. На сегодняшний день вес приложения, так или иначе работающие со сканированными изображениями, поддерживают интерфейс TWAIN, a среди сканеров практически все современные модели являются TWAIN-совместимыми.

Глава 6: Плоттеры Режущие плоттеры Первые режушие плоттеры поя вились более 15 лет назад и считаются на сегодня одними их самых перспективных технологий. Интерес к ним растет год от года. Все плоттеры разделяются на два класса — со свободным ножом и тангенциальным ножом. Свободный нож (его еще называют флюгерным, так как он, как флюгер, разворачивается в сторону приложенной силы) является стандартным и общераспространенным типом режущего ножа, который используется в абсолютном большинстве каттеров. Проблема каттеров со свободными ножами заключается в том, что они не способны резать некоторые специальные пленки (светоотражающие, особо толстые, со сложной структурой), так как «вязнут» в них, или начинают задирать и рвать пленку на острых углах. Кроме того, на сложных пленках пользователь вынужден значительно снижать скорость резки, чтобы свободный нож успевал развернуться по нужной траектории. Все эти проблемы отсутствуют в каттерах с тангенциальными ножами (модели серии SummaSign), в которых нож имеет принудительный привод и разворачивается в нужную сторону под управлением программы. Так как в связи с этим у тангенциальных ножей отсутствует понятие offset (то есть, смещение кончика острия ножа относительно оси его вращения) и ему нет необходимости совершать сложные маневры для выхода на заданную траекторию, он очень просто режет сложные пленки (толстые и вязкие) под любыми углами, может резать более мелкие детали, и в общем работать с гораздо более высокой производительностью по сравнению со свободными ножами.

129

Часть шестая. Модернизация периферии

Струйные плоттеры Струйные плоттеры — стремительно развивающееся направление. Их главные достоинства следующие: фотореалистическое качество изображения (с применением RIP), тенденция к удешевлению расходных материалов, высокая скорость печати полноцветного изображения, возможность печати с шириной до 152 см, появление материалов, стойких к выцветанию и с ограниченной стойкостью к воде (без ламинирования). Современный струйный плоттер класса high-end обладает следующими свойствами: возможность работы с пигментными чернилами (обеспечивают определенную стойкость к воде и выцветанию), встроенная система непрерывной подачи чернил из больших емкостей (300-500 мл), рулонная подача и приемная катушка с электрическим резаком и системой подсушки. Последние два свойства обеспечивают возможность непрерывной продолжительной работы в автономном режиме.

Цветные электростатические термоплоттеры В настоящее время в широкоформатных плоттерах применяются две термотехнологии: с термопереносом и термовосковые. Плоттером с термопереносом красителя является модель SummaChroma фирмы Summagraphics, имеющая формат А1 (61см) и разрешение 406 dpi. Выпускается эта модель уже несколько лет, но по ряду причин на российский рынок не поставляется. Термовосковые широкоформатные плоттеры — новинка в наружной рекламе. Разработку такой модели провели фирмы Tektronix и Mutoh. Основные достоинства этого плоттера: довольно высокая скорость печати и гарантия устойчивости изображения к влаге и солнечному излучению без ламинирования до трех недель. К недостаткам можно отнести громоздкость этого устройства, стираемость изображения (то есть, его нельзя, например, наклеить на пол) и ограниченная способность к ламинированию (холодные ламинирующие пленки не пристают к восковой поверхности, а горячее ламинирование можно производить только при низкой температуре порядка и низком давлении, что не позволяет использовать толстые пленки с хорошими свойствами защиты от ультрафиолета). Последний недостаток не дает возможности использования таких плакатов в наружной рекламе на длительный срок. Всеми этими обстоятельствами и объясняется тот факт, что остальные фирмы заняли выжидательную позицию по отношению к термовосковой технологии в широкоформатных плоттерах.

Глава 7: Принтеры изнутри: обзор технологий струйной печати Если задать простой вопрос: «Кто сегодня больше всего думает о рисовании?» — кроме очевидных ответе» (дети, художники), появится еще один. Это создатели принтеров, люди самых разных профессий, от физиков и конструкторов до химиков и программистов. Они готовят краски, «холсты», придумывают рисующие машины и всевозможные способы точного воспроизведения самых различных картин.

130

Часть шестая. Модернизация периферии Поставим обшую задачу создания изображения на бумаге. У нас есть распылитель — некое устройство, выстреливающее капли чернил. Есть сами чернила. И, наконец, программа — часть драйвера, которая управляет распылителем, и «говорит» ему, в какой момент времени какую краску надо наносить на бумагу. Отсюда выводятся частные задачи. Распылитель должен быть как можно более точен. Его характеристики — разрешение печати и размеры капли, причем он должен уметь создавать капли разных размеров. Сегодня каждый производитель нашел свой подход к этой задаче, но суть фирменных технологий остается неизменной — распылитель должен быть гибким и точным. Технология Epson Variable Droplet позволяет сплошные массивы быстро заливать крупными точками, а мелкими тщательно прорабатывать тонкие цветовые переходы и детали изображения в максимальном разрешении. Чуть позже для термопечати аналогичную задачу решили Canon и Hewlett-Packard. У Canon технология Drop Modulation предполагает использование двух нагревателей в каждой форсунке, при одновременном включении их образуется капля втрое меньшего объема, нежели в стандартном режиме. Скорость и точность «полета» капли были отдельным предметом исследования Canon, в результате чего дюзы форсунок получили звездообразную форму, а нагреватель перенесли к самому краю трубки. У компании Lexmark — свой оригинальный подход. Картриджи к современной линейке принтеров 7x5 имеют форсунки двух диаметров — маленькие, стреляющие 3-пикалитровыми каплями и большие — на 10 пиколитров. Точность распыления напрямую связана с разрешением печати. Которое, в свою очередь, зависит от точности механизма, количества дюз в распылителе и скорости выстреливания капель. Несмотря на разные подходы к формированию картинки, все производители вынуждены наращивать и точность механики и «скорострельность» печатной головки. Epson и Canon в последние годы увеличили разрешение до 2800 dpi, Lexmark — до 3600. a Hewlett-Packard — до 4800. Хотя в последних моделях HP этот режим используется только в случае высокого разрешения исходного фа ила-фото графи и, от 1200 dpi. Скорость печати нечасто бывает предметом отдельных исследований, считается, что по мере совершенствования головок и механики принтера постепенно растет и скорость (особо шустрые модели уже обогнали недорогие лазерники). Тем интереснее, реализованное в принтерах Canon BJC-5000/5100 решение. Две печатающие головки в них получил и независимую «подвеску». Поставив два одинаковых картриджа можно вдвое ускорить печать. Допускаются и сочетания чернильниц — черная с цветной и цветная с фотокартриджем. Параллельно с решением задачи оптимального размера капель, решается другая — «как наносить». Эту задачу выполняет драйвер — именно он определяет в реальном масштабе времени, сколько и куда надо «накапать» чернил. Наиболее оригинальный подход, пожалуй, предложила Hewlett-Packard — ее технология PhotoRet (Resolution Enhancement Technology) развивается уже не первый год и сегодня появилась четвертая версия — PhotoRet IV. Смысл этого подхода таков: перед тем, как распылять краску, неплохо подумать, как ее оптимально распылять. И HP предложила рисовать картину относительно большими точками, но цвет каждой точки выбирать из большой палитры. Для этого большая капля, попадающая на бумагу, формируется из нескольких мелких. Причем компоненты дозируются очень точно. Например, 9 частей черного. 3 — маженты, 5 — циана и 1 -

131

Часть шестая. Модернизация периферии желтого. В последних моделях принтеров HP печать ведется в шести цветах, и в итоге цвет каждой точки можно выбирать из палитры в 1,2 миллиона цветов. Конечно, это намного меньше, чем в стандарте TrueColor (16 млн. цветов), но в томто и секрет, что, гибко выбирая цвет каждой точки, можно сохранить общую палитру, но значительно увеличить скорость печати. Мысль здравая. Но конечный результат HP примерно такой же, как у других производителей, а значит — это не единственный работающий метод.

Вместе или раздельно? Позиция Seiko Epson такова: лучшая на свете технология не просто струйная, а пьезоструйная. То есть та, в которой основным двигателем распыления служит пьезокристалл — вещество, меняющее форму и объем под воздействием электрического тока. Если подать на кристалл импульс тока, он создаст в чернилах волну, которая достигнет дюзы и выплеснется из нее в виде микроскопической капельки. После чего сразу запускают обратный процесс (обратная волна), которая всасывает паразитные брызги, чтобы на бумаге получилась ровна капля, а не клякса. Главная достоинство технологии — повышенная долговечность печатной головки, поэтому ее встраивают в принтер (или совмещают с ним). По заявлениям Epson, ресурс печатающей головки равен ресурсу принтера. И это действительно так, если принтер используется регулярно, «голова» также регулярно промывается чернилами. Но, если по какой-то причине, принтер долго (больше месяца) не использовался, чернила в каналах засыхают. После чего их приходится долго промывать. В особо запущенных случаях штатные средства принтера не справляются, и тогда приходится менять в ссрвис-ценре засохшую намертво головку примерно за полцены принтера. Если засохла недорогая модель (до S100) проше сразу купить новую. Другой подход представляют Hewlett-Packard и Lexmark. Они, напротив, полностью отказываются связывать судьбу принтера с судьбой головки. Отчасти это объясняется применяемой технологией распыления — термоструйной. Здесь двигателем является нагревательный элемент, в последних моделях даже два элемента. Это микроскопическая «печка» мгновенно нагревает чернила, увеличивая их объем, от чего, по всем законам физики, чернилам становится тесно в канале и они вырываются из дюзы. А для подавления паразитных капель применяются разные способы — в частности, звездообразная форма дюзы. В принципе, на нагревателях также можно сделать головку с большим ресурсом, но это намного сложнее, чем в случае пьезотехнологии. Поэтому сторонники раздельного подхода создают относительно дешевые головки с маленьким ресурсом и встраивают их в картридж. Разумеется, это удорожает производство картриджей, но как показывают текущие цены, пользователю в любом случае приходится много платить. Кроме того, на рынке нет поддельных картриджей со встроенными головками, мошенники их не подделывают, а перезаправляют другими, явно неродными чернилами. А главное достоинство такой схемы — если в печатной головке намертво засыхают чернила, пользователь в худшем случае лишается картриджа, а не принтера. Третий подход выбрали Canon и Xerox (не во всех моделях). Они предпочитают делать термоструйные головки с большим ресурсом (он также, по заявлениям производителя равен ресурсу принтера), но не жестко встраивать их в принтер, а «мягко» — головка снимается достаточно легко, и пользователь, в случае чего,

132

Часть шестая. Модернизация периферии может просто купить новую и самостоятельно ее заменить. Ее пена, конечно, не половина принтера, а гораздо меньше — примерно пятая часть. Так что в случае «мертвого засыхания» больших убытков не будет. У м н ы й подход к формированию изображения на способе подготовки точек не заканчивается, а только начинается. И здесь, пожалуй, у струйной печати — самый большой резерв развития. Драйверы становятся все более -думающими». Они не просто распыляют чернила по шаблону из файла, но тщательно анализируют исходную картинку. Основной подход Epson к этой проблеме называется PhotoEnhance. При этом человек доверяет драйверу выстраивание ивстов, отказывается от точной передачи цвета по какому-либо стандарту цветокоррекции. И надо сказать, что часто PhotoEnhance оправдывает высокое доверие. Есть примеры, когда анализ картинки позволял вытягивать совершенно неожиданные элементы изображения (подобная работа в Photoshop'e требует высокой квалификации). То есть, получается, что драйвер «додумывает» за человека, как представить изображение наилучшим образом. И над алгоритмами «додумывания» трудится целая армия математиков. В частности, их труд направлен на восстановление при печати недостающих элементов, которые пропадают в низком разрешении. По сути, эта задача эквивалентна экстраполяции, но на практике решается более тонко — программа не просто анализирует ход имеющихся линий и продолжает их, она выделяет объекты изображения и стремится придать им определенную форму. В той же технологии Epson PhotoEnhance иногда можно наблюдать интересный результат, как драйвер, допустим, «подчищает» кожу, убирает се мелкие дефекты. То есть, он знает, что на картине присутствует человек. И его надо сделать красивым. Hewlett-Packard решает эту задачу по частям. В состав последних принтеров HP входит соответствующий набор утилит: Contrast Enhancement, Digital Flash, SmartFocus, Sharpness и Smoothing (усиление контраста, цифровая вспышка, интеллектуальная фокусировка, резкость и разглаживание). Если выставить в этих утилитах режим «Auto», общая работа будет напоминать то, что делает Epson PhotoEnhance. Canon ограничивается вытягиванием оттенков и деталей картинки на особо темных и очень светлых участках с помощью своей Color Image Processing System (CC1PS). Для фотографий можно включить отдельную опцию фото-оптимизатора, где кроме традиционной цветокоррекции с учетом условий освещения и настройки контраста, есть и нетривиальные алгоритмы. Всем знакомы дефекты фотографий, сделанных против света — неестественно белое небо и, хуже того, сам объект съемки на первом плане бледный и неконтрастный. Или — цветовой шум, особенно заметный при съемке цифровой камерой в условиях низкой освещенности, когда однородный в оригинале фон замусоривается лишними точками. Полностью исправить такие дефекты сложно даже вручную (или придется повозиться над каждым фото час-другой-третий), но получить визуально приятные отпечатки можно автоматически. Ни один производитель не решится утверждать, что его умные драйверы полностью устраняют проблему цветокалибровки — до этого еще очень далеко. Но, оказывается, если речь идет о печати фотографий, пепочку калибруемых устройств можно сократить до двух — принтера и цифровой камеры. Технология Epson PRINT Image Matching (PIM) фактически представляет особый язык, на ко-

133

Часть шестая. Модернизация периферии тором общаются эти два устройства. Если точнее, цифровая камера сохраняет свои настройки вместе с кадром (гамма, цветовой баланс, насыщенность, яркость, резкость) и передает эти данные принтеру. Все данные записываются в заголовке стандартного jpg-файла. Думаете, что для PIM'a нужен особо хитрый принтер. вроде Epson Stylus Photo 895, читающий кадры прямо с флэшек»? Спешу успокоить — технология работает и в привычном режиме, файлы можно загрузить с камеры в компьютер и затем уже вывести на печать. Только обрабатывать такие файлы в графических редакторах не стоит. Потому что еще одно преимущество «непосредственной печати» — в сохранении цветовой палитры YCbCr цифровой камеры, заметно более широкой, нежели цветовое пространство монитора (sRGB). Технологию РШ пока поддерживают исключительно последние модели Epson, то с цифровыми камерами дело обстоит проще — на инициативу откликнулись Casio, Nikon, Olympus, Sony и многие прочие известные.

Химия Тот факт, что вслед за основным производителем совместимые чернила начинают смешивать десятки фирм, добиваясь вполне приличных результатов, не означает, что задача получения «правильной краски» проста, и в картридж можно залить чернила «Радуга». То есть залить-то можно, но на бумаге такие чернила расплывутся, а печатную головку очень скоро засорят. А ведь мы в требуем от чернил многого — достоверной цветопередачи, влаго- и светостойкости, они не должны сыпаться или наоборот насквозь пропитывать бумагу (в обоих случаях придется либо покупать очень дорогую бумаг>' с фирменным покрытием, либо без всякого удовольствия смотреть на отпечатки, сделанные на обычной). Наконец, любой современный принтер, обладающий большой скоростью печати, нуждается в быстросохнущих чернилах, иначе они просто-напросто смажутся в выходной стопке, Чернильные проблемы каждая фирма решает по-своему. Например, Epson для повышения стойкости отпечатков экспериментирует с пигментными чернилами. Они давно и широко используются в черных картриджах, по атмосферной стойкости их можно сравнить с тонером для лазерных принтеров. Но цветные пигментные чернила проигрывают традиционным водорастворимым (dye-based) в части цветопередачи, да и механическая прочность покрытия получается невысокой. Крупные частицы пигмента плохо впитываются бумагой, и слой получается неравномерной толщины. Чтобы избавиться от этих недостатков Epson в своих чернилах ColorFast предложила измельчать пигмент до среднего размера частицы 0,1 мкм и заключать каждую частицу в оболочку из прозрачного полимера. Срок службы отпечатков заявлен нешуточный — до 200 лет, против 15 — у прежних водорастворимых чернил Epson Quick Dry. Конечно, нужно делать скидку на вероятное рекламное завышение характеристик и существенно разнящиеся условия службы одних и тех же отпечатков. Пока могу только отметить, что чернила прежнего поколения были использованы мною для печати этикеток на принтере Epson Stylus Photo 700. Этикеток для домашних солений и вина, которые в условиях достаточно холодного, а потому сырого погреба совершенно потеряли краску. И на них уже нельзя было бы, не будь других отметок. Тогда как старые черно-белые «пигментные» отпечатки HP DeskJet 600 остаются читабельными втехже условиях уже пять лет. Словом, если компания Epson добьется такой же стойкости и для цветных чернил, то честь ей и хвала.

134

Часть шестая. Модернизация периферии HP, тем временем, продолжает «химичить», и в последнем PhotoSmart 7550 количество разных чернил доведено до семи! Считайте сами — один картридж с черными пигментными чернилами предназначен для быстрой печати стойкого ко всему текста, второй — с водорастворимыми чернилами трех основных цветов CMY-модели — для цветной графики, для печати фотографий служит третий картридж, содержащий светло-голубые, светло-мал и новые и черные водорастворимые чернила. При необходимости достоинства пигментных и водорастворимых чернил могут быть в прямом смысле слиты воедино. Не менее круто замешивает чернила Canon. Чего стоит один только «оптимизатор чернил» — прозрачное вещество, заливаемое в отдельный отсек черного картриджа! При нанесении его на обычную бумагу перед печатью (естественно. точечно, в те же самые позиции, что будут покрыты чернилами) повышается водостойкость отпечатков, а более всего выигрывает режим черно-белой текстовой печати.

Сервис Как только в принтерах Hewlett-Packard появилось автоматическое выравнивание картриджа, оно казалось чем-то надуманным, почти ненужным. Не так часто необходима эта функция, чтобы серьезно к ней относиться. А сегодня, когда встречается принтер без автоматического выравнивания, смотришь на него как на недоделанного. Пока только Epson не стала применять эту технологию, Canon и Lexmark поняли, что это особенно полезно в принтерах, где приходится черный картридж менять на фото и наоборот. Думаю, если эту процедуру придется проделать всего два раза вдень, вспомнишь автоматику добрым словом. А л иста и чутьчуть краски не жалко. Кстати о Lexmark (поводов вспомнить ее до сих пор было немного): пока первая и единственная озаботилась автоматическим выравниванием бумаги, поставив вертикальный ряд роликов для «разворачивания» листа. Не совсем к механической части принтера, а скорее к электронике, можно отнести встраиваемые уже во многие модели датчики типа бумаги. Два детектора определяют степень отражения и преломления света, заправленного в принтер материала, и передают результаты замеров в драйвер. А драй вер не только удивляет пользователя своей осведомленностью, но и автоматически подстраивает параметры печати. Универсальные принтеры имеют дело с разными носителями будущей твердой копии документа: тут и рулонная бумага, и фотокарточки, и даже компакт-диски (например, для принтера Epson Stylus Photo 950). В идеале принтер должен иметь несколько входных лотков, дабы пользователь не тратил времени на смену бумаги, а для выбора нужного неплохо бы предусмотреть пару кнопок на передней панели принтера (чтобы не лезть в настройки драйвера). Не такая эффективная в работе, но не менее любопытная технология Relay Feeding ASF — релейный узел автоподачи бумаги от Canon. Принтер запоминает длину первого листа печатаемого документа и подает последующие листы, не дожидаясь полной выгрузки предыдущего. Не бог весть, какое изобретение, и лазерные принтеры давно научились прогонять листы друг за другом, но секунду-другую в расчете на страницу этот способ экономит.

135

Часть шестая. Модернизация периферии Никак нельзя и без мелочей, доставляющих приятные эмоции тестерам и пользователям (первым, пожалуй, даже в большей степени, потому что докапываться до иной особенности принтера — далеко не всякому человеку любопытно). Но, например, печать без полей, реализованная в отдельно взятых принтерах Canon, Epson и Hewlett-Packard — вещь крайне полезная. Причем не только для печати фотографий (здесь есть альтернатива для ленивых — встречается фотобумага с отламывающимися полями, так что даже и резак не нужен). Получить какой-нибудь чертеж или плакат метрового калибра, можно хоть на принтере формата А4 (разумеется, если делать это приходится эпизодически и «правильного» плоттера нет под рукой). Только традиционный способ омрачается потраченным на обрезку полей временем, «бесполевой» же метод прост — достаточно разложить фрагменты и прихватить скотчем. Кстати, технологическая проблема, мешающая разрешить на всех принтерах печать без полей (по крайней мере, боковых) — в опасности залить чернилами валики, протягивающие бумагу. Epson ее решила напрямую, установив по краям формата поролоновые подушечки, собирающие лишние чернила. Не совсем, на мой взгляд, красивое решение, но у других тоже есть недостатки. У принтеров Hewlett-Packard бумага схватывается посередине, причем так жестко, что потом на отпечатке остаются крошки от резинового прижима. Причем, иногда из-за этого возникают дефекты печати. Из почти «софтовых» удобств можно отметить HP Ink backup: когда вы доделываете свой проект поздно ночью и нет времени сбегать за новым картриджем. принтер может печатать черный текст, задействуя цветные чернила. Конечно, распечатка будет несколько сероватой, но все же лучше чем ничего, и гораздо логичнее поведения некоторых принтеров, отказывающихся даже опознаваться драйвером, когда одна из чернильниц опустела.

Глава 8: Цветопередача Известно, что цвет — это длина электромагнитной волны, регистрируемой нашим глазом. В дальнейшем придётся отталкиваться от такого объективного определения, хотя на самом деле воспринимаемый нами цвет есть понятие глубоко субъективное и зависящее от множества принципиально неучитываемых параметров — от меню за последние пару дней до просто настроения. Но измерением цвета по длине волны занимаются разве что физики, а для практических нужд используется тот факт, что глаз выделяет из света три компоненты, которые условно соотносят к красному, синему и зелёному. Смешивая лучи этих цветов в разных пропорциях можно получить любой видимый глазом цвет. Это и есть основа цветовой системы RGB, в которой и работают практически все мониторы, что прекрасно видно, если рассмотреть точки экрана под лупой. Однако уже на этом шаге не всё так просто. Для понятий «красный», «синий» и «зелёный» определены точные длины волн — но на самом деле колбочки сетчатки чувствуют совсем не их! Ещё в 1931 году CIE (Commission Internationale de 1'EcIairage) были замерены реакции глаза на свет различной длины волны, и оказалось, что кривые отзыва очень далеки от логически удобоваримых.

136

Часть шестая. Модернизация периферии

3»

«3

«S

I»

15!

5S!

К»

Их, не мудрствуя лукаво, назвали X, Y и Z и решили принять их за основу измерения цвета, а чтобы немного удобнее ориентироваться в получаемом цвете разработали модель xyY — где Y есть уже параметр яркости, а х и у получаются из X, Y и Z: x=X/(X+Y+Z), y=Y/(X+Y+Z). Иногда вводят и z=Z/(X+Y+Z), но, очевидно, z= 1 -х-у. В координатах ху обычно отображают локус — набор всех цветов, воспринимаемых глазом.

-.

137

Часть шестая. Модернизация периферии Однако такая система чересчур неравномерна — например, изменив один параметр на единицу, мы можем почти не заметить разницы в цвете, а изменив на туже единицу другой — получить нечто совсем новое. Степень нелинейности достигает при этом 1:80.

Чтобы хоть как-то компенсировать это, начали придумывать новые системы, производные от XYZ: YUV. Lab, Luv и прочие. YUV, Luv и иже с ними используются, как правило, «телевизионном деле, а вот Lab используется в компьютерной вёрстке всё чаше. Но главная беда всех производных систем цветопередачи — они относительны. В них передаётся информация о том, как цвета разных точек изображения соотносятся друг с другом — но не как они должны выглядеть! Если вы читаете текст с монитора и видите его на белом фоне, который передаётся на монитор как максимум красного, синего и зелёного, это вовсе не значит, что этот белый фон имеет такой же цвет, как и у другого пользователя. Достаточно просто тронуть регулировки яркости и контрастности — или изменить внешнее освещение — чтобы увидеть, как изменяется цвет. Сказанное выше касается излучаемого света, или аддитивного цвета — то есть когда при складывании каналов мы увеличиваем яркость. А любая распечатка передаёт цвет отражением части спектра падающего на него света, так называемым субстрактивным цветом — при добавлении красителей мы уменьшаем яркость. И здесь снова проявляется проблема внешнего освещения: ярким солнечным днём на улице и поздним вечером за тусклой лампочкой одна и та же распечатка будет смотреться совсем по-разному.

138

Часть шестая. Модернизация периферии

Но это, всё-таки, проблемы, от компьютерной темы отдалённые; а как быть нам, обладателям мегабайт и гигагерцев? Что сделано в этой области для нас, дом а ш н и х пользователей? Идея контроля цвета в компьютерных системах достаточно проста: выбирается некое подмножество цветов, а каждому устройству приписывается профиль — правило пересчёта из цветового пространства данного устройства в это подмножество. Стандарт па профили устройств был разработан в 1993 году (котя работы ведутся до сих пор) международным консорциумом по цвету, ICC. Рабочее подмножество описывается в координатах XYZ, а в файле профиля указывается тип устройства (сканер, монитор, принтер), цветовой охват и таблицы для пересчёта из пространства устройства в XYZ или Lab. Причём, поскольку пересчитывать можно по-разному, хранится четыре варианта таблиц: absolute colorimetric — когда считается, что белый цвет одинаков, relative colorimetric — когда осуществляется пересчёт и белого цвета, perceptual — когда искажаются цвета не только вне цветового охвата, но и близкие к его краям: это обеспечивает лучшее восприятие пвета глазом, и, наконец, saturation — искажение цветов ради получения наиболее насыщенных оттенков, что важно для рисунков и бизнес-графики. Заниматься сквозным контролем цвета всех изображений, проходящих через компьютер, призвана Color Management System —система управлений цветом, которых, на самом деле, существует достаточно много — Kodak, Agfa. Apple с разной степенью агрессивности продвигают именно свои системы. Одна из них, от Microsoft, встроена непосредственно в Windows; собственно, она не сильно отличается от других, но профессиональные программы — такие как Adobe PhotoShop и иже с н и м — позволяют пользоваться любой другой системой, а так же создавать свои собственные профили. В качестве же универсального цветового пространства Microsoft совместно с Hewlett-Packard продвигают стандарт sRGB — «урезаныный» вариант, посильный для middle-end-техники. Казалось бы. какие могут быть проблемы, когда за дело берутся такие гиганты рынка? Увы, как ни странно, особого облегчения CMS не приносит, Вопервых, все цветовые преобразования являются необратимыми. Простейший пример — нарисуйте в PhotoShop несколько прямоугольничков разного цвета, для примера, в RGB. Запишите их цвета и переведите картинку в любой другой режим - Lab, CMYK... а потом — обратно. Смею вас уверить, что не изменится только белый (потому что преобразования абсолютные), и, в лучшем случае, некоторые серые оттенки. А ведь файл в CMS претерпевает по меньшей мере два преобразования — на входе со сканера или камеры и на выходе — при печати.

139

Часть шестая. Модернизация периферии

Простоенство RGB

Во-вторых, никуда не исчезла проблема белого цвета. До тех пор, пока лист бумаги не будет выглядеть так же, как и белый экран монитора — похожесть цветов может быть только относительной. В третьих, два принтера одной модели — или даже один и тот же принтер, но в разных условиях — может выдать очень малопохожие распечатки для одних и тех же файлов. И это уже не вдаваясь в такие подробности, как недостаточность таблиц профилей — зачастую в них идут восьмибитные данные... Кстати, тех, кто активно печатает дома с прицелом на некоторую профессиональность и подготавливает файлы в CMYK ожидает сюрприз от Microsoft: подсистема печати Windows понимает только RGB! И если вы оправляете на печать из того же PhotoShop CMYK-картинку, то сначала сам PhotoShop переведёт её в RGB, а уже потом драйвер принтера пересчитает обратно в CMYK. Именно поэтому если вы хотите получить на принтере чистый мажентовыи цвет, надо использовать не CMYK (0,100,0,0) a RGB (255,0,255). Единственным спасением для CMYK в Windows является использование postscript-принтера, чем и пользуются профессиональные дизайнеры и цветоделители. Так как же быть? Совет стар и прост: расслабится. У вас есть фотография, вы сканируете ее, печатаете на цветном струйнике и получается похоже. Более или менее. Если вам так уж интересно выбрать оптимальный вариант — распечатайте ее в четырёх-пяти экземплярах, с различными установками цветопередачи. Но не стоит рассчитывать, что найденное сочетание установок даст столь же хорошую распечатку у вашего друга... или даже на следующей фотографии.

Глава 9: Струйная технология печати: за и против Я не люблю попсовую культуру, и все, что, по моему понятию, к ней относится. Попсовая культура — это не только музыка. Она проявляется везде, в том числе и в компьютерной области. Главный ее признак — когда критерием выбора той или иной вещи является не качество и не соотношение цена/качество, а желание получить стандартное устройство, которое есть у большинства. Причины 140

Часть шестая. Модернизация периферии для этого могут быть самые разные — от привычной консервативности человеческой психики, страха перед возможными проблемами с незнакомым устройством, до стадного чувства «чтобы как у всех». Причем я прекрасно осознаю, что бороться с попсовой культурой бесполезно... К чему такое длинное вступление? По моему мнению, струйная печать — это влияние попсовой культуры на мир печати. Я прекрасно понимаю, что поклонников этого метода огромное количество, и что все нижеприведенное Bi>i3Oвет множество возражений. Тем не менее, я попытаюсь развеять несколько заблуждений касательно струйных принтеров.

Самые дешевые? Самый объективный параметр, по которому можно оценить стоимость принтера — это стоимость отпечатка. Причем в эту стоимость надо заложить и цену самого принтера. По стоимости отпечатка можно судить, во сколько обойдется владение принтером за определенный промежуток времени — например, за год. Для сравнения стоимости рассмотрим самые дешевые модели струйных и лазерных принтеров. Не будем называть имен, скажем только, что оба производителя этих устройств входят в тройку самых популярных производителей, соответственно, струйных и цветных лазерных принтеров. Цены на расходные материалы меняются очень быстро, но будем считать, что погрешность в их определении составляет не более 20%. Что входит в стоимость отпечатка струйного принтера: •

специальная бумага (0,5 цента за лист), так как заявленное качество получается только на ней;

•

чернила (не забывая о том, что производитель указывает расход чернил для разрешения 300-360 dpi, где точки реже, а при максимальном разрешении расход чернил в 3 раза больше); ресурс принтера (25 000 листов).

У меня получилось $0,79 за лист формата А4 при пятипроцентной заливке каждым цветом с максимальным разрешением. Для лазерного принтера стоимость такого же отпечатка (только бумага обычная) дает 50,09 — и это с учетом ресурса принтера и всех расходных материалов (не только картриджей, но и износа барабана, печки, резиновых роликов)! Сравните эти две цифры. Еще раз напомню, что стоимость принтера в них уже заложена. На тот случай, если разница в 8 раз вас не впечатлила, приведу еще одну цифру. Согласно статистическим опросам, пользователь струйного принтера печатает в среднем в день 8-10 листов. Конечно, домашний пользователь использует принтер реже, но отдел рекламы любой компании — в несколько раз чаше. За год пользователь струйного принтера только на расходные материалы тратит $2850. Пользователь лазерного принтера на такой же объем печати потратит $300. Стоимость цветного лазерного принтера сейчас всего $1800. Используя струйный принтер, вы уже через год потратите на расходные материалы сумму, которой с лихвой хватило бы на покупку лазерника и расходных материалов кне-

141

Часть шестая. Модернизация периферии му на год. Даже если вы печатаете не 8 листов в день, а вдвое меньше, вряд ли $1500 — сумма, незаметная для вашего бюджета. Да, но ведь картридж можно дозаправить дешевыми, хоть и «неродными» чернилами! Так поступает большинство пользователей струйных принтеров. Эти чернила, безусловно, уменьшают стоимость отпечатка (хотя, если верить производителям принтера, на них он быстрее изнашивается, да и качество страдает). Но и для лазерных цветных принтеров существует рынок «неродных* тонеров и запчастей, которые иногда более чем вдвое дешевле оригинальных картриджей. Могу вас заверить, что в этом случае разница между стоимостью владения струйным и лазерным принтером все равно остается на том же уровне.

Достаточное разрешение? Максимум, достигнутый струйной технологией, — 2800 х 1400 dpi. При этом капля имеет размер 4 пиколитра (диаметр 12 мкм), что на бумаге составляет 30 мкм. В общем-то, это противоречит заявленному разрешению, так как 30 мкм соответствует всего 900 точкам на дюйм. (Кстати, если считать, что капля не расплывается вообще, что нереально, все равно диаметр капли в 4 пиколитра — 12 мкм — может дать только 2100 dpi.) Максимальное разрешение лазерного принтера — 2400 dpi — обеспечивает размер точки в 10 мкм. То есть уже сейчас элементарная точка, напечатанная на лазерном принтере меньше аналогичной точки на струйном принтере в 3 раза. Споров о преимуществах и недостатках стохастического растрирования было достаточно много, чтобы не повторять их здесь. Напомню только основные положения. Стохастическое растрирование обеспечивает более четкие границы за счет потери цветовых деталей там, где точки ставятся особенно редко. При амплитудно-модулиро ванном растрировании (то есть, при полиграфическом растре), которое применяется во всех лазерных принтерах, мы имеем лучшую передачу деталей в тенях, но, соответственно, несколько менее резкие границы. Таким образом, то, что струйный принтер печатает с разрешением 1440 dpi. еше не значит, что он способен передать все детали исходного изображения с разрешением 300 dpi — темные области напечатаются достаточно хорошо, но светлые тона и лица будут выглядеть намного хуже, чем на экране. Именно поэтому производители струйных принтеров стремятся выбирать как можно более темные образцы печати. Лазерный принтер, в отличие от струйного, способен напечатать файл с разрешением 300 dpi без потери качества, независимо от оттенков, которые на нем присутствуют. А теперь посмотрим: как именно струйный принтер обеспечивает нужное разрешение? Как известно, для достижения максимального разрешения его печатающая головка проходит несколько раз по одному и тому же месту. Каждая капля чернил, вылетающая из сопел, немного отклоняется вниз и падает на бумагу не вертикально, а под углом. А при втором проходе печатающая головка движется в обратном направлении, и чернила падают на бумагу под другим углом. Поэтому на качество печати струнника влияют следующие факторы.

142

Часть шестая. Модернизация периферии Фактор первый — точность позиционирования печатающей головки. Ведь она вставляется в гнездо не идеально точно и имеет некоторый люфт. А разрешение 1440 dpi требует точности до сотой доли миллиметра! Фактор второй — истинный размер и форма капли чернил на бумаге. Ведь они на самом деле получаются не круглые, а овальные, так как падают под углом. Поэтому изображение нередко смазывается в направлении движения печатающей головки. Фактор третий — перспективы развития струйной технологии с учетом того, что струйная печать имеет естественное физическое ограничение на разрешение. Оно состоит из двух частей. Первое определяется бумагой. Пока что даже специальная бумага не обеспечивает разрешение выше 2500 dpi. Теоретически его можно преодолеть, если использовать не бумагу, а, например, пластик или другой материал, который будет дороже даже специальной бумаги (а она и без того стоит почти доллар за лист) в несколько раз. Второе ограничение определяется соплами принтера. Чернила представляют собой взвесь частиц краски в жидкости. Согласно законам физики, сделать бесконечно малую каплю такой взвеси невозможно. Точно оценить минимальный размер капли — достаточно трудоемкое занятие, но даже по грубой оценке он не может превышать 10 мкм. Этот факт ограничивает разрешение принтера значением 2500-3000 dpi. Таким образом, последние модели принтеров с разрешением 2800 dpi практически достигли «потолка» струйной технологии. Кроме того, современный уровень техники не позволяет создать столь мелкие сопла, расположенные не реже чем через каждую сотую долю миллиметра. Поэтому уже сейчас для имитации необходимого разрешения производители вынуждены заставлять печатающую головку проходить несколько раз по одному месту. Очевидно, что лазерная технология лишена подобных ограничений на разрешение. Это значит, что уже в ближайшее время она уйдет далеко вперед. Но ведь все говорят, что качество печати и так достигло уровня, когда глаз уже не видит отдельных точек, из которых состоит изображение? На самом деле это далеко не так (см. «Разрешение видимое и невидимое»).

Хорошая цветопередача? Цветопередача определяется тремя параметрами: цветовым диапазоном, воспроизводимым принтером; •

соответствием цвета на бумаге либо экранному изображению, либо сканированному оригиналу;

•

стабильностью цветовых характеристик.

Если один из двух последних показателей неудовлетворителен, то вы никогда не получите на отпечатке тех цветов, которые хотели. Бесспорно: цветовой охват четырехцветных струйных и лазерных принтеров практически идентичен, а диапазон цветов шестицветного струйного принтера значительно шире, нежели у цветного лазерного. Возможность использования шести и более картриджей — одно из немногих преимуществ современной струй-

143

Часть шестая. Модернизация периферии ной технологии. Но из-за того, что струйные печатные устройства относятся к разряду дешевых, никто и не собирается делать ICC-профили для шестицветной печати. Самостоятельно выполнять цветоделение не в стандартный CMYK, а в шесть цветов — задача очень нетривиальная, и справится с ней не каждый опытный дизайнер. А неопытному пользователю и вовсе приходится полагаться на то, что авось принтер поделит RGB файл корректно. Что происходит не всегда...

Разрешение видимое и невидимое В последнее время многие производители принтеров совершенно необоснованно заявляют о том, что вплотную приблизились к тому качеству, которое глаз уже не воспринимает как дискретное, составленное из точек. Н о н , например, прекрасно вижу дискретность картинки даже с последних моделей принтеров. Поэтому мне захотелось посчитать, какое же разрешение выводного устройства действительно соответствует разрешающей способности глаза. Для этого придется немного залезть в теорию строения глаза. В глазу примерно 6 миллионов колбочек. Распределены они неравномерно: в центре сетчатки есть область наилучшего зрения, где разрешение глаза составляет до 0,02 градуса, а на периферии сетчатки — всего 2 градуса. Но нас интересует именно область высокого разрешения, так как именно ею мы пользуемся, когда рассматриваем фотографию. Замечено, что человек обычно рассматривает фото с расстояния 18-20 см, з журнал — с 25 см. Будем занудами и посчитаем, что мы смотрим на отпечаток как на фотографию, то есть с более близкого расстояния, чем при обычном чтении текста. Легко подсчитать, что в этом случае глаз различает точку размером 0,05 мм (что соответствует около 500dpi). Но не будем забывать, что глаз — прибор более сложный, чем цифровая камера. Он воспринимает не статическую, а динамическую картинку, совершая микровибрации. Таким образом, каждую область изображения глаз проходит как минимум 3 раза с небольшим смешением. Когда, например, линейка сканера с разрешением 600 dpi проходит оригинал дважды со смещением на полшага CCD-линейки, принято говорить, что разрешение удваивается и составляет уже не 600, а 1200 dpi (так. по крайней мере, считают компании Canon и Epson). Поэтому статическое разрешение глаза нужно, как минимум, удвоить (1000 dpi). И не забудем, что мы говорим о полноцветных (как минимум, 24-битных) точках на дюйм. Теперь вернемся к нашим бара... то есть к принтерам. Очевидно, что глаз больше всего обращает внимание на светлые и средние тона. Поэтому оценить необходимое разрешение принтера при стохастическом растрировании не представляется возможным, так как нельзя предсказать, с какой частотой он будет ставить точки (причем точки эти — не полноцветные). Для оценки разрешения нужно взять полиграфический растр. Одна ячейка растра и является, по сути, той самой полноцветной точкой. То есть имеет смысл говорить о том, что минимальная линиатура, которую глаз воспринимает как непрерывную картинку, составляет 1000 Ipi. Хотя, если говорить объективно, глаз — как прибор, анализирующий картинку, — иногда «додумывает» несуществующие детали и, например, цепочку минимальных точек с пробелами такой же ширины воспримет как линию. Поэтому эту цифру для линиатуры надо уменьшить, как минимум, вдвое. В книге заведующего кафедрой университета печати, доктора технических наук Кузнецова Ю.В. указывается, что минимальная линиатура, которая не различается глазом как растр, составляет 350-370 Ipi. Минимальная точ-

144

Часть шестая. Модернизация периферии ка принтера Epson последней модели составляет 30 мкм. Чтобы составить точку полиграфического растра, надо поставить в ряд как минимум 16 таких точек. Таким образом, размер минимальной полноцветной точки на таком принтере составит 0,48 мм. (55 Ipi). Даже если посчитать «в лоб» (заявленные 2880 dpi соответствуют размеру точки 9 мкм) то линиатура составит 175 Ipi. Очевидно, что ничего обшего с разрешением глаза 500 Ipi эти принтеры не имеют. Кстати о профилях. Как известно, это характеристики самого устройства, показывающие, какой диапазон цветов принтер в состоянии передать, какие характерные искажения он вносит при печати изображения. Эти недостатки легко компенсируются правильно построенным ICC-профилем, так как типичны для всей партии устройств. Весь вопрос сводится к тому, поддерживает ли принтер ICC-профили, поставляются ли они в комплекте с ним, и можно ли их сделать самостоятельно для данного устройства с учетом всех его индивидуальных характеристик. Все недостатки струйных принтеров в этом плане диктуются только одним — их дешевизной. Как правило, производитель не дает к ним ни профилей. ни, тем более, программного обеспечения для их создания (которое само по себе стоит не менее $150). Таким образом, никто не может гарантировать, что тот зеленый цвет, который вы видите на экране или который был на сканированной фотографии, будет в точности перенесен на отпечаток, потому что контролировать процесс цветоделения на струйном принтере вы не сможете. Кроме того, цветопередача струйного принтера напрямую зависит от качества бумаги, так как чернила разных цветов расплываются на бумаге по-разному. Например, на обычной бумаге желтый цвет расплывается интенсивнее голубого, и изображение будет более желтым, чем вам хотелось бы. Кроме того, изготовить для всех партий взвесь (пропорциональную смесь частиц краски в жидкости) одинакового цвета гораздо сложнее, чем тонер (синтетический порошок) со стабильным цветом. Таким образом, разброс цвета для разных картриджей одного производителя достаточно значителен. Если вам повезло, и с вашим принтером поставляется программа для цветокалибровки, то, выполнив ее после очередной смены картриджей, вы можете в значительной степени компенсировать разницу в цветах чернил, но только при наличии денситометра или колориметра, которые стоят значительно дороже струйного принтера. Но даже при использовании одного и того же картриджа цвет чернил не остается постоянным! Жидкость и краска, из которых они состоят, обладают различными плотностями и, согласно законам физики, оставаясь в покое, имеют тенденцию разделяться, несмотря на диффузию. Другими словами, если принтер день простоял без дела, то внизу картриджа, ближе к соплам, будет больше краски, чем вверху. Если после этого начать печатать, то картридж вначале будет выдавать более интенсивный цвет, чем спустя несколько минут, когда в результате движения головки чернила перемешаются. Когда картридж будет на исходе, цвет чернил будет бледнее, чем в начале. Учитывая этот факт, цветопередача струйных принтеров становится вообще непредсказуемой. Но и это еще не все. Как я уже говорил, головка струйного принтера проходит над одной и той же областью несколько раз. Движется она от одного края листа к другому вовсе не с постоянной скоростью, как могло бы показаться, а с

145

Часть шестая. Модернизация периферии ускорением. Скорость движения головки ближе к краям листа отличается от скорости, на которой она проходит его середину. Соответственно, и угол падения чернил (и форма точки) в середине листа и на краях различна. А если отличаются формы точек различных цветов, значит, и цвет изображения будет отличаться — в зависимости от его положения на листе. Конечно, для домашнего пользователя, распечатывающего фотографии с дешевой цифровой камеры (которая «врет» цвета еше хуже принтера), все это — мелочи. Но для рекламного отдела, которые выводит на струннике макеты перед отправкой их в типографию это должно быть очень существенным.

Простота эксплуатации? Если долго не использовать картридж, то чернила в нем и в головке засыхают. Иногда помогает чистка головки (отчего пропадает до одной пятой чернил). Но чаше приходится менять картридж. При использовании некачественных чернил или при засыхании оных иногда приходится менять и печатающую головку. если она не встроена в картридж. Сделать это можно только в сервис-центре, и стоит это дорого. Если посмотреть статистику печати, которую я приводил в начале статьи. то можно подсчитать, сколько раз в год приходится заменять картридж. При этом каждый картридж еше надо прочистить, что тоже требует немало времени. Как известно, производства без брака не бывает, и за год вам обязательно попадется парочка бракованных картриджей (а в магазинах картриджи не меняют даже в случае обнаружения брака). Сравним все это с лазерным принтером. Список расходных материалов для него вначале может отпугнуть: тонеры четырех цветов, барабан (или ремень переноса), антипригарное масло (на некоторых моделях) и валик для печки. Но присмотримся внимательнее к ресурсам этих расходников. Срок жизни масла и валика для печки в полтора раза больше, чем срок жизни всего струйного принтера. О барабане и говорить нечего — там счет идет на сотни тысяч копий. Поэтому менять, как правило, приходится только тонеры. Да и у тех срок жизни таков (от 5000 до 14000 копий на одной заправке — в зависимости от модели), что за то время, пока струйный принтер отживет свое на 15000 копиях, вы поменяете тонеры всего дважды. Тонер — не чернила, он не засохнет. Поэтому можно не опасаться, что нужного картриджа вдруг не окажется в магазине. Кроме того, любой лазерный принтер построен по модульному принципу: любая его часть легко вынимается (потянул за ручку — и барабан у тебя в руках) и так же легко вставляется. Даже если ваша дочка поцарапает барабан гвоздиком, для его замены вам не придется ехать в сервис-центр.

146

Часть седьмая. Выбираем компоненты

Часть седьмая. Выбираем компоненты Глава 1: Выбираем материнскую плату Существует ли материнская плата, которая могла бы удовлетворить все потребности в плане расширения конфигурации компьютера в течении ближайших двух лет? Этот вопрос волнует, наверное, всех тех, кто хоть немного разбирается в аппаратной части ПК и решил вложить свои сбережения в современный высокопроизводительный компьютер. Ни для кого не секрет, что за развитием компьютерных технологий не угнаться, не обладая туго набитым кошельком. А ведь идти в ногу со временем хочется всем... По-моему, на этапе выбора комплектующих для вашего будущего ПК не стоит спешить с определением типа материнской платы, ограничиваясь доступными на сегодняшний день продуктами. Это ни к чему. На самом деле, более практичным оказывается доскональное изучение функциональных возможностей не только предлагаемых, но и ожидаемых в ближайшем будущем материнских плат. Лишь после определения потребностей конечного пользователя стоит заняться подбором подходящей модели. Для этого нужно уточнить количество, а также характеристики устанавливаемых устройств: используемая шина, габаритные размеры, возможность работы при повышенной частоте системной шины. На что прежде всего стоит обращать внимание при выборе новой материнской платы? Мелочей много, а через год или два сегодняшние мелкие недоработки могут перерасти в неразрешимые проблемы. Функциональные возможности — вот главный показатель, позволяющий определить достойного из равных, или просто продукт, который необходим.

Auto Jumper и Jumperless Все в конечном итоге создается только на благо пользователя. Для устанавливаемого в материнскую плату продессора возможно использовать некое подобие Plug&Play под названием Auto Jumper или CPU Plug&Play, Реализация этой функции позволяет обойтись без каких-либо переключателей при установке процессора. Материнская плата сама определит CPU, выберет необходимый множитель и частоту системной ш и н ы . Для более опытных пользователей во многих современных платах используется режим Jumperless. В переводе на русский Jumperless — устройство без применения переключателей. Так оно и есть. Установив процессор, вы без пинцета и отвертки самостоятельно меняете параметры работы CPU через установки в BIOS Setup. Нет необходимости опасаться механически нарушить целостность отдельных элементов ПК.

147

Часть седьмая. Выбираем компоненты

Возможность разгона Умные люди, как правило, бедны. Покупать дорогие CPU им не по карману. Нуждающиеся в дополнительных вычислительных мощностях разгоняют CPU, то есть заставляют центральный процессор работать на более высокой частоте, чем ему положено по документации. Определенные проблемы при разгоне могут произойти по вине материнской платы. Во-первых, она может оказаться вообще не предназначенной для работы CPU на нестандартных частотах. Во-вторых, при работе должен поддерживаться достаточно высокий уровень стабильности. Нет смысла разгонять CPU, если при этом ПК постоянно «виснет», В-третьих, некоторые устройства, встроенные в материнскую плату, могут перестать работать. А заменять, к примеру, встроенный контроллер SCSI на использующий свободный PCI-слот — нерационально. Идеальные материнские платы, позволяющие корректно работать на повышенных рабочих частотах CPU, встречаются нечасто. Для проверки стабильности работы нужно время и договоренность с продавцом о возможном возврате неподходящей для разгона центрального процессора материнской платы.

Встроенный аудио-, видеоадаптер и контроллер SCSI Конечно, это удобно и выгодно — за два устройства платить как за полтора. К тому же каждое встроенное устройство, будь то аудиоадаптер или контроллер SCSI, освобождает дополнительный слот РС1. Несколько иначе обстоят дела в случае использования встроенного видеоадаптера, использующего тину AGP. В принципе по своей природе шина AGP может быть только одна. И если AGP используется встроенным в материнскую плату видеоадаптером, то установить более производительный AGP-видеоакселератор не представляется возможным.

Больше PCI — меньше ISA Отмирают 15А'шные устройства. За видеоадаптерами последовали все, ранее предпочитающие шину ISA: сетевые карты, звуковые платы, TV-тюнеры... Все. До последнего времени исключение составляли лишь модемы, но и им пришлось, следуя основным тенденциям развития компьютерных комплектующих, перейти на использование PCI. Теперь понятно, что мола на слот ISA прошла. Это же принимают во внимание и производители материнских плат. Стандартный набор, состоящий из четырех слотов PCI и трех ISA, уступает место новому — с пятью слотами PCI. Много? Ничуть. В случае, если постараться, то запросто возможно заполнить нее свободные разъемы самыми необходимыми устройствами. Давайте подсчитаем. Пусть в основе видео будет AGP-вилеокарта. Добавим TV-тюнер, сетевую плату, два объединенных Voodoo 2, звуковую карту, SCSI-контроллер. В результате получается 7 устройств: одно AGP и шесть PCI. Так что пять РСГных разъемов мало, а не много или достаточно. Мониторинг Может быть, температура центрального процессора совсем не интересует большинство пользователей ПК. А как насчет тех, кто должен поддерживать стабильность работы системы в течение долгого времени без перезагрузки? В любом 148

Часть седьмая. Выбираем компоненты случае, получать диагностическую информацию о состоянии основных компонентов ПК необходимо и самой материнской плате, дабы обеспечить свою корректную работу и защиту от поломки в случае подачи неверного напряжения питания. Мониторинг основных компонентов персонального компьютера может включать в себя, кроме диагностики напряжения питания и температуры материнской платы, диагностику температуры CPU, контроль за скоростью врашения вентиляторов и открытием корпуса. Обладая функциональной возможностью мониторинга материнской платы, вы ограждаете если не себя, так менее опытного пользователя от работы с неисправным компьютером. Даже при включении питания и выходе из строя одного вентилятора или открытом корпусе системного блока BIOS тотчас же выдаст сообщение о неполадке и прекратит дальнейшую загрузку. При перегреве центрального процессора возможен переход как в режим ожидания (Standby), так и к полному отключению питания.

Разъемы питания для дополнительных вентиляторов Проблема обеспечения достаточного воздухообмена в корпусе системного блока с недавних времен стала беспокоить практически всех владельцев высокопроизводительных ПК. Кроме CPU нагреваются видеокарты, чипсеты материнских плат, ЗО-ускорители, платы аппаратного декодирования DVD Video, винчестеры, CD-Recorder'bi. Для того, чтобы обеспечить нормальное функционирование сложной системы, необходимо устанавливать дополнительные вентиляторы как на внутренней стороне корпуса системного блока, так и на самих теплоизлучающих устройствах. Для их подключения используются дополнительные разъемы питания. В случае, если они установлены на материнской плате и взаимодействуют с системой мониторинга ПК, возможно наглядно контролировать процесс охлаждения тешюизлучающих устройств, коих, к сожалению, на сегодняшний день «наплодилось» достаточно.

Нетрадиционные способы включения ПК Что ни говори, а нетрадиционное™ в компьютерной индустрии не так уж и много. Привыкают люди вводить текст с клавиатуры и не используют голосовые системы ввода текстовой информации. Привыкают к прямоугольным клавиатурам: так их только силой возможно заставить пользоваться эргономической. Выгода явная во всех проявлениях подобной нетрадиционности, но не для всех она столь актуальна, как хотелось бы производителям. Каждый день, приходя на работу или удобно устраиваясь в домашнем кресле, вы нажимаете одну и ту же (самую главную) кнопку «Power». Но ведь возможно обойтись и без нее. Во многие платы уже встроена функция включения системного блока с помощью обычной клавиатуры или даже манипулятора мыши, что очень удобно. Все описанные нововведения перспективны для модернизации. Нет сомнения, что в ближайшем будущем они будут воплощены в большинстве материнских плат, проектируемых для пользователей, которым небезразличен их инструмент для работы и развлечения,

149

Часть седьмая. Выбираем компоненты

Глава 2: Выбираем модем Внутренний модем устанавливается в свободный слот расширения на материнской плате компьютера и подключается к встроенному блоку питания, а внешний представляет собой автономное устройство, соединенное с компьютером через стандартный последовательный порт. Каждая из конструкций имеет свои достоинства и недостатки. Внутренний модем занимает слот системной шины (а их. как правило, не хватает), следить за его работой трудно из-за отсутствия индикаторов, к тому же описываемые модели принципиально не пригодны для портативных компьютеров типа notebook, имеющих узкопрофильный корпус и в большинстве случаев не обладающих разъемами расширения. В то же время внутренний модем на несколько десятков долларов дешеате внешних аналогов, не занимает места на столе и не создает путаницу проводов. Использование же внешнего модема подразумевает, что в компьютере, к которому он подсоединен, установлены наиболее современные микросхемы управления последовательным портом (UART). Микросхемы UART поя вились еще в первых ПК, поскольку уже тогда стало ясно, что обмен данными через последовательный порт — слишком медленная и сложная операция и лучше поручить ее специальному контроллеру. С той поры выпущено несколько моделей UART. В компьютерах типа IBM PC и XT, а также в полностью совместимых с ними, использовалась микросхема 8250, в AT ее сменила LART 16450. Большинство компьютеров на базе процессоров i386 и i486 до последнего времени комплектовались контроллером 16550, в котором появились внутренние аппаратные буферы типа «очередь», а сегодня стандартом становится UART 16550A — микросхема, аналогичная предыдущей, но с устраненными недоработками. Отсутствие буферов во всех микросхемах, кроме последней, приводит к тому, что передача данных через последовательный порт на скорости выше 9600 бит в секунду становится неустойчивой (использование MS Windows снижает этот порог до 2400 бит/с). Если необходимо подключить высокоскоростной внешний модем к компьютеру, использующему устаревшую микросхему UART, следует либо сменить мультикарту, либо добавить специальную карту расширения (что займет один слот шины и лишит внешний модем важнейшего преимущества). У внутренних модемов такая проблема не возникает — они СОМ-порт не используют (точнее, они его содержат). Сейчас у внутренних модемов появляется еще одно преимущество, также связанное со скоростью работы. Согласно спецификации V.42bis, данные при передаче могут быть сжаты примерно в четыре раза, следовательно модем, работающий на скорости 28800 бит/с, должен получать данные из компьютера или отправлять их в него со скоростью 115600 бит/с, что является пределом для последовательного порта ПК. Однако 28800 бит/с — не предел для телефонной линии, где максимум лежит где-то в районе 35000 бит/с, а на цифровых линиях (ISDN) пропускная способность превышает 60000 бит/с. Следовательно, в данной ситуации последовательный порт станет «узким горлом» всей системы, и потенциальные возможности внешнего модема не будут реализованы. Сейчас производители модемов разрабатывают модели, которые могли бы подключаться к более быстродействующему параллельному порту, однако очевидно, что устройства, проданные сейчас, к этому приспособить будет невозможно.

150

Часть седьмая. Выбираем компоненты В то же время многие модемы можно модернизировать для работы на больших скоростях, вплоть до способности работать на ISDN. Но все упирается в ограничительный барьер со стороны компьютера, который для внутреннего модема существенно выше 4 Мбайт/с (пропускная способность шины ISA). Кстати, все ISDN-модемы внутренние. Правда, все это будет завтра (а может и послезавтра), а сегодня можно сказать одно: выбирайте устройство того типа, который нравится вам — никаких функциональных различий между внутренними модемами и их внешними аналогами нет. Как известно, качество российских телефонных линий оставляет желать лучшего. Основное, что должно вас волновать при выборе модема, это то, что модем не просто должен, а обязан улучшать связь. Ибо мы живем в России. А в этой стране, как известно, холодно. Особенно зимой. И вода, зараза, попадает в коммуникационные колодцы. Связь портится, повышается уровень шума, появляется паразитное дрожание, скачет фаза, наконец, коннект разрывается, в общем, работать становится неприятно. Модем должен приспосабливаться к таким лини ям. Модем не может быть уникальным. Ваш модем должен быть понят другими модемами. Это означает, что модем должен поддерживать максимальное количество стандартов, то есть исправление ошибок, методы обмена данными и их сжатие. Самый распространенный стандарт — V.32bis для модемов со скоростью обмена 14000 бит/с. Для модемов со скоростью работы 28800 бит/сек стандартизованным протоколом является V.34. Кроме этого, необходимо подчеркнуть, что модемы, имеющие скорость обмена данными 16800, 19200, 21600 или 33600, не являются стандартными. Никакая коррекция ошибок не должна быть программной. Все должно быть вшито в модем его производителем. О внешности и о внутренности. Внешний модем через специальный шнур подключается к вашему последовательному порту. Такой модем, как правило, имеет регулятор громкости, информационные индикаторы, блок питания и другие, иногда полезные приблуды. Если вы профессионал, то вам должно быть все равно, какой модем выбрать — внутренний или внешний. Обычно, хороший внутренний модем через специальный софт неплохо эмулирует всю наглядность внешнего модема. Не покупайте ч исто импортные модемы. Эти железяки не уживаются на наших древних линиях. Приобретайте только сертифицированные модемы, то есть железо, специально прошитое под наши грязные телефонные станции. В России такой выбор весьма невелик. Этот рынок забили две компании: ZyXEL из солнечного Тайваня и U.S. Robotics из США. Модемы последней фирмы выбирают профессионалы (Courier), первой — все остальные, то есть все те юзеры, которые выбирают так называемый сверхналежный протокол ZyCell,

Courier V. Everything Модем бизнес-класса, предлагающий малым и средним предприятиям, а также крупным корпорациям высокую производительность, универсатьные возможности соединения, эффективную экономию расходов, то есть все, что необходимо для более надежной и продуктивной связи.

151

Часть седьмая. Выбираем компоненты Совместимость с технологией V. Everything Поддерживает больше стандартов, чем любой другой модем, представленный на российском рынке, Высокая производительность Поддерживает стандарт V.90 56 Кбит/с и технологию х2, обеспечивая пропускную способность до 230,400 бит/с (при использовании высокоскоростного DTE-устройства Courier и методов сжатия файлов). Надежное быстродействие Передает данные даже по каналам, не отличающимся хорошим качеством. Совместимость со всеми операционными системами Используется с платформами Windows, Macintosh, UNIX и DOS. Возможность обновления программного обеспечения Технологии Flash ROM к Flash DSP позволяют добавлять со временем новые функции, избавляя от необходимости покупать новый модем. Функции защиты Включают в себя авторизацию входящих звонков и обратный вызов. Автоматическая продолжительная работа Благодаря функции автоматического повторного набора и надежной круглосуточной работе, модем Courier можно использовать для приложений, способных в любое время суток осуществлять автоматическую передачу данных. Технология, которой можно доверять Корпоративный модем 3Com U.S. Robotics Courier V.Everything основан на той же технологии, которая разработана U.S. Robotics/ЗСот для концентраторов удаленного доступа, используемых крупнейшими в мире корпорациями и поставщиками информационных услуг. При подключении к Internet или корпоративной сети с помощью модема V.Everything связь чаще всего устанавливается через концентратор удаленного доступа U.S. Robotics/ЗСот, что гарантирует полную совместимость и превосходное качество связи в любое время. 3Com также является одной из немногих компаний, которые создают собственные встроенные программы для модемов. Обновление по мере роста Модемы потребительского класса, как правило, имеют фиксированные конфигурации. Когда изменяется технология, например, при переходе на более высокие скорости или при усовершенствовании функций безопасности, для обновления придется покупать новый модем. Реальная защита инвестиций Как модем бизнес-класса, корпоративный модем 3Com U.S. Robotics Courier V.Everything обеспечивает реальную защиту инвестиций, поскольку он основан на технологии Flash ROM и Flash DSP, позволяющей реализовать новые возможности с помощью простой загрузки программного обеспечения.

152

Часть седьмая. Выбираем компоненты

Глава 3: Выбираем CD-привод Компакт-диски (CD-ROM), изначально разработанные для любителей высококачественного звучания, прочно обосновались теперь на рынке компьютерных устройств. Благодаря своим малым размерам, большой емкости, надежности и долговечности они с успехом применяются в качестве устройств внешней памяти. Попутно отметим, что наличие привода CD-ROM на вашем компьютере позволяет не только использовать диски с программами, но и слушать музыку. Собственно привод компакт-дисков не похож на обычные дисководы только потому, что на эти диски нельзя записывать информацию. Низкая скорость передачи (около 150—300 Кбайт/с) обуславливает необходимость правильной организации данных на самом оптическом диске, иначе задержки в передаче данных могут достигать до 0,75 секунды, Кстати, на один компакт-диск можно вместить 150000 страниц текста, что эквивалентно 17 Библиям.

Форматы и стандарты Музыкальные оптические компакт-диски пришли на смену виниловым («грампластинкам») в 1982 году, примерно в то же время, когда появились первые персональные компьютеры фирмы IBM. Эти устройства явились результатом плодотворного сотрудничества двух гигантов электронной промышленности японской фирмы Sony и голландской Philips. Любопытно, что строго определенная емкость компакт-дисков связана с интересной историей. Исполнительный директор фирмы Sony Акио Морита (кстати, именно он является автором плейера Walkman) решил, что компакт-диски должны отвечать запросам исключительно любителей классической музыки не более и не менее. После того как группа разработчиков провела опрос, выяснилось, что самым популярным классическим произведением в Японии в те времена была 9-я симфон и я Бетховена, которая длилась 72—73 минуты. Видимо, если бы японцы больше любили короткие симфонии Гайдна или оперы Вагнера (исполняемые по два вечера), развитие компакт-дисков могло пойти совсем по другому пути. Но факт остается фактом, поэтому было решено, что компакт-диск должен быть рассчитан всего на 74 минуты звучания, а точнее на 74 минуты и 33 секунды. Так родился стандарт, известный как «Красная Книга» (Red Book). He все любители музыки могли согласиться с выбранной длительностью звучания, но, по сравнению с 45 минутами, предоставляемыми виниловыми пластинками, и их недолговечностью это было существенным шагом вперед. Когда 74 минуты пересчитали в байты, то получилось как раз 640 Мбайт. Напомним, что в работе над «Красной Книгой» {Red Book) кроме специалистов фирмы Sony приняли участие и специалисты фирмы Philips. Эта спецификация, в частности, определяла минимальные требования к качеству записи звука и регламентировала, например, такие характеристики аудио-компакт-дисков, как их размер, метод кодирования данных и использование единой спиральной дорожки. Две вышеназванные фирмы сыграли также ведущую роль при разработке первой спецификации цифровых компакт-дисков — так называемой «Желтой Книги» (Yellow Book). Она послужила основой для создания компакт-дисков с комплексным представлением информации, то есть способных хранить не только звуковые, но также текстовые и графические данные (CD-Digital Audio, CD153

Часть седьмая. Выбираем компоненты DA). При этом привод, читая заголовок диска, сам определял его тип (аудио- или цифровые данные). В этом стандарте, однако, не регламентировались логические и файловые форматы компакт-диско и, поскольку решение этих вопросов было полностью отдано на откуп фирмам-производителям. Это, в частности, означало, что компакт-диск, соответствующий требованиям «Желтой Книги», мог работать только на конкретной модели накопителя. Такое положение дел, особенно в связи с большим коммерческим успехом компакт-дисков, разумеется, не могло удовлетворить производителей подобных устройств, В общих интересах необходимо было срочно найти компромисс. Именно поэтому вторым стандартом «де-факто» для цифровых компактдисков стала спецификация HSG (High Sierra Group), ил и просто High Sierra. Этот документ носил, вообще говоря, рекомендательный характер и был предложен основными производителями цифровых компакт-дисков с целью обеспечить хотя бы некоторую совместимость. Данная спецификация определяла уже как логический, так и файловый форматы компакт-дисков. Отметим, кстати, любопытную деталь: название спецификации повторяет название отеля и казино одного из городков в Калифорнии, где собрались обсудить свои вопросы лидеры в производстве CD-ROM. К сожалению, для HSG-cneцификации подходящего цвета книги так и не нашлось. Впрочем, созданная спецификация оказалась настолько привлекательной, что принятый несколько позже международный стандарт ISO 9660 для цифровых компакт-дисков в принципе совпадал с основными положениями HSG. Заметим, что все компакт-диски, соответствующие требованиям стандарта ISO 9660, который определяет их логический и файловый форматы, являются совместимыми друг с другом. В частности, этот документ определяет, каким образом найти на компакт-диске его содержание (Volume Table Of Contents, VTOC). Заметим, что базовый формат, предложенный в HSG-спецификации, во-многом запоминал формат флоппи-диска. Как известно, системная дорожка {трек 0) любой дискеты не только идентифицирует сам флоппи-диск (его плотность, тип используемой операционной системы), но и хранит информацию о том, как он организован по директориям, файлам и поддиректориям. Инициирующая дорожка данных на компакт-диске начинается со служебной области, необходимой для синхронизации между приводом и диском. Далее расположена системная область, которая содержит сведения о структурировании диска. В системной области находятся также директории данного тома с указателями или адресами других областей диска. Существенное различие между структурой компакт-диска и, например, дискетой заключается в том, что на CD системная область содержит прямой адрес файлов в поддиректориях, что должно облегчить их поиск. Международный стандарт ISO 9660 описывает файловую систему на CD-ROM. ISO 9660 первого уровня напоминает файловую систему MS-DOS: имена файлов могут содержать до восьми символов, расширение имени файла (состоящее из трех символов) отделяется от имени файла точкой. Имена файлов не могут содержать специальных символов (-, ~, =, +). При именовании файлов используются символы только верхнего регистра, цифры и символ «_». Имена каталогов не могут иметь расширений. Каждый файл имеет версию — номер версии отделяется от расширения символом «;». Каталоги могут иметь глубину вложенности 8. Стандарт ISO 9660 второго уровня позволяет использовать в именах файлов до 32 символов, накла154

Часть седьмая. Выбираем компоненты дывая описанные выше ограничения. Диски, созданные с использованием такого стандарта, не могут использоваться в ряде операционных систем, включая и MS-DOS. Перед тем как продолжить, введем для компакт-дисков понятие сеанса. Отметим, что для большинства компакт-дисков вся хранимая впоследствии на них информация заносится за один технологический цикл или сеанс (single session). Как уже говорилось, оглавление диска, то есть указатель того, где и как на нем хранится информация, содержится в VTOC. Однако, после того как появилась технология, позволяющая дописывать информацию на специальные (дописываемые) CD-ROM, речь пошла уже о многосеансовых компакт-дисках и соответствующих приводах (multi session). Так, многосеансовые записи определены в форматах Kodak PhotoCD и CD-ROM XA (extended Architecture). В частности, технология фирмы Eastman Kodak PhotoCD предлагается в качестве недорогого средства для создания и доступа к цифровым фотографиям. Например, по этой технологии на специальный (дописываемый) компакт-диск можно записать любые 35-мм слайды и негативы, причем как черно-белые, так и цветные. Для того чтобы просматривать фотографии на экране монитора, необходим, разумеется, PhotoCD-совместимый привод. Такие приводы обладают способностью работать с многосеансовыми записями, то есть записями, сделанными именно в несколько приемов (сеансов). Обычный привод CD-ROM сможет прочесть только первую запись. Но одна запись может, разумеется, содержать несколько фотографий.

Основные принципы функционирования Обычный процесс изготовления компакт-диска состоит из нескольких этапов. Как правило, они включают в себя следующие операции: •

подготовку информации для записи на мастер-диск (первый образец);

•

изготовление самого мастер-диска и матриц (негатив мастер-диска); тиражирование компакт-дисков.

Закодированная информация наносится на мастер-диск лазерным лучом, который создает на его поверхности микроскопические впадины, разделяемые плоскими участками. Цифровая информация представляется здесь чередованием впадин (неотражающих пятен) и отражающих свет островков. Копии негатива мастер-диска (матрицы) используются для прессования самих компакт-дисков. Отметим, что сформированные лазерным лучом впадины очень малы по размеру. Примерно 30—40 впадин соответствуют толщине человеческого волоса, а это примерно 50 мкм. В приводе компакт-дисков можно выделить несколько базовых элементов: • •

лазерный диод; сервомотор; оптическую систему (включающую в себя расщепляющую призму);

•

фотодетектор.

155

Часть седьмая. Выбираем компоненты Итак, считывание информации с компакт-диска, так же как и запись, происходит при помощи лазерного луча, но, разумеется, меньшей мощности. Сервомотор по команде от внутреннего микропроцессора привода перемещает отражающее зеркало. Это позволяет точно позиционировать лазерный луч на конкретную дорожку. Такой луч, попадая на отражающий свет островок, через расщепляющую линзу отклоняется на фотодетектор, который интерпретирует это как двоичную единицу. Луч лазера, попадающий во впадину, рассеивается и поглощается — фотодетектор фиксирует двоичный ноль. В качестве отражающей поверхности компакт-дисков обычно используется алюминий. Разумеется, вся поверхность компакт-диска покрыта прозрачным защитным слоем, В отличие, например, от винчестеров, дорожки которых представляют концентрические окружности, компакт-диск имеет всего одну физическую дорожку в форме непрерывной спирали, идущей от наружного диаметра диска к внутреннему. Тем не менее, одна физическая дорожка может быть разбита на несколько логических. В то время как все магнитные диски вращаются с постоянным числом оборотов в минуту, то есть, с неизменной угловой скоростью (CAV, Constant Angular Velocity), компакт-диск вращается обычно с переменной угловой скоростью, чтобы обеспечить постоянную л и н е й н у ю скорость при чтении (CLV, Constant Linear Velocity). Таким образом, чтение внутренних дорожек осуществляется с; увеличенным, а наружных — с уменьшенным числом оборотов. Именно этим обуславливается достаточно низкая скорость доступа к данным для компакт-дисков по сравнению, например, с винчестерами. Как мы уже отмечали, в последнее время появились так называемые перезаписываемые компакт-диски CD-R (CD-Recordable). Носители типа CD-R могут быть записаны самим пользователем на специальном CD-R-приводе. В основном здесь применяются технологии, основанные на изменении отражающих свойств вещества подложки компакт-лиска под действием луча лазера. Кстати, заметим, что перезаписываемые компакт-диски в несколько раз дороже обычных. Дело в том, что в качестве светоотражающего слоя в них используется >же не алюминий, а золото. Между прочим, подобные компакт-диски обычно служат как мастер-диски для дальнейшего тиражирования. Тем не менее, в ряде случаев CD-Rдиски можно использовать и для долговременного архивирования какой-либо ценной информации. Заметим, что читать CD-R-диск можно и на обычном приводе, но. разумеется, только первый сеанс записи. Когда смотришь на неполностью записанный CD-R, область с информацией выглядит более темной и она легко различима. Писать информацию привод начинает от внутренних логических дорожек к внешним (от меньших по диаметру к большим). Стоит отметить основную разницу между аудио-компакт-дисками и компакт-дисками с цифровыми данными. Понятно, что пропуск (неправильное чтение) любой впадины на поверхности диска может привести к потере целостности записанных данных. Это, в свою очередь, ведет к воспроизведению неверной информации или невозможности запустить исполняемые модули записанных программ. Другое дело — аудио-компакт-диски. Здесь пропуск нескольких впадин на диске практически не сказывается на качестве звучания. Дело втом, что в данном случае на помощь приходит п р и н ц и п интерполяции. Как известно, интерполяция позволяет отыскивать значения промежуточных величин по уже известным зна156

Часть седьмая. Выбираем компоненты чениям. Например, предположим, что на аудио-диске было записано три последовательных значения 10, 13 и 20. Допустим, что второе число по некоторым причинам не прочихалось (например, из-за загрязнения или повреждения поверхности диска). Линейная интерполяция для чисел 10 и 20 дает 15 f(l()+20}/2]. Разумеется, полученное значение не совпадаете исходным, что, однако, в данном случае для кодирования аналогового сигнала (музыки) не имеет особого значения, поскольку слушающий музыку не ощутит это на слух. Таким образом, понятно, что привод для CD-ROM с цифровой информацией — устройство более претенциозное, нежели плейер, предназначенный только для аудиодисков.

Глава 4: Выбираем перезаписываемый CD-привод Долгое время пишущие или перезаписываемые CD-ROM, были доступны не многим. Основным сдерживающим фактором была цена устройства. Сегодня цены опустились, и пользователь со средним достатком, может себе позволить приобрести недорогую «писалку». Прежде чем покупать пишущий CD-ROM, необходимо ознакомиться с основными терминами и параметрами. Это позволит самостоятельно производить выбор устройства, не полагаясь на чьи либо советы, При выборе устройства необходимо обратить внимание на следующие параметры:

Скорость устройства Этот параметр обычно указывается как 8х/4х/32х, соответственно 8х максимальная скорость записи, 4х-максимальнал скорость перезаписи и 32х-максимальная скорость чтения. В зависимости от устройства эти числа могут меняться, но последовательность их записи остается неизменной. При выборе, наиболее важной является скорость записи, то ради чего вы покупаете CD-RW. Чем этот параметр выше, тем лучше. В настоящее время наиболее распространенными являются устройства со скоростью записи 8х или 1.2МЬ/сек. Они позволяют записать полный CD-ROM примерно за 9 минут. Недавно Plextior представила первый CDRW с 12 кратной скоростью записи. Существует мнение, что запись на высокой скорости приводит к увеличению вероятности появления ошибки за счет быстрого прохождения лазером участка CD. Это справедливо только для некачественных «болванок». Для их записи установите низкую скорость 4х или 2х. Часто пользоваться этим методом, мы не рекомендуем. Дело в том, что лазер имеет свойство «перегорать». Восстановление, а точнее замена лазера после гарантийного срока обойдется вам в сумму сравнимую со стоимостью нового CD-RW.

Интерфейс Интерфейс диска играет огромную роль в процессе работы. В настоящее время используется два главных типа: SCSI и IDE (Atapi). Оба интерфейса выполняют одну и туже функцию — соединяют Ваш PC с CD-RW. Различие заключается втом, как он и это делают. SCSI обеспечивает по сравнению с IDE лучшую производительность. Однако, сильно сказывается на цене устройства (-100$). Кроме того, SCSI устройства требуют отдельного контроллера, который обойдется вам еще в 60-100$. Так. почему выбирают SCSI? В сравнении с IDE, SCSI обеспечивает не только лучшую производительность, но и меньшую, точнее незначительную нагрузку на CPU. Как правило, при записи диска на IDE CD-RW, не реко157

Часть седьмая. Выбираем компоненты мендуется трогать компьютер руками, а тем более запускать любые программы. Дело в том, что в процессе работы IDE контроллера, большая часть операций выполняется за счет ресурсов CPU. Процесс записи CD. возможно считать процессом реального времени. Так если в момент запроса CD-RW очередной порции данных, процессор будет занят обработкой запроса от какой-либо программы, диск будет запорчен. SCSI большинство процедур работы с устройством возлагает на контроллер. Поэтому процессор остается практически свободным.

Вместимость дисков Сегодня все большую популярность приобретают 80 минутные диски. Некоторые модели CD-RW, не поддерживаю запись на внешнем крае CD, который использует этот новый стандарт CD.

Буфер Рекомендуется, что бы Ваш CD-RW имел минимум 2MB буфера, лучше 4MB. Вообше, чем больше объем буфера, тем меньше вероятность получить ошибку записи, какое бы устройство вы не купили, SCSI или IDE.

Режимы записи Имеется несколько основных режимов записи: Disc-at-Once Пишет данные и аудио за один проход. Лазер не прекращает писать, пока полный диск не будет записан и закрыт. В дальнейшем добавление информации невозможно. Track-at-Once Пишет данные и аудио за несколько проходов. После завершения записи одной дорожки, лазер выключается и включается только после позиционирования на следующей дорожке.

Sessional-once Расширение режима Disc-at-Once. Используется для записи CD Extra, являющегося комбинацией записи аудио и данных. Во время первого сеанса происходит запись аудио треков. После окончания записи диск остается открытым. Во втором сеансе производиться запись данных и диск закрывается. Multisession Позволяет производить дозапись до полного заполнения диска Pocket Writing В этом режиме данные пишутся на CD маленькими пакетами, вместо больших, которые используются в предыдущих режимах. Это делает CD похожим на жесткий диск, способным копировать и стирать файлы. Некоторые устройства оснащаются средствами управления и разъемом для наушников, специальным лотком для загрузки CD. Все эти моменты могут быть очень полезны, но только при решении, что главные параметры данного CD-RW полностью соответствует вашим потребностям.

158

Часть седьмая. Выбираем компоненты

Глава 5: Выбираем звуковую карту В любом случае следует остановить свой выбор на звуковой плате, которая поддерживает частоту дискретизации не менее 44 Khz. Это даст вам потенциальную возможность слушать звук с качеством CD-диска. Если вы собираетесь оснастить свой компьютер накопителем CD-ROM, то желательно чтобы выбранная вами звуковая карта уже несла на себе контроллер CD-ROM, выбранной вами конструкции. Ну и. наконец, следует определиться, для каких целей вам необходима звуковая система, насколько высокие требования вы предъявляете к звуковой карте и какой суммой денег вы можете пожертвовать. Все это заставляет разбить все множество звуковых плат на несколько классов. Внутри каждого класса звуковые системы обладают примерно одинаковым качеством, что значительно облегчает выбор.

Level I (Ultra Quality) К этому классу относятся звуковые системы экстра-класса, пригодные для создания профессиональных произведений и для работы в любой области multimedia. Если вас, кроме качества, больше ничего не интересует, то это для вас

Level 2 (Hi-Fi Quality) Карты, принадлежащие к этому классу, великолепно подходят для большинства видов работ с multimedia, игр, образовательных программ. Они обладают высоким качеством при приемлемой цене.

Level 3 (Medium Quality) Если ваш ребенок просит звуковую плату, что бы было веселее играть в DOOM или The Fighter, и за ним не наблюдается талантов юного музыкального дарования, то покупка платы этого класса доставит уму просто массу удовольствия.

Глава 6: Выбираем джойстик Любой уважающий себя игроман никогда не будет участвовать в виртуальных космических баталиях с обычной двухкнопочной мышкой. Игровые манипуляторы подразделяются на: •

джойстики

•

рули

•

Game Pad'bi

•

игровые консоли.

В столь небольшой главе невозможно подробно рассказать обо всем этом разнообразии, поэтому затронем самое важное. Джойстик — это манипулятор в виде штурвала, предназначен в основном для игр типа авиасимуляторов, космических баталий, симуляторов кораблей и подводных лодок. В джойстиках управление аналоговое, то есть сила воздействия на управляемы и объект прямо пропорциональна уровню наклона ручки. Для правильного функционирования, джойстик необходимо откалибровать. Для это.дут сломаны. Ко второму основному недостатку относятся резисторы. Почти все фирмы используют резисторы производства Китая или Тайваня, качество которых неприемлемое. Через два месяца вы можете обнаружить, что кривые отклонения вашего джойстика далеки от линейных, а в центре вы можете увидать пляску безумного дервиша. Поэтому вам придется побегать по автомобильным магазинам в поисках смазки WD-40. чтобы смазать резисторы и получить еще пару месяцев нормальной жизни.

Джойстики компании ThrustMaster История этой компании началась в тот момент, когда Боб Картер (Bob Carter), основатель фирмы Flight Dynamics, Inc., осознал, что оборудование, предназначенное для профессиональных авиатренажеров, может быть прекрасно адаптировано к обычным персональным компьютерам. Действительно, куда интереснее и удобнее упраатять самолетом с помощью «почти настоящего» контроллера, на котором предусмотрены все необходимые функции, чем лихорадочно искать нужные кнопки на клавиатуре. В итоге 1990 год стал датой образования компании ThrustMaster, в которой Боб и его единомышленники начали разрабатывать дизайн самых совершенных джойстиков и игровых компонентов. Остановимся подробнее на некоторых из перечисленных моделей. Хотя прежде надо определиться с терминологией и основными техническими особенностями. Что такое джойстик, мы уже примерно представляем. Обычно, отличительным признаком для одноименных устройств является наличие рукоятки определенного дизайна, закрепленной на стационарной платформе и наклоняющейся во всех направлениях, Классические джойстики, в первую очередь, предназначены для авиаимитаторов. Геймпад — это вариация джойстика, ориентированная на аркадные игры, где надо много бегать, прыгать. Он хорошо знаком всем пользователям телевизионных игровых приставок (Dendy, Sega). В геймпаде управление рассчитано для обеих рук, левой вы контролируете движение, а под правой имеете в своем распо161

Часть седьмая. Выбираем компоненты ряжении п-ное количество кнопок для осуществления разнообразных действий. Как правило, джойстик позволяет перемещаться по двум осям (х и у), но существуют модели, обеспечивающие ориентацию в трехмерном пространстве (наклон головы вверх и вниз или подъем/ опускание по оси z, движение по плоскости в любом направлении без изменения угла зрения). На джойстике может быть много различных кнопок, и надо помнить, что не всегда разные кнопки будут выполнять разные функции. Часто бывает наоборот. Поэтому одной из основных характеристик для джойстика является количество функций, реализуемых с помощью имеющихся кнопок. Стандартный аналоговый джойстик предполагает две функции (например, стрелять и менять оружие), расширенный режим обеспечивает до четырех функций. Аналоговый игровой интерфейс {чаще всего его можно найти на звуковых платах) поддерживает не более четырех функций одновременно, поэтому к нему можно подключить либо один джойстике расширенным режимом, либо два двухкнопочных джойстика. Чтобы выйти за эти рамки, разработчики придумали несколько способов. Во-первых, дополнительные функции можно реализовать через клавиатурные команды, достаточно подключить джойстик парач дельно к интерфейсу клавиатуры. В результате его можно программировать, то есть, назначать соответствующим кнопкам определенные значения клавиш клавиатуры или даже их комбинации. Так удобно, например, в игре Duke Nukem задать все секретные коды на многочисленные кнопки джойстика (как это делается в системах Phoenix и Firebird II компании Advanced Gravis) и вызывать их при надобности в одно мгновение. Однако подобная конструкция приводит к увеличению цены контроллера. Во-вторых, можно использовать специальные цифровые интерфейсы, как это сделано в большинстве современных игровых приставок, что обеспечивает практически неограниченное количество функций и большую точность управления. Правда, специальные интерфейсы типа знаменитого GrlP-порта (компании Advanced Gravis) не получили пока широкого распространения из-за своей высокой цены, а всеобщее внедрение нового стандарта USB можно ожидать не ранее чем через год. Поэтому пока производители часто прибегают к третьему, аналогоцифровому методу, который позволяет программно (например, с помощью технологии Directlnput) задавать большее количество функций через стандартный аналоговый порт. Эта технология реализована в Gravis GamePad Pro и ThrustMaster Phazer Pad. Кроме того, в хороших авиационных джойстиках практически всегда предусмотрена независимая функция управления ускорением (так называемый throttle control) — обычно в виде специального колеса на корпусе, а также переключатель видов (hat switch), располагающийся на макушке рукоятки.

Глава 7: Выбираем портативный компьютер Портативные или мобильные компьютеры являются разновидностью персональных компьютеров и входят в так называемый класс компьютеров с автономным питанием. Вначале этот класс компьютеров был создан для руководителей предприятий, менеджеров, бухгалтеров, то есть, для тех пользователей, которые работают вне своей организации.

162

Часть седьмая. Выбираем компоненты Основное назначение портативных компьютеров — сопровождать своего владельца в дороге и дома, освободив его от привязанности к письменному столу, и создавать привычную рабочую обстановку. Концепция ноутбука — компактное полнофункциональное решение. В современном бизнесе мобильность играет далеко не последнюю роль в достижении успеха. Возможность работы с привычными пакетами программ, связь с центральным офисом, доступ к услугам Internet и других служб, электронная почта и много другое делают портативный компьютер незаменимым помощником. Являясь настоящим технологическим чудом, современный портативный компьютер использует все наиболее передовые технологии таким образом, чтобы заменить обычный настольный компьютер. Современный портативный компьютер не уступает по производительности быстрому настольному компьютеру. Кроме того, благодаря модульному дизайну и возможности легкой и недорогой модернизации ноутбука, этот компьютер является надежным вложением средств. Современный портативный компьютер имеет интеллектуальную систему управления энергопотреблением, позволяющую приостанавливать работу компьютера, сохраняя текущее состояние выполняемых задач в памяти или на жестком диске. Вы можете активизировать вашу систему спустя несколько дней и начать работу точно с того же места, на котором вы ее закончили. Возможна «горячая» замена аккумуляторных батарей. Специальный эвристический анализатор постоянно вычисляет остающееся время работы батарей, принимая в расчет тип выполняемой работы. Для тех, кто не ограничен в средствах, советовать нечего — они купят тот компьютер, что подороже, и будут правы. Но вот всем остальным нижеследующие рекомендации вполне смогут пригодиться. Что, выдумаете, самое главное в ноутбуке? Процессор? Дисплей? Навороты? Нет. Самое главное — это возможности его модернизации, потому что одна из наиболее неприятных особенностей компьютеров — это то, что они очень быстро устаревают. И ноутбуки — в первую очередь, ведь сама их конструкция не позволяет менять многие, если не все его модули. Так вот, чем больше деталей можно заменить, тем лучше. Теперь самые общие рекомендации, 1. Если вы хотите, чтобы текст и графика на экран выводились по возможности быстрее, вам нужен ноутбук с активной матрицей (TFT). Это — одна из самых дорогостоящих частей портативного компьютера, но деньги, уплаченные за нее, не уйдут впустую, поскольку скорость активного экрана в 6 раз выше, чем у пассивного (DSTN). Размер — желательно от 11 дюймов и выше. Обязательно внимательнейшим образом осмотрите экран — на нем не должно быть «выгоревших» пикселей (точек без изображения), по крайней мере, в центре экрана. Многие фирмы не считают браком несколько таких пикселей, так что потом вам этот ноутбук не заменят! 2. Быстродействие компьютера зависит, в первую очередь, от процессора и количества установленной на нем оперативной памяти (не меньше 128 Мб) Во многих моделях можно наращивать память, но учтите, что она стоит дорого, а в некоторых ноутбуках — заменять процессор. 163

Часть седьмая. Выбираем компоненты 3. Обязательно попробуйте на ощупь клавиатуру — кнопки должны быть достаточно большими и приятно нажиматься. Желательны большой Enter и длинная клавиша пробела. 4. Хорошо иметь объемный жесткий диск (никак не меньше 1 Гб, а лучше - 2-4 Гб) и CD-ROM, пусть съемный и заменяемый на флоппи-дисковод (скорость не ниже 8-кратной). 5. Видеоадаптер необходим с памятью не менее 1 Мб и очень желательно, чтобы он был производства какой-нибудь известной компании, которая смогла бы поддерживать его новыми драйверами. Это очень пригодится при переходе на новую операционную систему (Windows 98, например). Вообще, это относится ко многим комплектующим компьютера, требующим драйверов. 6. Обязательно поинтересуйтесь, на сколько хватает батареи питания (должно быть не менее 3 часов) и можно ли вставить дополнительную батарею (часто для нее не предусмотрено свободное место, а вставить ее можно на место CDROMa или дисковода).

Как правильно выбирать конфигурацию портативного компьютера При выборе конфигурации компьютера желательно рассмотреть требования к его основным подсистемам: •

вычислительной (Motherboard, CPU, RAM) дисковой (HDD, контроллер)

•

видео.

Для правильного выбора конфигурации необходимо решить следующие задачи: • •

соответствие параметров подсистемы требованиям программных средств сбалансированное построение каждой из подсистем.

Для этого необходимо учитывать специфические особенности подсистем.

Вычислительная подсистема •

• •

в рабочих станциях с требованиями повышенной надежности рекомендуется применять системные платы с коррекцией ошибок памяти (Triton II НХ) и модули памяти с контролем четности; системная плата, процессор и память могут быть заменены в процессе модернизации компьютера; поскольку цены на процессоры и память имеют тенденцию к снижению, компьютер рекомендуется покупать без избыточности по этим компонентам.

Дисковая подсистема •

рекомендуется выбирать модели винчестеров с максимальной скоростью вращения;

164

Часть седьмая. Выбираем компоненты новые модели винчестеров, как правило, отличаются меньшей ценой за мегабайт, большей скоростью обмена и большей надежностью.

Видео- подсистема •

экран вашего ноутбука не подлежит модернизации и рекомендуется выбирать его на перспективу.

Кроме общих технических моментов необходимо учитывать ряд факторов. которые влияют на выбор поставщика и модели компьютера. Во-первых, сравнение иен надо производить в той форме платежа, которая предполагается. Во-вторых, на цену портативного компьютера влияют особенности применяемых компонент, такие как имя производителя, технические характеристики. Имя производителя обеспечивает уровень стабильности качества. Если вы потратили как минимум в полтора раза больше, чем стоит обычная техника, чтобы купить хороший и надежный компьютер, экономить 1.5%, снижая общую надежность системы, лишено здравого смысла.

165

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер Глава 1: Перед сборкой... Компьютерная платформа — это полуфабрикат системного блока. Базовый вариант состоит из корпуса, материнской платы, видеокарты, дисковода для гибких магнитных дисков. Мультимедийные платформы дополнительно комплектуются дисководом для компакт-дисков и звуковой платой. Это подразумевает высококачественную сборку и многоступенчатый контроль под операционной системой Windows. Платформа представляет собой минимально возможную комплектацию будущего системного блока. Разумеется, что этим не ограничивается максимально возможная комплектация нового изделия. С двумя главными проблемами приходится столкнуться сборщику компьютера. Во-первых, надо выбрать такую конфигурацию, чтобы она обеспечила наибольшую производительность, достижимую для выделенной на покупку суммы. Во-вторых, следует правильно подобрать комплектующие, от чего зависит надежность работы машины и возможности ее модернизации в будущем. С проблемой совместимости компонентов приходится сталкиваться не только тем, кто решил самостоятельно собрать компьютер, но и малым сборщикам (а у нас практически все фирмы относятся к этой категории). Конфликты возникают на программном уровне (дерутся драйверы устройств), из-за несоответствия в деталях стандартным аппаратным спецификациям и на уровне электрических сигналов. Крупным производителям бороться со всем этим легче. У них богатые возможности подбора комплектующих, их тестирования. А что делать, если о подборе и речь практически не идет? Тогда остается положиться на то, что это уже сделали за вас. Впрочем, производителям комплектующих тоже не удается провести исчерпывающие испытания на совместимость. Конкуренция не оставляет на это времени, да и слишком велико разнообразие предлагаемых на рынке устройств, чтобы их все попробовать в работе. С достаточной степенью уверенности можно положиться л и ш ь на то, что компания-производитель протестирует на взаимную совместимость все свои продукты. Решения, состоящие из компонентов от одного производителя, но не собранные в компьютер, часто называют платформами. Если нет времени или маловато опыта, чтобы решать проблемы совместимости, стоит попробовать этот вариант. М ногие из тайваньских производителей выпускают ассортимент устройств, достаточный для полной сборки компьютера. Эти имена вам, наверное, уже зна166

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер комы — ABit. ACorp, ASUS, AT rend... С учетом специфики нашего рынка наиболее реальным и доступным представляется приобретение полного комплекта компьютерных компонентов от фирмы АСогр. Эта тайваньская компания входит в число крупнейших производителей комплектующих. Ее продукты проходят международную сертификацию и широко применяются ведущими производителями компьютеров. Репутация у АСогр неплохая, выпускаемые ею устройства постоянно участвуют в обзорах и на равных конкурируют с другими марками. Но сейчас не будем сравнивать ее платы с изделиями других компаний. Главное, что АСогр предлагает все, что нам понадобится для построения компьютера. Если поискать, даже на нашем изрядно побитом кризисами рынке можно найти материнскую плату, графический ускоритель, модули памяти, звуковую и сетевую карты, модемную плату, на которых будет стоять марка АСогр. При этом хотя бы о совместимости устройств волноваться не придется. Итак, когда нет возможностей для приобретения дорогих комплектующих, а с подбором дешевых, потенциально склонных к конфликтам, устройств тоже возиться не хочется, неплохой выход — остановиться на продукции от одного производителя. Получится, так сказать, brand-name для небогатых. В бизнес-приложениях широко используются графика и мультимедиа, в локальных сетях даже небольших предприятий уже накоплен солидный объем информации. Все большее значение приобретает работа с Internet и сетевыми базами данных. И уж совсем невероятные требования предъявляют новые версии игровых программ и мультимедийных справочно-обучаюших систем. Разумеется, все сказанное для вас не новость. Об этом говорят не первый год (хотя, чем дальше, тем больше оснований для беспокойства), пользователи на своем опыте убедились в том, как стремительно устаревает только что купленная техника. Перманентная модернизация компьютеров является основной головной болью как администраторов и менеджеров информационных систем крупных компаний, так и индивидуальных пользователей. К. сожалению, далеко не всегда при покупке новой техники принимаются правильные решения, способные оттянуть время, когда остро потребуется менять конфигурацию машины. Да и при апгрейде чаще обращают внимание не на то. что действительно стоило бы поменять или усилить, а на модные технологии. За примерами далеко ходить не надо. По большому счету, сегодня в персональном компьютере существуют три подсистемы, от усовершенствования которых пользователи ожидают получить должный эффект — можно перейти на более быстрый процессор, поставить мощную графическую плату и нарастить память. Что касается процессора, то опыт показывает, что вычислительные возможности даже не самых последних чипов приложениями используются далеко не полностью. Ну не возникают пока перед большинством пользователей персоналок проблемы, сопряженные с массивными вычислениями, т а к и м и как моделирование и анализ. Если же говорить о проблеме ЗВ-графики, то она пока совершенно неактуальна для деловых приложений и касается лишь нескольких жанров игрушек. Попытки широко внедрить ЗО-технологии в Internet и бизнес-программы вряд ли увенчаются успехом в ближайшие несколько лет. 167

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер Остается память. Причем эта подсистема состоит из двух компонент — оперативной и дисковой памяти. Именно здесь чаше всего кроется простой и экономически выгодный способ привести возможности компьютера в соответствие с сегодняшними и завтрашними требованиями. Современные операционные системы работают с единой архитектурой памяти — виртуальной памятью, базирующейся как на полупроводниковой, так и на дисковой составляющих. И более важной как рагз является дисковая память, объем которой в сотни раз превышает емкость памяти на материнской плате. Вообще, с большим, конечно, приближением можно считать, что Windows использует оперативную память компьютера как кэш-память третьего уровня. В самом деле, вся информация (даже та, с которой вы в данный момент работаете) хранится на жестком диске. В оперативную память она подкачивается идя ускорения доступа процессора к ней. В свою очередь, точно с такой же целью используется внешняя (второго уровня) кэш-память и встроенный кэш-процессор. А раз так, то, чтобы добиться наивысшей производительности системы в целом, от дисковой памяти требуется максимальное быстродействие. Причем, если от рядового пользователя нельзя требовать знания принципов работы виртуальной памяти, по каковой причине он не в состоянии определить степень важности многих параметров быстродействия отдельных компонент и их вклад в обшую производительность, то занимающаяся поставкой компьютеров компания обязана в этих вопросах ориентироваться. В том, что пользователь купил недостаточно быструю машину, большая часть вины лежит не на нем, а на продавце.

Архитектура

ввода-вывода

IBM PC AT не имеет DIP-переключателей. Конфигурация оборудования хранится в CMOS и может быть изменена с помощью BIOS. Контроллер прямого доступа к памяти обеспечивает высокоскоростной обмен данными между устройствами ввода-вывода и ОЗУ без использования центрального процессора, что позволяет освободить процессор для выполнения вычислений параллельно с обменом и независимо от него. Наиболее часто возможности прямого доступа к памяти используются при работе с дисковыми накопителями, адаптерами накопителей на магнитной ленте и рядом других устройств. Ощутимые преимущества даст использование прямого доступа к памяти в процессе обмена с устройствами, принимающими или передающими данные достаточно большими порциями с высокой скоростью. Индикатором начала дорожки служит индексное отверстие. Запись на дорожку осуществляется в несколько приемов. При форматировании дорожка перезаписывается полностью. При операциях записи перезаписываются отдельные сектора, что влечет за собой сбой намагниченности диска в месте обрыва записи, причем физическая длина сектора при его перезаписи не всегда точно совпадает с длиной ранее имевшегося на этом месте сектора, разница в длине может составлять до 4-5 бит даже при перезаписи на одном дисководе в одно время. Для синхронизации после сбоев на дорожке имеются зазоры и синхрозоны. Архитектура АТ-подобных ПЭВМ отличается от XT тем, что контроллер гибких дисков находится на одной плате с контроллером жестких дисков. К до168

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер полнительным возможностям относится возможность регулирования скорости обмена данными и возможность подключения двух контроллеров к одному компьютеру. Системный блок имеет место и питание для подключения одного или двух дисководов. Привод может быть односторонним или двусторонним, является полностью автономным и состоит из системы привода шпинделя, системы позиционирования чтения и системы чтения/записи/стирания. Адаптер дисковода устанавливается в один из разъемов расширения в системном блоке. Он присоединяется к одному или более дисководам через внутренний плоский кабель, который подключается с одной стороны платы адаптера. С другой стороны адаптера имеется внешний 37-контактный разъем, выходящий через заднюю панель системного блока. Этот разъем имеет сигналы для двух дополнительных дисководов. Устройство печати PC-подобных компьютеров обычно подключается к параллельному интерфейсу. Для подключения используется стандартный разъем Centronix, имеющий 36 контактных выходов.

Корпус В настоящее время популярными корпусами считаются корпуса стандарта АТХ, выпускаемые компанией In-Win Development. Основные достоинства таких корпусов следующие: •

съемная рама, на которой закрепляется материнская плата и платы расширения.

•

2 внешних и 1 внутренний отсеки 3.5".

•

3 внешних отсека 5.25".

•

источник питания мощностью 235 Вт с низким уровнем акустического шума и своим выключателем питания.

•

возможна установка дополнительного вентилятора.

•

хороший теплоотвод от жестких дисков благодаря массивной раме,

•

размеры: — ширина 215 мм, высота 390 мм, глубина 450 мм.

Другие не менее популярные корпуса: устройства типа Mini (модель Т-5АВ) и Middle Tower стандарта АТХ от одного из самых известных производителей материнских плат — фирмы Asustek Computers. Основные достоинства: •

съемные отсеки для установки как устройств с форм-фактором 3.5", так и 5.25". 1 внешний, 2 внутренних отсека 3.5" и 2 внешних 5.25" отсека.

•

1 внешний 3.5", 3 внутренних отсека 3.5" и 3 внешних 5.25" в модели Middle.

•

источник питания мощностью 235 Вт с низким уровнем акустического шума и своим выключателем питания.

169

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер возможна установка двух дополнительных вентиляторов в Middle и одного в Mini, •

в корпусе типа Middle возможна установка 3-х жестких дисков во внутренних отсеках,

•

доступ внутрь корпуса без применения инструмента.

•

предусмотрено окошко под инфракрасный порт.

•

поворотная кнопка питания с защитой от случайного нажатия.

•

размеры у mini: ширина 190 мм, высота 405 мм, глубина 435 мм; у middle: ширина 170 мм, высота 490 мм, глубина 435 мм.

Источник питания Системный источник питания разработан с таким расчетом, чтобы составлять единое целое с шасси системного блока. Его расположение обеспечивает удержание задней панели системного блока, а его вентилятор осуществляет охлаждение всей системы. Источник питания вырабатывает питающие напряжения и сигнал сброса, необходимые для работы системной платы, устанавливаемого дополнительного оборудования и клавиатуры. Он также обеспечивает включение/ выключение переменного тока для п и т а н и я монитора и отдельные разъемы для питания дисководов, жестких дисков или других устройств. Он представляет собой ключевой источник постоянного напряжения с постоянной выходной мощностью. Вес эти выходы имеют защиту по превышению напряжения, по превышению тока, по холостому ходу и по короткому замыканию. Если возникают условия перегрузки по постоянному току или условия превышения напряжения, то вес выходные напряжения отключаются до тгх пор, пока не будет устранена п р и ч и н а . Источник питания осуществляет фильтрацию и включение/выключение напряжения переменного тока, поданного на разъем для подключения монитора. Разъем для подключения, расположенный на задней панели, не является стандартным и разработан специально для монитора. Источник питания обеспечивает потребности всех узлов компьютера следующими напряжениями питания (в скобках приведены номинальные токи нагрузки). Допускается следующий диапазон потребляемого тока по каждому из выходов: -5В 2.ЗА- 15.ОА

•

-5ВО.ОА-О.ЗА

•

+ 12В0.4А-4.2А

•

-12ВО.ОА-0.25А

В источнике питания предусмотрена защита по входу, а также защита от токовой перегрузки по выходу. Кроме того, обеспечивается зашита нагрузки от чрезмерного увеличения напряжения на выходе источника питания и от уменьшения напряжения в цепи «-5В». При включении источника питания на его выходе формируется сигнал «POWER GOOD», предназначенный для инициализации компьютера после выхода питающих напряжений на номинальный уровень,

170

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер В состав источника питания (ИП) входят сетевой заградительный фильтр, выпрямитель напряжения сети, устройство запуска, устройство управления и стабилизации с генератором и широтно-импульсным модулятором, выходной каскад, блок импульсных выпрямителей, цепи зашиты от перегрузок по току, выходному напряжению и по шине питания -5В. Заградительный фильтр предназначен для подавления импульсных помех, проникающих из ИП в электрическую сеть. Резистор ограничивает значение пускового тока при включении компьютера. Сетевой выпрямитель включает в себя диоды, конденсаторы и индуктивности. Резисторы служат для выравнивания напряжений в плечах полумостовой схемы при питании от источника переменного тока 220 В. Замыкание перемычки «115V Select» переключает ИП на питание от сети переменного тока 115 В. (При таком переключении необходимо заменить сетевой предохранитель в соответствии с Инструкцией по эксплуатации). Устройство запуска служит для питания устройства управления и синхронизации в момент включения ИП. В номинальном режиме питание УСС осуществляется от цепи +12В через диод. Устройство управления и синхронизации на основе микросхемы обеспечивает генерацию сигналов управления выходным каскадом (ШИМ-сигналов) с обеспечением стабилизации напряжения цепей +5В и +12В. а также обрабатывает сигналы о перегрузке по току и напряжению от соответствующих цепей защиты. Выходной каскад, собранный по полумостовой схеме, включает в себя трансформатор сигншюв управления, два ключевых транзисторных каскада, силовой высокочастотный трансформатор, а также цепочку, предназначенную для улучшения формы импульсов во входной цепи трансформатора. Блок выпрямителей собран по традиционной полумостовой схеме. Цепочки служат для уменьшения уровня помех, излучаемых импульсным выпрямителем; нагрузочные резисторы устраняют возможность значительного повышения напряжений на выходе ИП. Выполнение фильтров на общем магнитопроводе позволяет обеспечить стабилизацию всех выходных напряжений при значительном диапазоне токов потребления. Цепь зашиты от перегрузок по току состоит из токового трансформатора, выпрямительных диодов и фильтра. При увеличении тока нагрузки соответственно увеличивается высокочастотная составляющая тока в первичной цепи, то есть, через трансформатор. Выпрямленное и сглаженное напряжение пульсаций через резистор поступает в устройство стабилизации, вызывая срабатывание соответствующих цепей блокировки. Цепь защиты нагрузки от чрезмерного увеличения напряжения состоит из элементов, подобранных таким образом, чтобы в случае превышения выходных напряжений более, чем на 20% происходило шунтирование выходной цепи «-f 5B» тиристором, что, в свою очередь, вызовет срабатывание устройства токовой защиты или перегорание сетевого предохранителя. Цепь защиты нагрузки от уменьшения или отсутствия напряжения в цепи «-5В» состоит из транзисторов, резисторов, конденсаторов и диодов. В случае уменьшения напряжения в цепи «-5В» происходит открывание одного транзистора и закрывание другого, в результате чего заряжается конденсатор, и управляющее напряжение поступает (через л иод) в устройство стабилизации. 171

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер Формирователь сигнала «POWER GOOD» состоит из ключевого транзистора, нагрузочного резистора и времязадающей цепочки. На выходе формирователя устанавливается сигнал, совместимый с ТТЛ-входами, с некоторой задержкой относительно момента включения ИП. Диод обеспечивает быструю разрядку конденсатора при выключении ИП. Несколько слов об Advanced Configuration and Power Interface Современный интерфейс конфигурирования и управления энергопотреблением — стандарт, разработанный фирмами Intel, Microsoft и Toshiba для унификации функций управления энергопотреблением компьютера, является ключевым элементом Operating System Directed Power Management (OSPM — непосредственное управление энергопотреблением операционной системой). Стандарт претерпел существенные изменения по сравнению с ранее применявшимся стандартом Advanced Power Management (АРМ) BIOS Specification. Revision 1.2. ACPI учитывает даже температуру материнской платы и процессора, позволяет «усыплять» компьютер программно в режиме, например, ожидания приема факса ночью. Стандарт требует обязательной поддержки со стороны как BIOS материнской платы, так и операционной системы.

Клавиатура Клавиатура имеет постоянно присоединенный кабель, который подключается к разъему на задней панели системного блока. Этот четырехпронодный кабель содержит питание +5 В, общий провод и две последовательных сигнальных линии. Клавиатура содержит клавиши, разделенные на три основные группы. Центральная часть клавиатуры представляет собой стандартно расположенные телетайпные клавиши. В левой части находятся от 10 до 12 функциональных клавиш. Эти клавиши определяются пользователем в программном обеспечении. В правой части клавиатуры находится 35-клавишная панель. Эти клавиши также определяются программно, но они имеют и стандартное назначение в качестве цифровых клавиш, клавиш управления курсором, панели калькулятора и клавиш редактирования экрана. Интерфейс клавиатуры определен таким образом, что системное программное обеспечение имеет максимальную гибкость при определении различных действий с клавиатуры.

Материнская или системная плата Системная плата персонального компьютера содержит пять функциональных частей: процессорная подсистема, подсистема ОЗУ, интегральные адаптеры ввода/вывода, подсистема ПЗУ и канал ввода/вывода. Сердцем системной платы является микропроцессор. Существует два основных типоразмера (форм-фактора) материнских плат AT и АТХ. Эти две спецификации описывают форму и размер плат, а также расположение компонент на них. Хотя, в принципе, никаких кардинальных отличий

172

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер между этими типоразмерами не существует, производители материнских плат выпускают по две модификации каждой платы — в формате AT и АТХ.

AT форм-фактор AT форм-фактор бывает двух модификаций — AT и Baby AT. Они отличаются по размеру. Размер полноразмерной AT платы достигает до 12" в ширину, а это значит, что такая плата вряд ли поместится в большинство сегодняшних корпусов. Монтажу такой платы наверняка будет мешать отсек для дисководов и жестких дисков и блок питания. Кроме того, расположение компонентов платы на большом расстоянии друг от друга может вызывать некоторые проблемы при работе на больших тактовых частотах. Поэтому после материнских плат для процессора 386, такой размер уже не встречается. Преобладающими на сегодняшний день являются платы формата Baby AT. Конечно, эта тенденция будет изменяться с внедрением плат формата АТХ, но пока Baby AT достаточно популярен из-за большого количества уже выпущенных Baby AT плат. Размер платы Baby AT 8.5" в ширину и 13" в длину. В принципе, некоторые производители могут уменьшать длину платы для экономии материала или по каким-то другим причинам. Для крепления платы в корпусе в плате сделаны три ряда отверстий. Все AT платы имеют общие черты. Почти все имеют последовательные и параллельные порты, присоединяемые к материнской плате через соединительные гребенки. Они также имеют один разъем клавиатуры, впаянный на плату в задней части. Гнездо под процессор устанавливается на передней стороне платы. Слоты SIMM и DIMM находятся в различных местах, хотя почти всегда они расположены в верхней части материнской платы.

АТХ форм-фактор Форм-фактор АТХ был предложен фирмой Intel в 1995 голу. С гех пор он постепенно набирает популярность. К настоящему моменту почти все платы для процессоров Pentium II и Pentium Pro выпускаются в формате АТХ, а многие платы под Pentium имеют АТХ версии. Введение нового формата главным образом обуславливается моральным устареванием Baby AT, который уже не может обеспечить новые потребности и преодолеть ряд проблем. Именно недостатки AT были приняты во внимание при разработке типоразмера АТХ. АТХ-плата крепится только на винтах, что повышает надежность и жесткость ее крепления. Разъемы всех портов ввода/вывода (принтерный, СОМ К COM2) жестко крепятся на материнской плате в ее правом верхнем углу, причем могут устанавливаться друг над другом. Процессор (процессоры) и его «обвязка» устанавливаются справа от интерфейсных разъемов, что позволяет устанавливать полноразмерные платы расширения. Блок питания вырабатывает также напряжение 3,3 В, что избавляет от необходимости формировать это напряжение на материнской плате. Блок питания запускается/выключается от специального сигнала, который может быть выработан как кнопкой включения компьютера, так и BIOS через соответствующую схему на материнской плате. Это позволяет программно выключать блок питания (например, при выходе из Windows) и включать его по коман173

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер де от BIOS или от модема, сетевой карты. Напряжение 5 В (слаботочное) всегда есть на материнской плате, если 220 В подано на блок питания, для управления запуском блока питания. Поэтому на «правильных» АТХ блоках питания всегда есть выключатель 220 В, расположенный на самом блоке питания с обратной стороны системного блока. При любых действиях, требующих снятия крышки системного блока, 220 В требуется обязательно отключать от блока питания. Разъем для подключения АТХ блока питания на материнской плате один и имеет 20 контактов. Допускается (но не является обязательным) вывод и подключение на материнскую плату сигналов с датчика скорости вращения вентилятора блока питания. Возможности АТХ-плат • Интегрированные разъемы портов ввода-вывода. На всех современных платах порты ввода-вывода являются интегрированными, поэтому вполне естественным выглядит решение поместить их разъемы на плату. Это уменьшает количество соединительных проводов, увеличивая надежность, и облегчает сборку. •

Интегрированный разъем м ы ш и PS/2.

•

Уменьшенное расстояние между платой и дисками.

Плата формата АТХ как бы повернута на 90 градусов, поэтому IDE-разъемы и разъем контроллера дисководов находятся рядом с самими устройствами. Это позволяет сократить длину используемых шлейфов, тем самым повысив надежность системы. •

Уменьшенный контакт процессора с платами.

Гнездо процессора перемешено с передней части платы на заднюю, рядом с блоком питания. Это позволяет устанавливать в слоты расширения полноразмерные платы — процессор им не мешает. •

Удобный соединитель п и т а н и я .

Теперь он один с 20 штырьками, вместо двух. Кроме того добавлена возможность управления материнской платой блоком питания. •

Лучшие условия для охлаждения.

Блок питания корпуса АТХ засасывает воздух внутрь. Таким образом, пыль не попадает на материнскую плату, а воздух из блока питания обдувает процессор. Напряжение 3.3 В. Напряжение питания, используемое для всех современных процессоров поступает из блока питания. В АТ-платахдля его получения использовался стабилизатор, установленный на материнской плате. В АТХ-платах необходимость в нем отпадает. Важным аргументом в пользу применения АТХ-корпусов является тот факт, что в корпус формата АТХ можно установить и Baby AT-материнскую плату.

174

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер

LPX Типоразмер материнских плат для низких корпусов SLIM. В них платы расширения устанавливаются не перпендикулярно материнской плате, а параллельно, посредством елочки.

NLX Недавно корпорация Intel предложила новый стандарт для производства компьютеров, Этот стандарт, включающий и декларирование типоразмеров материнской платы, можно смело назвать революционным — в выпускаемых компьютерах теперь не будет кабеля, идущего от блока питания к самой материнской плате. Это достигается благодаря внедрению специального разъема, получившего название NLX Riser Connector. В этот разъем, непосредственно примыкающий к блоку питания и вставляется материнская плата. Кроме ш и н ы питания, разъем содержит и информационную ш и н у . Таким образом, после установки материнская плата автоматически оказывается подключенной и к питанию и к шинам ISA и PCI, разъемы которых расположены выше Riser Connector. Всего в системе предусмотрено два разъема PCI, расположенных внизу, и два разъема ISA сверху. Справа в верхнем углу расположены первичный и вторичный разъемы контроллеров IDE. Ниже этих разъемов вмонтирован разъем для дисковода. На ризер-карте (riser card) также предусмотрено место для подключения сетевой карты, CD-Audio, универсальной ш и н ы USB. Новые возможности Возможность легкой замены материнской платы. Кабели не подключаются непосредственно на материнскую плату и не мешают ее замене. Разъемы PCI и ISA также теперь расположены отдельно от материнской платы на ризер-карте. Обеспечивается легкий доступ к шлейфам при замене или установке новых устройств. Кроме этого, устраняется уже ставший привычным для любого пользователя хаос с кабелями благодаря тому, что теперь все они подсоединяются к стационарной ризер-карте. Новая конструкция позволила существенно сократить длину шины IDE и кабеля для подсоединения дисковода, Упрощение крепления материнской платы. По стандарту NLX предлагается прикрепить к материнской плате специальные направляющие, которые и обеспечивают легкую установку платы в системном блоке. Окончательно плата закрепляется в блоке с помощью специального зажима с эксцентриком. Такая конструкция позволяет просто и с минимальным усилием вставить плату в разъем на ризер-карте и зафиксировать ее в этом положении. Легкий и удобный доступ к оперативной памяти при ее замене или модификации. Улучшенное охлаждение всех компонентов на плате и, в первую очередь, процессора. Высокоэффективная система охлаждения, удовлетворяющая предложенному стандарту, позволяет обходиться только радиатором для некоторых типов процессорных элементов. В отличие от предыдущих моделей системных блоков, в которых устанавливался вытяжной вентилятор на задней панели блока, стандарт NLX предполагает установку пристяжного вентилятора, расположенного на передней панели. Этим достигается гарантированный воздушный поток для охлаждения основных электронных компонентов системного блока.

175

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер Конструкция компьютера становится все более простой. Стандарт NLX практически превращает компьютер в устройство, состоящее всего из двух элементов — материнской платы и корпуса со стандартными разъемами для связи с внешними устройствами. На что следует обратить внимание при покупке системной платы Хорошие платы обычно имеют названия, поставляются в коробках и снабжаются подробной документацией в хорошо оформленной книжке. Однако бывает и так, что безродная плата с невзрачной книжечкой по совокупности характеристик оказывается лучше, чем фирменная — последнее слово должно быть за тестированием. Можно также обратить внимание налетали, установленные сразу же за разъемами шин: нередко они не позволяют нормально вставить платы в эти разъемы; с другой стороны, процессор и/или стабилизаторы питания могут мешать установке длинных плат. Обратите внимание на внешний вид материнской платы. Детали должны быть установлены ровно и аккуратно, пайка — блестящей, ровной и однородной. Криво установленные детали, «пузыри» припоя и непропаянные выводы обычно встречаются на платах китайского производства и говорят об общем качестве работы. Если плата заметно выгнута в одну сторону — есть вероятность наличия микротрещин в дорожках или кристаллах микросхем. Также могут быть неровно впаяны разъемы для SIMM, что грозит плохим контактом или вообще невозможностью вставить некоторые модули.

Как разъяснить материнскую плату Прежде всего — привести ее фирменное название. Если его нет — привести надписи на плате, которые могут быть похожи на название. Описать основные признаки платы (под какой процессор, какие шины, сколько разъемов каждой ш и н ы , сколько каких разъемов под кэш/память, что написано на больших микросхемах). Если плата не имеет фирменного названия, имеет смысл привести строку идентификации BIOS, которая выводится при перезагрузке внизу экрана. и тип самого BIOS (AMI, A W A R D , Phoenix, Acer). Чем больше информации — тем выше вероятность верного опознания платы другими и получения ответов на заданные вопросы.

Chipset Chipset — набор микросхем. Это одна или несколько микросхем, таймеры, система управления, специально разработанные для «обвязки» микропроцессора. Они содержат в себе контроллеры прерываний, прямого доступа к памяти, памятью и шиной — все те компоненты, которые в оригинальной IBM PC были собраны на отдельных микросхемах. Обычно в одну из микросхем набора входят также часы реального времени с CMOS-памятью и иногда — клавиатурный контроллер, однако эти блоки могут присутствовать и в виде отдельных чипов. В последних разработках в состав микросхем наборов для интегрированных плат стали включаться и контроллеры внешних устройств. Внешне микросхемы Chipset'a выглядят, как самые большие после процессора, с количеством выводов от нескольких десятков до двух сотен, Название набора обычно происходит от маркировки основной микросхемы.

176

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер

IRQ IRQ (Interrupt ReQuest — запрос прерывания) — сигнал от одного из узлов компьютера, требующий внимания процессора к этом узлу. Возникает при наступлении какого-либо события (например, нажатии клавиши, завершении операции чтения/записи на диске). На PC AT предусмотрено ] 5 (на XT —- 8) линий IRQ, часть которых используется внутренними контроллерами системной платы, а остальные заняты стандартными адаптерами, либо не используются: •

0 — системный таймер

•

1 — контроллер клавиатуры 2 — сигнал возврата по кадру (EGA/VGA), на AT соединен с IRQ 9 3 - обычно СОМ2/СОМ4 4 - о б ы ч н о СОМ 1/СОМЗ 5 — контроллер HDD (XT), обычно свободен на AT

•

6 — контроллер FDD 7 — LPT1, многими LPT-контроллерам и не используется 8 — часы реального времени с автономным питанием (RTC)

•

9 — параллельна IRQ 2 10 — не используется

•

11 — не используется 12 — обычно контроллер мыши типа PS/2

•

13 — математический сопроцессор 14 — обычно контроллер IDE HDD (первый канал)

•

15 — обычно контроллер IDE HDD (второй канал)

На AT сигнал IRQ 2 схемно поступает на вход, соответствующий IRQ 9 и вызывает запуск обработчика прерываний, связанного с IRQ 9, который программно эмулирует прерывание по IRQ 2. Таким образом, программы, работающие с IRQ 9, будут работать всегда, а использующие IRQ 2 — могут не работать, если не установлен правильный обработчик IRQ 9.

DMA DMA (Direct Memory Access — прямой доступ к памяти) — способ обмена данными между внешним устройством и памятью без участия процессора, что может заметно снизить нагрузку на процессор и повысить общую производительность системы. Режим DMA позволяет освободить процессор от рутинной пересылки данных между в н е ш н и м и устройствами и памятью, отдав эту работу контроллеру DMA; процессор в это время может обрабатывать другие данные или другую задачу в многозадачной системе. На AT имеется семь независимых каналов контроллера DMA: •

0 — регенерация памяти на некоторых платах 1 — не используется

177

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер •

2 — контроллер FDD

•

3 — контроллер Н DD на XT, на AT не используется

•

5 — не используется

•

6 — не используется

•

7 — не используется

Каналы 0-3 — восьмиразрядные, каналы 5-7 — шестнадцатиразрядные. С учетом этого, новые адаптеры следует настраивать прежде всего на полностью свободные каналы IRQ (10, 1 1 ) и ПМЛ(1, 5-7), а затем — на свободные в конкретной системе (например, IRQ 5 или 12, DMA 3). Возможность использования одного IRQ несколькими адаптерами зависит от типа ш и н ы и требует поддержки со стороны драйверов этих адаптеров. Использование разными адаптерами одного канала DMA в принципе возможно, но связано со множеством проблем и потому не рекомендуется, Режим прямого доступа к памяти (DMA) заключается в организации передач массивов данных между памятью и устройством ввода-вывода (адаптером). При этом передача данных производится под управлением специального оборудования (будем называтьего подсистемой DMA) независимо и асинхронно по отношению к микропроцессору. Микропроцессор ответственен л и ш ь за предварительную настройку (программирование) оборудования DMA на определенный тип передачи, задание начального адреса и размера массива данных в памяти. Запрограммированная передача DMA инициируется по запросу DRQ и реализуется подсистемой DMA параллельно с выполнением микропроцессором своих программ. Подсистема DMA обеспечивает одновременно семь независимо программируемых передач DMA, конкурирующих на системной шине согласно заданным приоритетам. Каналы О, 1, 2 и 3 поддерживают обмен с 8-разрядными устройствами и передача по ним идет побайтно. Каналы 5, 6 и 7 обслуживают 16-разрядные устройства и обмен по ним идет по 2 байта. Канал 4 задействован для связи двух контроллеров DMA, входящих в подсистему DMA. В системной шине каждому каналу контроллера DMA соответствует пара сигналов: DRQ — запрос на передачу, DACK — подтверждение передачи. Еще один сигнал системной шины относится к подсистеме DMA — это Т/С. Т/С возбуждается каналом DMA при завершении запрошенной передачи. Так как Т/С один на все каналы, его идентификация производится по активному DACK во время активизации Т/С. Передача массива данных по канату состоит из последовательности так называемых циклов DMA. Цикл DMA для передач между памятью и устройством ввода-вывода представляет собой комбинацию одновременного выполнения шинных команды обращения к памяти (-MEMR или -MEMW) и команды обращения к порту (-IOW или -IOR. соответственно), во время которого на шине адреса активен адрес памяти. Активный порт в цикле DMA определяется косвенным образом по комбинации активных сигналов DRQ и -DACK. Реагировать на сигналы -IOW и -IOR в цикле DMA может только тот порт, который вызвал активизацию сигнала DRQ и получил подтверждение в виде соответствующего сигнала DACK.

178

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер После того как один из каналов запрограммирован на необходимую передачу (запрограммирован канал контроллера DMA и регистр памяти страниц DMA), запускается устройство ввода-вывода, подключенное к этому каналу. С этого момента обслуживание обмена поручается подсистеме DMA, а микропроцессор может быть занят чем-либо другим. Когда устройство становится готовым к обмену, оно выдает запрос на обслуживание DRQ. Если данный канал в этот момент не замаскирован, подсистема DMA выдает запрос на захват шины у микропроцессора, который поступает на схему арбитража. Сигнал фиксируется на триггере по положительному фронту (в отличие от запроса на регенерацию). Если в данный момент нет необсл уже иного запроса на регенерацию, схема арбитража выдает запрос на микропроцессор. Когда микропроцессор готов освободить шину, он подтверждает запрос на захват шины сигналом, и шина поступает в распоряжение подсистемы DMA. После этого выполняются действия по выдаче адреса ячейки памяти, с которой будет выполняться обмен по каналу контроллера DMA. Адрес формируется из грех компонентов, причем для 8- и 16-разрядных каншюв эти части не тождественны. При байтовом обмене нулевой разряд адреса должен быть запрограммирован и изменяться от цикла к циклу, а при двухбайтовом — он не программируется, а переводится принудительно в нулевое значение во время цикла DMA. После того как сформирован адрес, начинается фаза выдачи команд. В одном цикле DMA присутствует одна из двух пар команд: чтение из памяти и запись в порт или запись в память и чтение из порта. Обе команды записи выдаются на такт позже для того, чтобы на шине могли появиться действительные данные. Однако начало выполнения команды -MEMR также откладывается на половину такта. Это необходимо для того, чтобы предупредить возможное сочетание задержек в тракте адреса с одной стороны и тракте команды -MEMR с другой стороны, при котором предустановка адреса памяти будет недостаточной по отношению к команде. Обычно в цикл DMA добавляется 1 такт ожидания, но при необходимости можно растянуть цикл с помощью сигнала I/O CH RDY. Если выполняемый цикл DMA является последним в цикле передачи массива, подсистема DMA активизирует сигнал Т/С.

Режим MASTER В отличие от PC XT, имевшей два архитектурных компонента, управляющих шиной (микропроцессорное ядро и контроллер DMA), PC AT допускает наличие дополнительных центров управления. Для захвата внешним устройством ввода-вывода управления шиной используется схема арбитража между подсистемой DMA и микропроцессором. Устройство ввода-вывода вырабатывает запрос на обслуживание процедуры DMA. Контроллер DMA выполняет все необходимые действия по захвату шины с целью обслуживания поступившего запроса. Но как только шина переходит в подчинение подсистемы DMA, устройство вводавывода сигналом -MASTER блокирует выход его на шину. С этого момента управление переходит к устройству ввода-вывода, и оно получает возможность доступа ко всем средствам системы. Для реализации этой возможности устройство ввода-вывода (адаптер) должно выдать соответствующие разряды адреса на шину, сделать паузу, чтобы дать возможность остальным устройствам дешифрировать адрес и выдать, если 179

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер нужно, активный сигнал — MEMCS16. После этого адаптер должен выдать разряды адреса на шину, вновь дать возможность устройствам дешифрировать адрес и только тогда выдать нужную команду (-MEMR, -MEMW, -IOR или -IOW) и данные, если выполняется цикл записи. То есть адаптер отрабатывает обычный, с точки зрения работы пассивных для шины устройств, цикл так, как это делает процессор. Устройство ввода-вывода, захватившее шину, в этом случае для всех остальных адаптеров выступает как микропроцессор, то есть является 16- разрядным устройством, но не активизирует сигналы -MEMCSI6 и -IOCSI6, работает с нечетным байтом через старший байт шины. Единственным ограничением является невозможность обращения к 8-разрядным устройствам, как к 16-разрядным. Это невозможно потому, что нет обратной связи между конвертором и «ведущим» устройством на шине, которая есть между конвертором и процессором. Конвертор начнет работать, но те схемы, которыми он управляет, отключены от шины, и на «ведущее» устройство сигналы управления от конвертора не поступают. Необходимо также помнить, что нельзя сколько угодно долго держать шину под управлением адаптера, не отдавая ее микропроцессору. Это связано с необходимостью регенерации памяти. Запросы на регенерацию поступают через каждые 15 мкс. Запрос должен быть обслужен до того, как поступит следующий запрос. Поэтому не следует занимать шину на время более 15 мкс.

Регенерация Оперативная память, как правило, строится на динамических элементах, которые требуют периодической регенерации, то есть, обновления заряда конденсатора, который и хранит информацию. Осуществляется регенерация не сразу всей микросхемы памяти, а отдельных строк через некоторые промеж>тки времен и . При этом время, через которое выполняется регенерация одной и той же строки, должно строго соблюдаться. Для осуществления регенерации необходимо иметь два счетчика: первый — счетчик временных интервалов между запросами на регенерацию строк микросхем памяти, второй — счетчик перебора строк (счетчик адреса регенерируемой строки). Первый счетчик является каналом 1 системного таймера (порт 41). Обычно этот канал настраивается на выдачу коротких импульсов с периодом 15 мкс, хотя в машинах последних моделей эта величина может быть больше, Запрос на регенерацию фиксируется на триггере по отрицательному фронту в отличие от запросов на обслуживание циклов DMA, которые фиксируются по положительному фронту. Тем самым разнесены во времени моменты возникновения запросов от DMA и запросов на регенерацию. Первым будет обслуживаться тот запрос, который пришел раньше. По своему приоритету запросы являются равноправными. Запрос, который зафиксирован на триггере раньше, будет блокировать прохождение другого запроса (имеется в виду не два запроса на регенерацию, а один запрос от подсистемы DMA и один запрос на регенерацию). Если запрос на регенерацию пришел раньше запроса от подсистемы DMA, то его появление вызовет активизацию сигнала, который является запросом микропроцессору на захват управления шиной.

180

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер Когда микропроцессор готов отдать шину, он выдает сигнал. С этого момента на шине начинается цикл регенерации. Становится активным сигнал REFRESH. По положительному фронту сигнала SYSCLK на системную шину выдаются разряды адреса. Следует заметить, что схема рассчитана на такую структуру регенерации, которая используется в микросхемах типа 4164 или 41256. При использовании микросхем К565РУ7 надо иметь в виду, что они имеют иную структуру регенерации. С ростом тактовой частоты микропроцессора длительность цикла регенерации памяти на некоторых комплектах БИС может сокращаться. Это может привести к сбоям в работе некоторых адаптеров, которые имеют элементы памяти, рассчитанные на длинный цикл регенерации. Точно так же, как и цикл шины, выполняемый под управлением микропроцессора или контроллера DMA, цикл регенерации может быть растянут путем выдачи сигнала IOCHRDY низкого уровня, Влияние регенерации на производительность микропроцессора Так как в выполнении цикла регенерации участвует шина, микропроцессор какую-то часть времени выполнения регенерации ожидает ее освобождения, что снижает его производительность. Причем чем выше тактовая частота микропроцессора, тем больше потери из-за регенерации. Поэтому для повышения производительности в машинах с современными элементами памяти реализуемая частота запросов ча регенерацию ниже, чем была принята ранее.

Bus Master Хозяин шины — возможный режим работы устройства на любой шине (в том числе и на PCI). Для работы в таком режиме устройство выдает запрос арбитру шины, сообщая о своем требовании на получение управления шиной. Арбитр, в соответствии с приоритетом и/или очередностью арбитража на данной шине через определенное в документации на шину время после запроса отдает запрашивающему устройству управление шиной. Выполнив все необходимые ему операции, устройство сообщает арбитру об освобождении им шины. На современных шинах, таких как PCI, для получения доступа к шине ВСЕ устройства проходят процедуру арбитража, в том числе и центральный процессор. Возможность быть Bus Master'oM должна быть обязательно реализована аппаратно при разработке устройства. Реализация механизма Bus Master позволяет общаться между собой только тем компонентам компьютера, которым это в данный момент нужно и не занимать понапрасну ненужные им для этого общения устройства. Этот механизм используется, например, для передачи, например, TV-тюнером на PCI данных в видеокарту, также находящуюся на этой шине, без участия центрального процессора, системной памяти. Если у вас есть персональный компьютер, то вы более или менее знакомы с шиной компьютера. В наши дни идут споры над сравнительными преимуществами и недостатками новой версии шины IBM PC AT под названием архитектура Micro Channel (MCA) и еще не реализованной расширенной промышленной стандартной архитектурой (EISA). Новые 32-разрядные шины такие, как шина компьютера Мае II NuBus, считаются превосходящими старые 8-разрядные шины по скорости и объему доступной памяти. Однако, если вы вскрывали ваш компьютер, вам, вероятно, трудно было что-либо сказать о его шине, поскольку это просто набор сигналов и их протоколов, использующийся для связи между моду-

181

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер лями. Физически шина связана с разъемом, являющимся носителем ее сигналов, а так же с логикой каждого модул я, который реализует протокол шины и ее соединения. В общем, существует три главных типа шин: системная шина, шина ввода/вывода и шина памяти.

Система, ввод/вывод и память Миникомпьютеры исуперминмкомпьютеры часто разрабатывались исходя из некоей центральной обшей шины, к которой подключены память и высокопроизводительные устройства ввода/вывода. Такая конструкция называется системной шиной, она является стержнем всего компьютера. Шину ввода/вывода можно обнаружить во всех уголках компьютерного мира. В очень больших компьютерах шина ввода/вывода является дополнением к системной шине. В них может использоваться удобная специализированная системная шина наряду с шиной ввода/вывода, соответствующей промышленным стандартам, позволяющей поддерживать различное периферийное оборудование. В персональных компьютерах часто имеется только шина ввода/вы вода, а процессор и память имеют внутренние связи без выхода на шину. Разъем, в который вставляется зависящий от фирмы-изготовителя модуль расширения памяти, на самом деле не является настоящей шиной. Сигналы, подключенные к этому разъему, — это просто сигналы чипа управления памятью, которые не обеспечивают универсальности (то есть они хороши лишь для данного конкретного контроллера). Все микрокомпьютеры на базе процессора 80386 имеют 32-разрядный поток д а н н ы х , связанных с памятью, что является важным преимуществом этих машин и обеспечивает максимум производительности. Однако, не следует думать, что эта конструкция является шиной, поскольку она только осуществляет связь с платой памяти, специфика которой зависит от фирмы-изготовителя.

Шины промышленного значения Хотя становится все труднее обнаружить связь между шинами персональных компьютеров и более «промышленными», такими, как Multibus и VMEbus, здесь имеются важные отличия. Если многопроцессорные возможности являются новинкой для персональных компьютеров, то это необходимость для промышленных шин. При любом обмене через шину существует ведущий (задатчик) и ведомый, Задатчик инициализирует обмен, а ведомый откликается. Все промышленные шины и шина МСА имеют универсальные механизмы арбитража шины и могут предоставить возможность быть задатчиком любому из устройств, подключенных к разъемам шины. Базовые аппаратные средства очень просты, а то, как это может быть использовано, варьирует в широких пределах. Основным применением многопроцессорной архитектуры является режим, когда устройства ввода/вывода могут выполнять настоящий прямой доступ в память (ПДП) и получать данные из главной памяти независимо от центрального процессора. В шинах XT и AT имеется только один залатчик — генмонтажная плата. Вне мира персональных компьютеров шина без многопроцессорных возможностей не называлась бы даже шиной. С другой стороны, встроенные каналы ПДП персональных компьютеров — неслыханная возможность в области промышленных шин.

182

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер В общем, ключевым отличием между промышленными ш и н а м и , или системами миникомпьютеров, и настольными системами является наличие генмонтажной (объединительной) платы. В настольных системах она есть, а в промышленных — нет. Создание вычислительной системы, базирующихся на VME'bus. начинается с пустой «корзины» для плат. Здесь нет предпочтения какому-либо типу центрального процессора, который разработчик будет использовать, нет разницы, разрабатывается ли многопользовательский компьютер, рабочая станция RISC, система управления каким-либо процессом или система моделирования полетов. При разработке персонального компьютера имеет смысл передать максимум функций генмонтажной плате. Наоборот, разработчики промышленных шин стараются минимизировать централизованную логику. Большинство промышленных шин требуют только логику генерации синхроимпульсов. В будущих конструкциях предполагается рассредоточить даже эту функцию, что приведет к отсутствию необходимости в централизованной логике. Стоимость является другим параметром, разделяющим эти категории шин. Пользователи персональных компьютеров чувствительны к цене, в то время, как пользователи промышленных систем больше думают о производительности и надежности. По мере того, как персональные компьютеры становятся все более мощными и чаще используются для обслуживания многопользовательских систем, разработчики и пользователи находят, что требования, предъявляемые к промышленным шинам и здесь начинают играть более значительную роль.

Какую шину выбрать? Современные системы базируются на широком спектре шин (и число последних постоянно растет), каждая из которых имеет определенный набор преимуществ. Но важны не столько технические возможности, важнейшим критерием является степень открытости шины. Многие шины IEEE/ANSI. Другие ш и н ы являются «открытыми*, но их характеристики контролирует одна фирма-изготовитель. Другие же являются промышленными стандартами де-факто, так, что на их свойства не может повлиять какая-либо фирма. Если субъект факторов формы является объектом теории, то тот факт, что на меньшей площади можно разместить меньшее количество логики важен для разработчиков. Поэтому объем полезного пространства, используемого под платы пользователя, ограничивает число этих плат. Другим объектом для принятия решения является тип разъема или разъемов, используемых для подключения устройств. Промышленные шины (включая шину NuBus компьютера Мае 11) до сих пор имеют два разъема для подключения, в отличие от персонатьных компьютеров, где менее надежные коннекторы расположены на краю платы, В то время, как производительность играет важную роль, абстрактная скорость шины в большинстве случаев не является осмысленным критерием. Насколько быстро шина теоретически может передавать данные в пиковом режиме — это может не отражать реальной производительности. Производительность также зависит от скорости арбитража шины, от того, был или нет перехвачен арбитраж спустя предыдущий обмен, и от того, может ли устройство функционировать с максимальной скоростью шины.

183

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер Хотя для некоторых систем скорость обмена данными по шине ввода/вывода является узким местом, еще большую проблему представляет недостаток «интеллектуальности» в интерфейсных платах, которые подключены к шине, Такие положительные качества шины, как многопроцессорность, могут стимулировать развитие интеллектуальных контроллеров ввода/вывода, что, в свою очередь, способствует функционированию с большей производительностью, чем при простом повышении скорости обмена данными. Все промышленные шины имеют спецификацию IEEE. Это значит, что существуют не только жесткие правила для разработчиков, но и то, что эволюция шины зависит не только от одной-двух фирм-изготовителей, она демократична. Если в комитет долгое время не поступают сообщения об успешных реализациях новых идей, тогда кодируется технология, обеспечивая таким образом стабильность определений шины. Жесткость определения шины тесно связана с тем, насколько она проста в разработке и как успешно будут совместно работать изделия различных фирм-изготовителей. Например, хотя не существует твердой спецификации шины AT, массовый рынок дал толчок эволюционному процессу, приведшему к производству большого количества компьютеров и дополнительных плат, которые не всегда успешно работают с большим количеством имеюшихся в семействе AT вычислительных систем различных фирм-изготовителей. Некоторые промышленные шины, отметим из них NuBus и Futurebus, имеют важное свойство процессорной независимости. Это значит, что они разработаны не для преимущественного применения какого-либо того или иного процессора, но скорее для осуществления более общей модели коммуникации, Наоборот, шины XT и AT — это просто декодированные версии сигналов микропроцессоров фирмы Intel.

Стандартные свойства и дополнения Основной задачей шипы является передача байтов с одного устройства на другое эффективным стандартным способом. Многие свойства проистекают из этого основного положения. Некоторые свойства являются ключевыми для создания надежных, функционально законченных систем, а другие сплошная чехарда. Говоря в обшем, наименование «протокол» относится к типу обмена, которые поддерживает шина. Основное — это чтение и запись, этого фактически вполне достаточно для большинства систем. Может присутствовать возможность поблочного чтения и записи, операций, которые передают пакет данных за один акт связи. В шине Futurebus операция broadcast определена как запись в несколько ведомых устройств, а операция broadcall — как чтение по ИЛИ из многих ведомых устройств. Важная шинная характеристика — объем передаваемых данных; она говорит о том, сколько проводов содержится в шине, по каждому из которых передается один бит по заданному адресу. Шины имеют обычно объем 8, 16 или 32 бита. Многие шины VME имеют ширину 32 бита, но могут быть также и 16-разрядными. NuBus и Futurebus имеют объем только 32 бита. В то время, как МСА объявлена 32-разрядной, большинство разъемов этой шины являются 16разрядными.

184

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер Одним из ограничений шины AT является объем адресного пространства, По 24 линиям адреса может быть физически адресовано только 16 мегабайт памяти. В 1983 году этот объем казался огромным, но теперь это можно отнести к ограничивающим факторам. Все промышленные ш и н ы имеют 32-разрядное адресное пространство, хотя реальное адресное пространство может варьировать (в шине VME может быть 24 или 32 бита). Когда-то разработчики ш и н ы , собираясь вместе, большей частью сосрадотачиватись на обсуждении вопроса о синхронных версиях асинхронных шин. Первые используют единственный сигнал синхронизации, передаваемый на все разъемы, для завершения вовремя всех актов передач и данных и управляющей информации. В типичном случае линии данных и управления являются достоверными только в момент прохождения фронта импульса синхронизации. В асинхронной шине не используется централизованный сигнал синхронизации, а вместо этого применяется принцип подтверждения обмена в той или иной форме. Короче говоря, на операции асинхронной шины не накладывается ограничение по времени сверху, хотя синхронные шины позволяют с большей простотой разрабатывать надежные высокопроизводительные системы. Шины NuBus и Multibus II являются синхронными, шины VME и Futurebus — асинхронными. Асинхронная школа придерживается того мнения, что синхронные шины находятся в сильной зависимости от современной технологии. Синхронная школа считает, что трудно создать надежную асинхронную шину в чистом виде, что сводит на нет обещаемую производительность. Прерывания считаются важным базовым свойством, поэтому может показаться удивительным тот факт, что ни Multibus II, ни Futurebus не имеют их. А в шину NuBus они были введены только на более поздних стадиях разработки. Обычно смысл прерывания заключается в том, что устройству предоставляется возможность записи, когда оно нуждается в обслуживании со стороны единственного процессора. Ну, а если процессор не один? Интересно, как бы интерфейс ввода/вывода повел себя в случае, когда требуется определить, к какому из процессоров адресуется прерывание. Процессорам также нужен способ обслуживания прерывания интерфейсов ввода/вывода и, в некоторых случаях, других процессоров на сопроцессорных картах. Линия прерывания, которой управляет устройство ввода/вывода, является ограничивающим фактором для числа устройств, которые могут ее использовать. поэтому запрос прерывания в процессор должен быть мультиплексирован водной л и н и и . Более развитые шины используют стандартный цикл записи для передачи сообщения о том, что одно устройство запрашивает внимание другого. Это превращает прерывание в специальный случай обмена с памятью, обеспечивая гибкость и непосредственность адресации, а также исключает необходимость в специальных сигналах и аппаратных средствах, которые необходимы в противном случае. Конечно, в современных персональных компьютерах имеется лишь один процессор, но приближается эра мультипроцессорных микрокомпьютеров. Прямой доступ в память — свойство, присущее как персональным компьютерам, так и большим машинам. Однако одно и то же название не означает идентичность в реальности. На шине VME устройство управления процессом, именуемым ПДП, может производить арбитраж шины и функционировать в качестве задатчика шины при передаче данных от себя в память, не привлекая модуль центратьного процессора. 185

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер Этот маленький подвиг можно приветствовать как прорыв мультипроцессорное™ в мир персональных компьютеров. Персональные компьютеры имеют фиксированное число каналов ПДП на генмонтажной плате. Точнее было бы использовать термин «непрямой» доступ в память, так как на самом деле ПДП осуществляет не само устройство ввода/вывода, а чип, установленный на генмонтажной плате. В миникомпьютерных системах контроллеры часто разработаны таким образом, что осуществляют обмен с памятью целыми блоками, прерывая на это время работу центрального процессорного модуля. Многопроцессорные шины позволяют выполнять этот тип операций и в микрокомпьютерах.

«Мультипроцессорное™»» Наиболее сложные системы, ставшие возможными благодаря многопроцессорным шинам, на самом деле имеют несколько процессоров. Это не то же самое, что несколько задатчиков шины. Возможность существования нескольких задатчиков на шине — необходимое, но недостаточное условие для многопроцессорности. Настоящая мультипроцессорная шина должна также иметь такую схему прерываний, которая позволяет любому устройству прервать любое другое устройство — в этом случае особенно эффективен метод арбитража, а также обеспечение устройств поддерживающей кэш-памятью. Арбитраж — это операция, которая удерживает задатчики шины от одновременного использования шины. Схема ее реализации различна в разных вариантах шин. Ш и н ы Multibus I и УМЕ используют принцип дейзи-цепсчки сигналов. Это несколько неудобно, так как в любом неиспользуемом разъеме должен быть специальный переключатель, обеспечивающий непрерывность цепочки. В большинстве современных систем арбитраж передачи данных выполняется по нескольким отдельным линиям. Это позволяет совместить во времени процесс передачи данных с арбитражем. В результате, время, необходимое на арбитраж, поглощается временем обмена данными. Когда очередной обмен завершен, следующий может начаться немедленно. Шина МСА является исключением из этого случая, выполняя арбитраж последовательно с обменом данными. Таким образом, фаза арбитража добавляет время к общему времени, необходимому для обмена. Кэш-память играет все большую роль как на рынке персональных компьютеров, так и на рынке суперкомпьютеров. Процессоры настолько быстры, что ОЗУ не успевает. Кэш-буфер ОЗУ статического типа — единственный способ вовремя поставлять данные в процессор. Кэш-память может иметь сложную организацию, а в мультипроцессорной системе она может быть особенно сложной. Некоторые типы шин обеспечивают аппаратную поддержку для того, что называют проблемой когерентности кэш-буфера. Если не считать небольшое количество экзотических компьютеров, только шина Futurebus является единственной открытой шиной, имеющей эту возможность.

Шины XT-Bus, ISA, EISA, VLB, PCI, PCMCIA и MCA XT-Bus — шина архитектуры XT — первая в семействе IBM PC. Относительно проста, поддерживает обмен 8-разрядными данными внутри 20-разрядного (1 Мб) адресного пространства (обозначается как «разрядность 8/20»), работает на частоте 4.77 МГц.

186

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер Совместное использование линий IRQ в общем случае невозможно. Конструктивно оформлена в 62-х контактных разъемах. ISA (Industry Standard Architecture — архитектура промышленного стандарта) — основная шина на компьютерах типа PC AT (другое название — AT-Bus). Является расширением XT-Bus, разрядность —- 16/24 (16 Мб), тактовая частота — 8 МГц, предельная пропускная способность — 5.55 Мб/с. Разделение IRQ также невозможно. Возможна нестандартная организация Bus Mastering, но для этого нужен запрограммированный 16-разрядный канал DMA. Конструктив — 62-контактный разъем XT-Bus с прилегающим к нему 36-контактным разъемом расширения. EISA (Enhanced ISA— расширенная ISA)— функциональное и конструктивное расширение ISA. Внешне разъемы имеют такой же вид, как и ISA, и в них могут вставляться платы ISA, но в глубине разъема находятся дополнительные рады контактов EISA, а платы EISA имеют более высокую ножевую часть разъема с дополнительными рядами контактов. Разрядность — 32/32 (адресное пространство — 4 Гб), работает также на частоте 8 МГц. Предельная пропускная способность — 32 Мб/с. Поддерживает Bus Mastering — режим управления шиной со стороны любого из устройств на шине, имеет систему арбитража для управления доступом устройств в шине, позволяет автоматически настраивать параметры устройств, возможно разделение каналов IRQ и DMA. MCA (Micro Channel Architecture микроканальная архитектура) — шина компьютеров PS/2 фирмы IBM. He совместима ни с одной другой, разрядность — 32/32, (базовая — 8/24, остальные — в качестве расширений). Поддерживает Bus Mastering, имеет арбитраж и автоматическую конфигурацию, синхронная (жестко фиксирована длительность цикла обмена), предельная пропускная способность - 40 Мб/с. Конструктив — одно-трехсекционный разъем (такой же, как у VLB). Первая, основная, секция — 8-разрядная (90 контактов), вторая — 16-разрядное расширение (22 контакта), третья — 32-разрядное расширение (52 контакта). В основной секции предусмотрены линии для передачи звуковых сигналов. Дополнительно рядом с одним из разъемов может устанавливаться разъем видеорасширения (20 контактов). EISA и МСА во многом параллельны, появление EISA было обусловлено собственностью IBM на архитектуру МСА. VLB (VESA Local Bus — локальная шина стандарта VESA) — 32-разрядное дополнение к шине ISA. Конструктивно представляет собой дополнительный разъем (116-контактный, к а к у МСА) при разъеме ISA. Разрядность — 32/32, тактовая частота — 25-50 МГц, предельная скорость обмена — 130 Мб/с. Электрически выполнена в виде расширения локальной шины процессора — большинство входных и выходных сигналов процессора передаются непосредственно VLB-платам без промежуточной буферизации. Из-за этого возрастает нагрузка на выходные каскады процессора, ухудшается качество сигналов на локальной шине и снижается надежность обмена по ней. Поэтому VLB имеет жесткое ограничение на количество устанавливаемых устройств: при 33 МГц — три, 40 МГц — два, и при 50 МГц — одно, причем желательно, интегрированное в системную плату. PCI (Peripheral Component Interconnect соединение внешних компонент) — развитие VLB в сторону EISA/MCA. He совместима ни с какими другими, разрядность — 32/32 (расширенный вариант — 64/64), тактовая частота — до 33 МГц

187

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер (PCI 2. 1 — до 66 МГц), пропускная способность — до 132 Мб/с (264 Мб/с для 32/32 на 66 МГц и 528 Мб/с для 64/64 на 66 МГц), поддержка Bus Mastering и автоконфигурации. Количество разъемов шины на одном сегменте ограничено четырьмя. Сегментов может быть несколько, они соединяются друг с другом посредством мостов (bridge). Сегменты могут объединяться в различные топологии (дерево, звезда). PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association — ассоциация производителей плат памяти для персональных компьютеров) — внешняя шина компьютеров класса NoteBook. Другое название модуля PCMCIA — PC Card. Предельно проста, разрядность — 16/26 (адресное пространство — 64 Мб), поддерживает автоконфигурацию, возможно подключение и отключение устройств в процессе работы компьютера. Конструктив — миниатюрный 68-контактный разъем. Контакты питания сделаны более длинными, что позволяет вставлять и вынимать карту при включенном питании компьютера,

Микросхемы памяти и системная плата В системных платах персонального компьютера используется два основных типа памяти: статическая (SRAM — Static RAM) и динамическая (DRAM Dynamic RAM). В статической памяти элементы (ячейки) построены на различных вариантах триггеров — схем с двумя устойчивыми состояниями. После записи бита в такую ячейку она может пребывать в этом состоянии столь угодно долго — необходимо только наличие питания. При обращении к микросхеме статической памяти на нее подается полный адрес, который при помоши внутреннего дешифратора преобразуется в сигналы выборки конкретных ячеек. Ячейки статической памяти имеют малое время срабатывания (единицы-десятки наносекунд), однако микросхемы на их основе имеют низкую удельную плотность данных (порядка единиц Мбит на корпус) и высокое энергопотребление. Поэтому статическая память используется в основном в качестве буферной (кэш-память). В динамической памяти ячейки построены на основе областей с накоплением зарядов, занимающих гораздо меньшую площадь, нежели триггеры, и практически не потребляющих энергии при хранении. При записи бита в такую ячейку в ней формируется электрический заряд, который сохраняется в течение нескольких миллисекунд; для постоянного сохранения заряда, ячейки необходимо регенерировать — перезаписывать содержимое для восстановления зарядов. Ячейки микросхем динамической памяти организованы в виде прямоугольной (обычно — квадратной) матрицы; при обращении к микросхеме на ее входы вначале подается адрес строки матрицы, сопровождаемый сигналом RAS (Row Address Strobe — строб адреса строки), затем, через некоторое время — адрес столбца, сопровождаемый сигналом CAS (Column Address Strobe — строб адреса столбца). При каждом обращении к ячейке регенерируют все ячейки выбранной строки, поэтому для пол ной регенерации матрицы достаточно перебрать адреса строк. Ячейки динамической памяти имеют большее время срабатывания (десятки-сотни наносекунд), но большую удельную плотность (порядка десятков Мбит на корпус) и меньшее энергопотребление. Динамическая память используется в качестве основной памяти. Обычные виды SRAM и DRAM называют также асинхронными — потому, что установка адреса, подача управляющих сигнаюв и чтение/запись данных могут выполняться в произвольные моменты времени — необходимо только соблюдение временных

188

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер соотношений между этими сигналами. В эти временные соотношения включены так называемые охранные интервалы, необходимые для стабилизации сигналов. которые не позволяют достичь теоретически возможного быстродействия памяти, Существуют также синхронные виды памяти, получающие внешний синхросигнал, к импульсам которого жестко привязаны моменты подачи адресов и обмена данными; помимо экономии времени на охранных интервалах, они позволяют более полно использовать внутреннюю конвейеризацию и блочный доступ.

Теневая память и системная плата Shadow Memory — это так называемая теневая память. В адресах памяти от 640 Кб до 1 Мб (AQOOO-FFFFF) находятся «окна», через которые видно содержимое различных системных ПЗУ. Например, окно FOOOO-FFFFF занимает системное ПЗУ, содержащее системный BIOS, окно COOOO-C7FFF — ПЗУ видеоадаптера (видео-BIOS). При включении для каких-либо окон режима Shadow содержимое их ПЗУ копируется в участки ОЗУ, которые затем подключаются к этим же адресам вместо ПЗУ, «затеняя» их; запись в эти участки аппаратно запрещается для полной имитации ПЗУ. Это дает в первую очередь ускорение работы с программами/данными ПЗУ за счет более высокого быстродействия микросхем O3V. Кроме этого, появляется возможность модифицировать видимое содержимое ПЗУ (почти все современные системные BIOS используют это для самонастройки). В области видео-BIOS можно поменять экранные шрифты. Управлением теневой памятью занимается Chipset платы, поэтому не все платы позволяют это делать (хотя сейчас таких плат практически не осталось). Есть различные программы для создания средствами теневой памяти UVIB-блоков в MS DOS или для загрузки экранных шрифтов в область видео-BIOS (например, S_FONT). Что такое Memory Relocation? Это перенос неиспользуемой памяти из системной области (640 Кб — 1 Мб) в область расширенной (Extended) памяти. В первых IBM PC устанавливалось 640 Кб основной памяти и отдельно — расширенная память, поэтому со старшими 384 Кб проблем не возникало. В современных платах вся память представляет собой непрерывный массив, поэтому системную область приходится аппаратно исключать, теряя при этом 384 Кб. Большинство Chipset'os позволяют использовать часть этой памяти под Shadow Memory, однако некоторые (Neat, ОРТ1495, S1S471) могут переносить ее за пределы первого мегабайта, присоединяя к расширенной памяти. Одни Chipset'bi могут переносить все свободные от Shadow участки, другие — только все 384 Кб целиком (в этом случае должны быть отключены все Shadow).

Кэш Cache (запас) обозначает быстродействующую буферную память между процессором и основной памятью. Кэш служит для частичной компенсации разницы в скорости процессора и основной памяти — туда попадают наиболее часто используемые данные. Когда процессор первый раз обращается к ячейке памяти, ее содержимое параллельно копируется в кэш, и в случае повторного обращения в скором времени может быть с гораздо большей скоростью выбрано из кэша. При записи в память значение попадает в кэш, и либо одновременно копируется в память (схема Write Through — прямая или сквозная запись), либо копи189

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер руется через некоторое время (схема Write Back — отложенная или обратная запись). При обратной записи, называемой также буферизованной сквозной записью, значение копируется в память в первом же свободном такте, а при отложенной (Delayed Write) — когда для помещения в кэш нового значения не оказывается свободной области; при этом и память вытесняются наименее используемая область кэша. Вторая схема более эффективна, но и более сложна за счет необходимости поддержания соответствия содержимого кэша и основной памяти. Под термином Write Back в основном понимается отложенная запись, однако это может означать и буферизованную сквозную. Память для кэша состоит из собственно области данных, разбитой на блоки (строки), которые являются элементарными единицами информации при работе кэша, и области признаков (tag), описывающей состояние строк (свободна, занята, помечена для «дозаписи»). В основном используются две схемы организации кэша: с прямым отображением (direct mapped), когда каждый адрес памяти может кэшироваться только одной строкой (в этом случае номер строки определяется младшими разрядами адреса), и n-связный ассоциативный (n-way associative), когда каждый адрес может кэшироваться несколькими строками. Ассоциативный кэш более сложен, однако позволяет более гибко кэшировать данные; наиболее распространены 4-связные системы кэширования.

Глава 2: Наводим порядок В наше нелегкое время процветания Windows принято вполне нормальным считать, что если компьютер «виснет», то виноват обязательно Билл Гейтс, которого вместо БГ сокращенно уже пора назвать КО. Также козлом отпущения может оказаться и узкоглазый производитель комплектующих, родной белорусский сборщик или, в конце концов, черт лысый. Устанавливая разнообразные платы, винчестеры, CD-ROM v bi, все обильно соединяется необходимым количеством проводов и шлейфов, запихивается, в буквальном смысле слова, в системный блок и крепко-накрепко завинчивается, в лучшем случае, четырьмя винтами. Никто даже и не думает о неудовлетворительном воздухообмене, которым грешат многие компьютеры белорусской сборки. При покупке вряд ли кто-нибудь заглянет внутрь или, лучше сказать, вряд ли ктонибудь покажет, что таится внутри системного блока. Наводить порядок начнем с самого простого — разберемся с многочисленными проводами и шлейфами. Для многих эта задача может показаться нудной и бесполезной, но игра стоит свеч. Сначала соберите и скрутите тонкие проводки индикации, разбросанные друг от друга, в один жгут. Их возможно скрепить в 23-х местах скотчем или очень удобными доисторическими наклейками, некогда защищавшими от записи 5,25-дюймовые дискеты. 4-х цветные кабели питания тоже лучше подкрутить, чтобы не свисали попусту. Далее следуют широкие EIDEшлейфы и шлейф дисковода. Тут все зависит от расположения соответствующих разъемов на материнской плате, мест крепления винчестера, дисковода и CDROM'a, а также от вашей фантазии. Два ElDE-шлейфа целесообразно соединить

190

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер вместе и развести только неподалеку от подключенных к ним устройств. Широкие шлейфы хорошо соединяются по всему периметру сечения большими наклейками от дискет или видеокассет. Дисководный же шлейф возможно сложить вдвое. Платы в ISA- и PCI-слотах старайтесь располагать так, чтобы между двумя соседними был свободный слот или большее пространство. То же самое возможно сказать о двух рядом стоящих винчестерах. Некоторые производители HDD даже рекомендуют располагать их детиша неподалеку от второго вентилятора, который возможно приобрести за дополнительную плату. Под его действием холодный воздух поступает внутрь системного блока, «освежая* все содержимое последнего. Об охлаждении главного виновника «зависаний» компьютера — процессоре — стоит написать поподробнее. К сожалению, не у всех материнских плат под процессором расположены датчики температуры, которые при чрезмерном нагреве подают звуковой сигнал через Speaker. Кататься же быстро любят все, о чем свидетельствует широкое распространение практики разгона процессоров до более высоких частот. Как говорится, любишь кататься — люби и саночки возить. Не жалейте зеленых бумажек и купите лучше высокий Cooler с вентилятором на шарикоподшипниках. Шумит он больше, зато сильным потоком воздуха охладит любой процессор до нормальной температуры. Неплохие модели предлагают Asustek и Асогр (известные производители материнских плат). Не забудьте снять резиновую прокладку, которая может находиться между радиатором и процессором. Она только ухудшает охлаждение. Также не мешает поискать теплопрогюдящую пасту, используемую в радиоэлектронной промышленности для охлаждения полупроводниковых приборов. Спросите ее у знакомых радиолюбителей, наверняка у них что-нибудь имеется. В случае, если таковых нет — обращайтесь на радиорынок. «Зачем нужна еще и паста?» — спросите вы. Из-за отсутствия идеальной гладкости сопрягающихся поверхностей между радиатором и процессором существуют небольшие воздушные прослойки. Они-то и не позволяют перегретому процессору отдавать всю накопленную тепловую энергию радиатору Cooler'a. Приобретенная вами паста заполнит эти воздушные полости. Не бойтесь наносить пасту на поверхность процессора, при надобности она легко удаляется слегка увлажненной ватой. Слой пасты должен быть минимальным, иначе при излишнем его количестве она будет функционировать как прослойка, а не заполнитель мелких воздушных полостей. Обеспечив максимально возможный воздухообмен, установив дополнительный вентилятор и заменив «слабенький» Cooler на «монстра» с большим радиатором, вы избавите себя от головной боли с приходом лета и жарких деньков.

Глава 3: Подавляем шум Люди, ежедневно работающие за персональным компьютером, со временем перестают обращать внимание на постоянный свист приводов CD-ROM. «хрюканье» жестких дисков, шум, вызванный вращением вентиляторов. Все эти посторонние звуки, даже не будучи замеченными, способны утомить и сделать че-

191

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер ловека раздражительным. В больших и многолюдных офисах шум работающего ПК едва ли будет заметен. Зато дома или в уединенном от подчиненных кабинете начальника этот шум играет основополагающую роль в создании звуковой атмосферы помещения. То, что надо бороться за тишину, известно всем, но время и компьютерная индустрия не стоят на месте. Современные процессоры требуют улучшенного воздухообмена, в результате их вентиляторы шумят больше. Современные высокоскоростные приводы CD-ROM не отстают и с невероятной скоростью и шумом вращают компакт-диски. Винчестеры хоть теперь стали шуметь меньше, чем более ранние модели, но совсем или почти бесшумного жесткого диска нет и, по всей видимости, в ближайшие годы не будет. Как бороться с шумом? Способов не очень много, эффективность у каждого своя. Поэтому наведение акустического порядка в ваших системных блоках предлагаю начать с самых занудливых источников шума.

Вентиляторы Этих устройств в корпусе системного блока, как минимум, два. Один — в блоке питания, второй — на радиаторе центрального процессора. Вентиляторы также могут располагаться на внутренней стороне передней панели корпуса системного блока, радиаторе 3D-акселератора и боксах для сменных HDD. Принцип работы и причины генерирования шума у всех одинаковы, Простейший способ уменьшения шума — понижение напряжения питания вентиляторов. Номинальным для большинства является 12 Вольт. Понизить его возможно до 7 или 5 Вольт. Сделать это несложно. Как известно, большинство дисковых накопителей ПК питаются двумя напряжениями — 12 и 5 вольт. Для «диетического» питания вентиляторов мы будем использовать четырехконтактный разъем, питающий винчестер. Итак, имеем четыре контакта и четыре разных провода. Желтый провод — 12 Вольт, красный — 5. Черный провод — это «земля» или общий (относительно его измеряется напряжение). Для обеспечения питания 5 вольт следует подсоединить, но лучше припаять контакты проводов вентилятора к контактам красного и черного проводов. Не бойтесь перепутать полярность. Почти все современные вентиляторы имеют защиту от подобных ошибок. В случае, если подключились неверно, вентилятор просто не будет вращаться. Хорошо изолируйте полученные соединения, дабы не замкнуть контакты между собой или, что еще хуже, «закоротить» на корпус. Вроде с пятью вольтами все ясно. Но такое понижение напряжения (почти на 60%) может оказаться критическим, то есть вентилятор будет очень медленно вращаться или вовсе остановится. Как же получить семь Вольт? Снова обратимся к четырехконтактному разъему. Никто не будет спорить, что 12-5 будет 7. Так и поступаем: подсоединяем один из проводов вентилятора к желтому проводу, а второй — не к черному (на общий), а к красному. Полученная разность потенпиалов составит как раз те семь вольт, которые вам необходимы. Непосредственное шумоподавление движущихся механических частей вентилятора имеет не меньшую эффективность. Рассмотрим этот метод на примере самого маленького, но чаще всего самого шумного — вентилятора, расположенного на радиаторе центрального процессора. Этот «трудяга» обеспечивает охлаждение наиважнейшего элемента ПК, поэтому понижение частоты его вращения за счет подачи меньшего, чем 12 Вольт, напряжения питания — самое не-

192

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер желательное действие по отношению к обеспечению стабильной работы всей системы. Хотя, если радиатор, на котором расположен этот вентилятор, имеет достаточно внушительные размеры и вы не увлекаетесь разгоном CPU, все же возможно понизить напряжение до 7 Вольт, а для вентиляторов на шарикоподшипниках — до 5. Давайте разберемся, почему может шуметь этот вентилятор. Основных причин три: • • •

Прогон большого количества воздуха сквозь игольчатую поверхность радиатора. Некачественный или изношенный механизм. Засорение пылью.

В случае, если с первой причиной ничего нельзя поделать, то с двумя остальными несложно разобраться. Въевшуюся пыль возможно удалить намотанной на спичку ваткой, пропитанной спиртом. С механикой — сложнее. Придется приобрести в хозяйственном магазине жидкое машинное масло и капнуть не более одной капли его на вал вентилятора. Для этого необходимо открутить четыре крепежных винта CPU Coller'a и, перевернув вентилятор обратной стороной, временно удалить круглую наклейку. Под ней будет находиться тот самый вал вентилятора, на который необходимо капнуть масло, После смазывания не спешите прикреплять наклейку на место и прикручивать вентилятор к радиатору. Необходимо дать маслу проникнуть ко всем движущимся соприкасающимся поверхностям. Пусть вентилятор поработает в свежесмазанном перевернутом состоянии. Это возможно сделать, включив ПК на 2-3 минуты, но не более, так как процессор перегреется. Когда излишки масла будут втянуты вращающимся валом внутрь, возможно возвращать наклейку на место, а вентилятор прикрутить к радиатору.

Блок питания Хотя вентилятор блока питания по размерам значительно больше вентилятора CPU Cooler'a, шумит он, как правило, меньше. Описанные выше методы смазки и понижения напряжения подходят также и для него. Для выполнении описанных ниже операций с блоком питания вам придется удалить гарантийный стикер или пломбу. Поэтому, если у вас все еще действует гарантия на системный блок, от вскрытия блока питания лучше воздержаться. Остальным же порекомендую приготовить пылесос и, развинтив блок питания, перво-наперво высосать скопившиеся комки пыли. Затем возможно заняться вентилятором, вернее защитной решеткой, которая, препятствуя прохождению воздуха, создает шум. В некоторых блоках питания эта решетка отдельно привинчивается к корпусу. Тогда, отвинтив четыре винта, возможно ее отсоединить. С большей частью остальных блоков п и т а н и я придется поработать надфилем, ведь в них защитная решетка и корпус блока питания — единое целое. Задача не так проста: нужно извлечь блок питания из корпуса системного блока. Затем, вскрыв корпус блока питания достать вентилятор и плату, а уж только потом аккуратно по кругу в ы п и л и т ь надфилем решетку. Главное — после удаления решетки хорошенько очистить корпус блока питания от металлических опилок. Они могут замкнуть любую цепь и тогда уж точно беды не миновать. Лучше вымойте корпус 193 7-410

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер шеткой под водой, а затем высушите и верните его на свое место в системном блоке, предварительно установив R него все его содержимое (плату и вентилятор).

Жесткие диски Треск «скачущих» по дорожкам дисков винчестера головок — один из самых неприятных шумов ПК. Имея в наличии один свободный отсек для пятидюймового устройства, возможно приглушить подобный шум, используя поролоновые прокладки. Винчестер в таком случае перестает контактировать с корпусом системного блока, и вся вибрация поглощается поролоном. Отсутствие какого-нибудь крепления требует использования прокладок с четырех сторон. Но при этом не забывайте, что винчестеру необходим доступ сьежего воздуха, поэтому жесткий диск не следует «упаковывать» спереди и сзади, а сверху достаточно л и ш ь использовать узкую полоску поролона только для полной фиксации. Конечно, такой метод звукоизоляции накладывает свои ограничения на транспортировку системного блока. Так что, если вы собрались перевозить свой ПК на новое место, временно прикрутите его винтами к одной из стенок.

Высокоскоростные приводы CD-ROM Скорости вращения носителей и современных приводах CD-ROM уже достаточно высоки, чтобы возможно было определенно говорить о невозможности работы при постоянном вращении компакт-диска. Шум, создаваемый приводом CD-ROM, способен заглушить все остальные источники вашего акустического недовольства. Что возможно сделать? Владельцы приводов iNFRA от компании Creative Labs, уже нашли выход. В их распоряжение предоставлена кнопка на передней панели привода, которая позволяет в два раза понижать скорость вращения диска. Шум в таком случае практически исчезает, Для тех, кто приобрел какой-либо другой привод, такой возможности не предоставляется, поэтому им остается надеяться только на программную реализацию подобной функции. Что это значит? А то, что для всех приводов CD-ROM возможно будет устанавливать максимальную рабочую скорость, тем самым придерживать «излишнюю прыть» современных приводов. Двалцатичетырехскорсетной привод возможно будет заставить бесшумно работать на 12-й, 6-й, 2-й или даже 1-й скорости. Ваш привод не превратится из двадцатичетырехскоростного в шестискоростной. так как в этом случае при уменьшении значение максимальной скорости вращения диска в три раза, время перемещения луча от дорожки к дорожке увеличится не в три раза, а всего на десять-двадцать процентов. Что мы имеем на практике? Для приобретения возможности программного регулирования скорости вращения диска необходимо всего лишь установить драйверы CeQuadrat PacketCD версии 3.00.169. Помимо своей основной задачи — обеспечения считывания компакт-дисков, записанных в стандарте OSTA UDF, PacketCD создает в свойствах всех подключенных приводов CD-ROM дополнительные закладки «Device», в которых возможно выбирать необходимую скорость. Описанную версию CeQuadrat PacketCD возможно найти по адресу: www.kv. minsk. by/has/.

194

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер Проведя описанный выше комплекс шумоподавляюших работ, вы вернете первозданную тишину своему помещению. И не удивляйтесь, когда ваши знакомые начнут спрашивать: «А почему у тебя компьютер так тихо работает?» Я, к примеру, уже просто устал отвечать на подобные вопросы.

Глава 4: Настраиваем BIOS BIOS — это базовая система ввода-вывода, включающая в себя набор подпрограмм, записанных в ПЗУ компьютера. Кроме обслуживания обращений к различным устройствам и проведения начальной диагностики (процедура POST). BIOS также занимается инициализацией всех устройств компьютера, занося в их регистры определенные значения. Очевидно, что от того, как именно настроит BIOS то или иное устройство, зависит быстродействие и стабильность всей системы в целом. Программа Setup, доступ к которой возможно получить, нажав DEL (или F2) при загрузке, как раз и позволяет изменять те значения, которые загружаются в регистры различных устройств, прежде всего чипсета материнской платы. Кстати, хранятся они в памяти, питаемой от батарейки, а память эту называют CMOS (Complimentary Metal-Oxide-Semiconductor, потребляющая небольшую мощность в статическом режиме логика). Если BIOS Setup позволяет настраивать систему, то интерес к его опциям неизменно проявляется у многих владельцев компьютеров. Конечно, возможно спокойно применить к ним «метод тыка» и добиться при этом хорошего результата. Но гораздо лучше знать, что именно затрагивает та или иная опция и производить «твикинг» целенаправленно.

Настраиваем память Прежде чем начинать описание опций BIOS, затрагивающих работу памяти (обычно они находятся в Advanced Chipset Setup), нужно хотя бы приблизительно разобраться, как именно происходит к ней доступ. Как известно, у современного компьютера память подключена к системному контроллеру (точнее, к контроллеру памяти) с помощью 64-разрядной шины. По этой шине перелаются как адреса, так и данные. Физический адрес определенной ячейки памяти содержит в себе адреса строки (Row) и столбца (Column) в запоминающем массиве. Сигнал RAS (Row Access Strobe) сигнализирует о том, что в данном такте выбирается определенная строка, сигнал CAS (Column Access Strobe) — столбец, а точнее, элемент (слово) из строки. После этого данные в виде пакета (нескольких последовательных слов) выдаются на шину. Кроме того, современные микросхемы памяти содержат в себе несколько независимых банков. Работа с банком начинается с его активации (открытия) и заканчивается закрытием, после чего данные в нем обновляются (перезаряжаются ячейки динамической памяти, содержимое которых имеет свойство быстро обнуляться). Итак, работа с памятью происходит по следующему атгоритму: •

активируется банк подачей сигнала RAS;

•

происходит задержка, пока данные поступают из выбранной строки банка в усилитель (задержка RAS-to-CAS);

195

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер подается сигнал CAS на выборку первого слова из строки; данные поступают на шину, при этом происходит задержка (CAS Latency); •

следующее слово выдается уже без задержки, так как оно содержится в подготовленной строке; когда цикл выборки пакета из четырех слов завершен и больше нет обращений к этой строке, происходит закрытие банка; данные возвращаются в ячейки (задержка RAS Precharge).

Важно понимать, что уже открытый банк не требует задержек на активацию, а доступ к данным в нем требует только одну задержку — CAS Latency. Поэтому именно она оказывает наибольшее влияние на производительность подсистемы памяти. Также стоит обратить внимание на тот факт, что банки памяти могут открываться и закрываться независимо друг от друга, что позволяет работать с одним из них тогда, когда другой занят перезарядкой.

SDRAM Cycle Length (CAS Latency, CAS Delay) Число тактов, требуемых для выдачи данных на шину после поступления сигнала CAS. Самый важный параметр, влияющий на производительность. В случае, если память позволяет, нужно выставлять значение 2.

RAS-to-CAS Delay (Trcd) Число тактов, необходимых для поступления строки данных в усилитель. Тоже оказывает влияние на производительность. Значение 2 предпочтительнее и подходит в большинстве случаев.

SDRAM RAS Precharge Time (TRP) Время перезарядки ячеек памяти после закрытия банка. Обычно используется значение 2, хотя чипсеты VIA позволяют установить 3.

SDRAM RAS Time (TRAS) Время, в течение которого банк остается открытым и не требует обновления (перезарядки). Как правило, такой отдельной опции нет, она комбинируется с последующей.

SDRAM Cycle Time (TRC, ТНАЗДРС) Время (в тактах), требуемое на полный такт доступа к банку, начиная с открытия и заканчивая закрытием. Обычно задается вместе с параметром TRAS. TRC=TRAS+TRP. Чипсет i815 позволяет устанавливать TRAS/TRC в значения 5/7 и 7/9, чипсеты VIA Apollo и КТ - 5/7, 5/8, 6/8, 6/9, изменяя при этом время TRP. Современная память со временем цикла 50 не и частотой 133 МГц (маркировка 7.5 не) позволяет работать в режиме 5/7.

SDRAM Idle Cycle Иногда встречается и такая опция. Она устанавливает время простаивания банка памяти, не занятого обменом данными. Изменять значение по умолчанию не имеет смысла. 196

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер

RAS Precharge Control (Page Closing Policy) Управляет процедурой закрытия банков памяти. В случае, если установлено значение Disabled (Precharge All), то контроллер памяти закрывает сразу все открытые банки памяти при попытке доступа за пределы текущего банка. При необходимости доступа к следующему банку нужно его открыть. В случае, если же поставить Enabled (Precharge Bank), то все банки остаются открытыми до тех пор, пока не потребуется перезарядка их ячеек. Тем самым возможно выполнять доступ к нескольким банкам без ожидания их закрытия и последующей активации, что существенно ускоряет работу при чтении больших блоков данных, но замедляет - при активном использовании процессорного кэша (банк приходится закрывать в самый неподходящий момент).

Bank Interleaving То же самое, но с другой стороны. Включение этого режима позволяет работать с банками по очереди, то есть получать данные из одного в то время, когда другие заняты. Причем выбор значения 2-Way позволяет чередовать пару банков, а 4-Way — четыре банка (они есть у большинства микросхем DlMM-модулей), а это, конечно, выгоднее.

Bank X/Y DRAM Timing Очень «хитрая» опция, часто встречающаяся в BIOS Setup материнских плат на чипсетах VIA. Список значений этой опции - 8/10/Normal/Fast/Turbo. Какой именно смысл скрывается за всем этим? Какие именно параметры работы контроллера памяти изменяет эта опция? Этот вопрос был прояснен с помощью утилиты WPCRED1T, которая получает доступ к регистрам чипсета. После обследования нескольких материнских плат была составлена такая таблица: Значение опции |Tras .Trp iRAS-to-CAS iBank Interleaving SDRAM 8-10П5

{бТ

|ЗТ 3T

JDisabled

Not-mal

^т

'-?т ;1T ^т

|4 way {Disabled

Medium

Очевидно, что наибольшая производительность будет достигнута при значении Normal; Turbo отключает чередование банков и устанавливает меньшие значения задержек RCD и Precharge, а все остальные вообще ничем не отличаются. Впрочем, известно, что на платах ASUS эта опция переделана — там Turbo дает минимальные задержки, a Normal — максимальные. Выяснить, изменил ли производитель материнской платы эти опции AwardBIOS, возможно либо с помощью тестов (хорошо подойдет Sandra Memory Bandwidth test), либо с помощью уже упомянутой утилиты WPCREDIT.

DRAM Clock Чипсеты VIA, а также Intel 1810/1815 и модификации допускают псевдоасинхронную работу шины памяти и процессорной шины (FSB — Front Side Bus). Данная опция у чипсетов VIA имеет значения Host CLK, CLK+33 и CLK-33 (не все присутствуют), что подается как возможность повышать или понижать часто197

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер ту памяти относительно процессорной шины на 33 МГц. На самом деле частота не суммируется, просто используется другой множитель относительно частоты шины PCI, которая всегда равна 33 МГц. Например, при FSB= 100 (РС1хЗ) память может работать на частоте 66 (РС1х2) или 133 (РС1х4). В случае, если память позволяет, частоту нужно увеличивать - ставить CLK+33. Для чипсетов Intel есть возможность выбрать либо частоту 100. либо — 133 МГц. Последняя возможна только в том случае, если и процессор работает на шине 133 МГц. И кроме того, 1810/1815 не позволяет использовать три модуля памяти на частоте 133 МГц.

Memory Timing by SPD Как известно, SPD (Serial Presence Detection) — механизм получения информации о характеристиках модуля D I M M . В небольшой EEPROM-микросхеме хранятся CAS Latency, RAS-to-CAS и множество других параметров. В случае, если эту опцию включить, то BIOS при загрузке автоматически сконфигурирует контроллер памяти, установив наилучший допустимый режим работы, поставит и CAS Latency, и Bank Interleaving, и даже частоту работы памяти. Пользователю уже не нужно беспокоиться о выборе правильных настроек. Однако не во всех случаях SPD дает положительный эффект. Во-первых, недобросовестные производители памяти могут «зашить» в ППЗУ завышенные значения, и память будет сбоить. Во-вторых, при проблемах с чтением SPD все настройки памяти будут выставлены по минимуму. Поэтому включать данную опцию нужно с осторожностью, будучи уверенным, что микросхемы SPD всех модулей памяти исправны.

Memory Hole at 15-16M Эта опция изначально предназначена для устранения проблемы несовместимости со старыми ISA-устройствами. Некоторые из них требовали монопольного выделения диапазона адресов п пределах 16-го мегабайта. Сейчас такие устройства найти нелегко, поэтому Memory Hole возможно было бы смело считать анахронизмом. В случае, если бы не один непонятный побочный эффект; часто включение этой опции помогает решить проблему нестабильной работы чипсетов VIA со звуковыми картами Creative и Aureal. Видимо, при этом происходит перераспределение выделяемых устройствам адресов. Правда, возможно потерять доступ к памяти за пределами 16 Мб, особенно в Linux, если не принять специальных мер. Но если у вас никаких проблем не наблюдается, то и не включайте эту опцию.

In Order Queue Эта опция затрагивает только некоторые чипсеты VIA. У них имеется четырехступенчатый конвейерный буфер, предназначенный для обслуживания операций чтения данных из памяти. Конечно, лучше включить все ступени (4 level) и получить дополнительные 5-10% производительности. PCI-to-DRAM Prefetch Когда PCI-устройство, работая в режиме захвата шины (Bus Mastering), выполняет обращение к памяти, во внутренний буфер контроллера поступает один

198

Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер байт с заданным адресом. Но если включить эту опцию, в буфер будут считаны несколько последующих байтов, поэтому следующий запрос PCI-устройства будет выполнен без обращения к памяти. Для звуковых карт и FireWire-контроллеров она особенно важна.

Read Around Write Как известно, большинство (до 90%) запросов к памяти связаны с чтением данных, а не с записью. Тем не менее, запись в память необходима, однако шина не позволяет производить обе операции одновременно, Поэтому при необходимости записи хотя бы одного байта любой процесс чтения будет прерван. Для того, чтобы этого не случалось, существует «Read Around Write»-6yш капитал еше отсутствует, заставляет считаться с характерными особенностями таких предприятий. Это, во-первых, «кочевой» образ жизни центрального офиса, филиалов и складов компании, во-вторых, ее непрерывное развитие и, в-третьих, ограниченность финансовых средств для решения перечисленных выше задач. Именно поэтому беспроводные технологии являются единственным и весьма популярным инструментом, позволяющим быстро и дешево строить, переносить и масштабировать вычислительную сеть компании. Что же нового приобретает компания, избравшая беспроводный доступ в качестве основного пути развития своей сети?

366

Часть десятая. Модернизация локальных сетей

Подключение к центральному офису филиала или склада Большинство торговых компаний сталкиваются с проблемой оперативного обмена данными между своими подразделениями. Наиболее типична ситуация, когда филиалы компании разбросаны по городу, а склад находится за его чертой. Расстояние между точками может достигать 10-20 км. Решить проблему помогает оборудование радио-Ethernet серии RangeLAN2 фирмы Proxim (США), с помошью которого все удаленные точки объединяются в единую ЛВС. При этом в полном объеме реализуется доступ сотрудников филиала и склада ко всем ресурсам сети: серверу баз данных, файл-серверу, сетевым принтерам. В центральном офисе и филиале располагаются точки доступа Ethernet RL2 7520, которые подключаются либо прямо к ЛВС, л ибо через маршрутизатор. Удаленная рабочая станция склада снабжена ISA-радиоадаптером RL2 7100 и подключается к ЛВС центрального офиса через дуплексный ретранслятор RL2 7540. При таком подключении связь между складом и центральным офисом происходит без потери скорости передачи данных.

Поддержка мобильных абонентов сети внутри помещения и на ограниченной территории Оборудование Proxim, благодаря развитым функциям роуминга, позволяет легко осуществить удаленный доступ перемещающихся абонентов к ресурсам территориально распределенной ЛВС. Например, врач, совершая обход больных по территории больницы, при помощи ноутбука с радиокартой RL2 7400 получает оперативный доступ к истории болезни пациента. Сотрудник фирмы, имея ручной компьютер с установленной радиокартой RL2 7410 и переходя из одного помещения в другое, также является полноправным пользователем распределенной сети офиса. Чрезвычайно облегчается труд работников складских помещений и крупных магазинов. Применение портативных компьютеров (например. Dolphin RF) с радиоинтерфейсом позволяет полностью автоматизировать учет продукции, Если количество таких компьютеров невелико, то возможна их работа непосредственно с главным сервером сети, что снижает стоимость системы беспроводного сбора данных. При значительном количестве портативных компьютеров (более 10) сеть дополняется терминальным сервером. Возможен вариант беспроводной сети типа peer-to-peer, когда абоненты могут связываться друг с другом непосредственно по радио. Такая конфигурация особенно актуальна, когда необходимо оперативно развернуть временную сеть, например, на выставке для демонстрации сетевых приложений, при обследовании строительных объектов, в игорном бизнесе. В этом случае один из узлов сети назначается мастером и является концентратором сети, подобно концентратору Ethernet. Остальные узлы назначаются станциями и автоматически синхронизируются по радио с узлом-маете ром.

Подключение к провайдеру услуг Интернет Кроме очевидного решения типа построения радиоканала Ethernet можно применить оригинальную схему подключения небольшой группы пользователей к точке присутствия провайдера с использованием семейства беспроводного оборудования Symphony. Все пользователи работают в радиосети, центром которой является беспроводный телефонный модем 4500-05. Молем имеет интерфейс с те-

367

Часть десятая. Модернизация локальных сетей лефонной линией и обеспечивает по ней связь с провайдером со скоростью 56 кбит/с в соответствии со спецификацией V.90. Компьютеры пользователей снабжены радиокартами с интерфейсами ISA, PCI или PCMCIA в зависимости от типа компьютера. Таким образом, все пользователи сети имеют доступ в Интернет по одному аккаунту провайдера.

368

Вопросы и ответы

Вопросы и ответы Системные платы Как описать системную плату Прежде всего — привести ее фирменное название. В случае, если его нет — привести надписи на плате, которые могут быть похожи на название. Описать основные признаки платы (под какой процессор, какие шины, сколько разъемов каждой шины, сколько каких разъемов под кэш/память, что написано на больших микросхемах). В случае, если плата не имеет фирменного названия, имеет смысл привести строку идентификации BIOS, которая выводится при перезагрузке внизу экрана, и тип самого BIOS (AMI, AWARD, Phoenix, Acer). Чем больше информации — тем выше вероятность верного опознания платы другими и получения ответов на заданные вопросы.

Chipset Chip Set — набор микросхем. Это одна или несколько микросхем, специально разработанных для «обвязки» микропроцессора. Они содержат в себе контроллеры прерываний, прямого доступа к памяти, таймеры, систему управления памятью и шиной — все те компоненты, которые в оригинальной IBM PC были собраны на отдельных микросхемах. Обычно в одну из микросхем набора входят также часы реального времени с CMOS-памятью и иногда — клавиатурный контроллер, однако эти блоки могут присутствовать и в виде отдельных чипов. В последних разработках в состав микросхем наборов для интегрированных плат стали включаться и контроллеры внешних устройств. Внешне микросхемы Chipset'a выглядят, как самые большие после процессора, с количеством выводов от нескольких десятков до нескольких сотен. Название набора обычно происходит от маркировки основной микросхемы OPTi495SLC, SJS471, UMC491, 182C437VX. При этом используется только код микросхемы внутри серии: к примеру, полное наименование SiS471 — SSS85C471. Последние разработки используют и собственные имена; в ряде случаев это фирменное название (Neptun, Mercury, Triton. Viper), либо собственная маркировка чипов третьих фирм (ExpertChip, PC Chips). Тип набора в основном определяет функциональные возможности платы: типы поддерживаемых процессоров, структура/объем кэша, возможные сочетания типов и объемов модулей памяти, поддержка режимов энергосбережения, возможность программной настройки параметров. На одном и том же наборе может выпускаться несколько моделей системных плат, от простейших до довольно сложных с интегрированными контроллерами портов, дисков, видео.

IRQ и DMA IRQ (Interrupt ReQuest — запрос прерывания) — сигнал от одного из узлов компьютера, требующий внимания процессора к этом узлу. Возникает при на369

Вопросы и ответы ступлении какого-либо событии (к примеру, нажатии клавиши, завершении операции чтения/записи на диске). На PC AT предусмотрено 15 (на XT — 8) линий IRQ, часть которых используется внутренними контроллерами системной платы, а остальные заняты стандартными адаптерами либо не используются: •

0 — системный таймер I — контроллер клавиатуры

•

2 — сигнал возврата по кадру (EGA/VGA), на AT соединен с IRQ 9

•

3 - обычно СОМ2/СОМ4

«

4 - обычно СОМ1/СОМЗ

•

5 — контроллер HDD (XT), обычно свободен на AT 6 — контроллер FDD

•

7 — LPT1, многими LPT-контроллерами не используется

•

8 — часы реального времени с автономным питанием (RTC) 9 — параллельна IRQ 2

•

10 — не используется

•

11 — не используется

•

12 — обычно контроллер мыши типа PS/2

•

13 — математический сопроцессор 14 — обычно контроллер IDE HDD (первый канал)

•

15 — обычно контроллер IDE HDD (второй канал)

На AT и всех современных платах сигнал IRq 2 схемно поступает на вход, соответствующий IRq 9 и вызывает запуск обработчика прерываний, связанного с IRq 9, который программно эмулирует прерывание по IRq 2. Таким образом. программы, работающие с IRq 9, будут работать всегда, а использующие IRq 2 — могут не работать, если не установлен правильный обработчик TRq 9. В современных системах IRq 5 традиционно используется звуковыми адаптерами, 9 —музыкальными (интерфейс MIDI), IRq 10 и выше делятся между адаптерами ISA и PCI. DMA (Direct Memory Access — прямой доступ к памяти) — способ обмена данными между внешним устройством и памятью без участия процессора, что может заметно снизить нагрузку на процессор и повысить общую производительность системы. Режим DMA позволяет освободить процессор от рутинной пересылки данных между внешними устройствами и памятью, отдав эту работу контроллеру DMA; процессор в это время может обрабатывать другие данные или другую задачу в многозадачной системе. На PC AT есть 7 (на XT — 4) независимых каналов контроллера DMA: •

0 — регенерация памяти на некоторых платах

•

1 — не используется

•

2 — контроллер FDD 3 — контроллер HDD на XT, на AT не используется 370

Вопросы и ответы 5 — не используется •

6 — не используется

•

7 — не используется

Каналы 0-3 — восьмиразрядные, каналы 5-7 — шестнадцатиразрядные. В современных системах DMA 0/1 обычно используется звуковыми анаптерами, 3 — параллельным портом в режиме ЕСР. DMA 5 используется серией звуковых адаптеров Sound Blaster 16 (SB16, Vibral6, AWE32, SB32, AWE64) и совместимых с ними (микросхемы CMI8330, Avance Logic ALS100 и старше). С учетом этого, новые адаптеры следует настраивать прежде всего на полностью свободные каналы IRQ (10, 11) и DMA (1, 5-7). а затем — на свободные в конкретной системе (к примеру, IRQ 5 или 12, DMA 3). Возможность использования одного IRQ несколькими адаптерами зависит от типа шины и требует поддержки со стороны драйверов этих адаптеров. Использование разными адаптерами одного канала DMA в принципе возможно, но связано со множеством проблем и потому не рекомендуется,

BIOS и зачем он нужен Это Basic Input/Output System — основная система ввода/вывода, зашитая в ПЗУ (отсюда название ROM BIOS). Она представляет собой набор программ проверки и обслуживания аппаратуры компьютера, и выполняет роль посредника между DOS и аппаратурой. BIOS получает управление при включении и сбросе системной платы, тестирует саму плату и основные блоки компьютера — видеоадаптер, клавиатуру, контроллеры дисков и портов ввода/вывода, настраивает Chipset платы и загружает внешнюю операционную систему. При работе под DOS/Windows BIOS управляет основными устройствами, при работе под OS/2, UNIX, Windown-9x/NT/2000 BIOS практически не используется, выполняя лишь начальную проверку и настройку. Обычно на системной плате установлено только ПЗУ с системным (Main, System) BIOS, отвечающим за саму плату и контроллеры FDD, HDD, портов и клавиатуры; в системный BIOS практически всегда входит System Setup — проi-рамма настройки системы. Видеоадаптеры и контроллеры HDD с интерфейсом ST-506 (MFM) и SCSI имеют собственные BIOS в отдельных ПЗУ; их также могут иметь и другие платы — интеллектуальные контроллеры дисков и портов, сетевые карты. Обычно BIOS для современных системных плат разрабатывается одной из специализирующихся на этом фирм — Award Software, American Megatrends Inc. (AMI), реже — Phoenix Technology, Microid Research; в данное время наиболее популярен Award BIOS 4,5IG. Некоторые производители плат (к примеру, IBM, Intel, Acer) сами разрабатывают ВЮ5'ы для них. Иногда для одной и той же платы имеются версии BIOS от разных производителей — в этом случае допускается копировать прошивки или заменять микросхемы ПЗУ; в общем же случае каждая версия BIOS привязана к конкретной модели платы. Раньше BIOS зашивался в однократно программируемые ПЗУ либо в П ЗУ с ультрафиолетовым стиранием; сейчас в основном выпускаются платы с электрически перепрограммируемыми ПЗУ (Flash ROM), которые допускают пере-

371

Вопросы и ответы шивку BIOS средствами самой платы. Это позволяет исправлять заводские ошибки в BIOS, изменять заводские умолчания, программировать собственные экранные заставки. Тип микросхемы ПЗУ обычно возможно определить по маркировке: 27кххх — обычное ПЗУ, 28хххх или 29хххх — flash. В случае, если на корпусе микросхемы 27хххх есть прозрачное окно — это ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием, которое возможно -«перешить» программатором; если окна нет — это однократно программируемое ПЗУ, которое в общем случае возможно лишь заменить на другое.

Bus Mastering Bus Mastering — это способность внешнего устройства самостоятельно, без участия процессора, управлять шиной (пересылать данные, выдавать команды и сигналы управления). На время обмена устройство захватывает шину и становится главным, или ведущим (master) устройством. Такой подход обычно используется для освобождения процессора от операций пересылки команд и/или данных между двумя устройствами на одной шине. Частным случаем Bus Mastering является режим DMA, который осуществляет только внепроиессорную пересылку данных; в классической архитектуре PC этим занимается контроллер DMA, обший для всех устройств. Каждое же Bus Mastering-устройство имеет собственный подобный контроллер, что позволяет избавиться от проблем с распределением DMA-каналов и преодолеть ограничения стандартного DM А-контроллера (16разрядность, способность адресовать только первые 16 Мб ОЗУ, низкое быстродействие).

Отличие шин XT-Bus, ISA, EISA, VLB, PCI, PCMCIA и MCA XT-Bus — шина архитектуры XT — первая в семействе IBM PC. Относительно проста, поддерживает обмен 8-разрядными данными внутри 20-разрядного (1 Мб) адресного пространства (обозначается как «разрядность 8/20»), работает на частоте 4.77 МГц. Совместное использование линий IRQ в общем случае невозможно. Конструктивно оформлена в 62-контактных разъемах, ISA (Industry Standard Architecture — архитектура промышленного стандарта) — основная шина на компьютерах типа PC AT (другое название — AT-Bus). Является расширением XT-Bus, разрядность — 16/24 (16 Мб), тактовая частота — 8 МГц, предельная пропускная способность — 5.55 Мб/с. Разделение IRQ также невозможно. Возможна нестандартная организация Bus Mastering, но для этого нужен запрограммированный 16-разрядный канал DMA. Конструктив — 62-контактный разъем XT-Bus с прилегающим к нему 36-контактным разъемом расширения, EISA (Enhanced ISA — расширенная ISA) — функциональное и конструктивное расширение ISA. Внешне разъемы имеют такой же вид, как и ISA, и в них могут вставляться платы ISA, но в глубине разъема находятся дополнительные ряды контактов EISA, а платы EISA имеют более высокую ножевую часть разъема с дополнительными рядами контактов. Разрядность — 32/32 (адресное пространство — 4 Гб), работает также на частоте 8 МГц. Предельная пропускная способность — 32 Мб/с. Поддерживает Bus Mastering — режим управления шиной со стороны

372

Вопросы и ответы любого из устройств на шине, имеет систему арбитража для управления доступом устройств у шине, позволяет автоматически настраивать параметры устройств, возможно разделение каналов IRQ и DMA. MCA (Micro Channel Architecture — микроканальная архитектура) — шина компьютеров PS/2 фирмы IBM. He совместима ни с одной другой, разрядность — 32/32, (базовая — 8/24, остальные — в качестве расширений). Поддерживает Bus Mastering, имеет арбитраж и автоматическую конфигурацию, синхронная (жестко фиксирована длительность цикла обмена), предельная пропускная способность — 40 Мб/с. Конструктив — одно-трехсекционный разъем (такой же, как у VLB). Первая, основная, секция — 8-разрядная (90 контактов), вторая — 16-разрядное расширение (22 контакта), третья — 32-разрядное расширение (52 контакта). В основной секции предусмотрены линии для передачи звуковых сигналов. Дополнительно рядом с одним из разъемов может устанавливаться разъем видеорасширения (20 контактов). EISA и МСА во многом параллельны, появление EISA было обусловлено собственностью IBM на архитектуру МСА. VLB (VESA Local Bus — локальная шина стандарта VESA) — 32-разрядное дополнение к шине ISA. Конструктивно представляет собой дополнительный разъем (116-контактный, как у МСА) при разъеме ISA. Разрядность — 32/32, тактовая частота — 25,.50 МГц, предельная скорость обмена — 130 Мб/с. Электрически выполнена в виде расширения локальной шины процессора — большинство входных и выходных сигналов процессора передаются непосредственно VLB-платам без промежуточной буферизации, Из-за этого возрастает нагрузка на выходные каскады процессора, ухудшается качество сигналов на локальной шине и снижается надежность обмена по ней. Поэтому VLB имеет жесткое ограничение на количество устанавливаемых устройств: при 33 МГц — три, 40 МГц — два, и при 50 МГц — одно, причем желательно — интегрированное в системную плату. PCI (Peripheral Component Interconnect — соединение внешних компонент) — развитие VLB в сторону EISA/MCA. He совместима ни с какими другими, разрядность —• 32/32 (расширенный вариант — 64/64). тактовая частота — до 33 МГц (PCI 2.1 — до 66 МГц), пропускная способность — до 132 Мб/с (264 Мб/с для 32/32 на 66 МГц и 528 Мб/с для 64/64 на 66 МГц), поддержка Bus Mastering и автоконфигурации. Количество разъемов шины на одном сегменте ограничено четырьмя. Сегментов может быть несколько, они соединяются друг с другом посредством мостов (bridge). Сегменты могут объединяться в различные топологии (дерево, звезда). Самая популярная шина в настоящее время, используется также на других компьютерах. Разъем похожа на MCA/VLB, но чуть длиннее (124 контакта). 64-разрядный разъем имеет дополнительную 64-контактную секцию с собственным ключом. Все разъемы и карты к ним делятся на поддерживающие уровни сигналов 5 В, 3.3 В и универсальные; первые два типа должны соответствовать друг другу, универсальные карты ставятся в любой разъем. Существует также расширение MediaBus, введенное фирмой ASUSTek дополнительный разъем содержит сигналы шины ISA. PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association — ассоциация производителей плат памяти для персональных компьютеров) — внешняя шина компьютеров класса NoteBook. Другое название модуля PCMCIA — PC Card, Предельно проста, разрядность — 16/26 (адресное пространство — 64 Мб), поддерживает автоконфигурацию, возможно подключение и отключение уст-

373

Вопросы и ответы ройств в процессе работы компьютера. Конструктив — миниатюрный 68-контактный разъем. Контакты питания сделаны более длинными, что позволяет вставлять и вынимать карту при включенном питании компьютера.

Типы микросхем памяти, использующиеся в системных платах Из микросхем памяти {RAM — Random Access Memory, память с произвольным доступом) используется два основных типа: статическая (SRAM — Static RAM) и динамическая (DRAM — Dynamic RAM), В статической памяти элементы (ячейки) построены на различных вариантах триггеров — схем с двумя устойчивыми состояниями. После записи бита в такую ячейку она может пребывать в этом состоянии столь угодно долго — необходимо только наличие питания. При обращении к микросхеме статической памяти на нее подается полный адрес, который при помощи внутреннего дешифратора преобразуется в сигналы выборки конкретных ячеек. Ячейки статической памяти имеют малое время срабатывания (единицы-десятки наносекунд), однако микросхемы на их основе имеют низкую удельную плотность данных (порядка единиц Мбит на корпус) и высокое энергопотребление. Поэтому статическая память используется в основном в качестве буферной (кэш-память). В динамической памяти ячейки построены на основе областей с накоплением зарядов, занимающих гораздо меньшую площадь, нежели триггеры, и практически не потребляющих энергии при хранении. При записи бита в такую ячейку в ней формируется электрический заряд, который сохраняется в течение нескольких миллисекунд: для постоянного сохранения заряда ячейки необходимо регенерировать — перезаписывать содержимое для восстановления зарядов. Ячейки микросхем динамической памяти организованы в виде прямоугольной (обычно — квадратной) матрицы; при обращении к микросхеме на ее входы вначале подается адрес строки матрицы, сопровождаемый сигналом RAS (Row Address Strobe — строб адреса строки), затем, через некоторое время — адрес столбца, сопровождаемый сигналом CAS (Column Address Strobe — строб адреса столбца). При каждом обращении к ячейке регенерируют все ячейки выбранной строки, поэтому для полной регенерации матрицы достаточно перебрать адреса строк. Ячейки динамической памяти имеют большее время срабатывания (десятки-сотни наносекунд), но большую удельную плотность (порядка десятков Мбит на корпус) и меньшее энергопотребление. Динамическая память используется в качестве основной. Обычные виды SRAM и DRAM называют также асинхронными — потому, что установка адреса, подача управляющих сигналов и чтение/запись данных могут выполняться в произвольные моменты времени — необходимо только соблюдение временных соотношений между этими сигналами. В эти временные соотношения включены так называемые охранные интервалы, необходимые для стабилизации сигналов, которые не позволяют достичь теоретически возможного быстродействия памяти. Существуют также синхронные виды памяти, получающие внешний синхросигнал, к импульсам которого жестко привязаны моменты подачи адресов и обмена данными; помимо экономии времени на охранных интервалах, они позволяют более полно использовать внутреннюю конвейеризацию и блочный доступ. 374

Вопросы и ответы FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM —динамическая память с быстрым страничным доступом) активно использовалась в середине 90-х годов. Память со страничным доступом отличается от обычной динамической памяти тем, что после выбора строки матрицы и удержании RAS допускает многократную установку адреса столбца, стробируемого CAS, а также быструю регенерацию по схеме «CAS прежде RAS». Первое позволяет ускорить блочные передачи, когда весь блок данных или его часть находятся внутри одной строки матрицы, называемой в этой системе страницей, а второе — снизить накладные расходы на регенерацию памяти. EDO (Extended Data Out — расширенное время удержания данных на выходе) фактически представляют собой обычные микросхемы FPM, на выходе которых установлены регистры-защелки данных. При страничном обмене такие микросхемы работают в режиме простого конвейера: удерживают на выходах данных содержимое последней выбранной ячейки, в то время как на их входы уже подается адрес следующей выбираемой ячейки. Это позволяет примерно на 15% по сравнению с FPM ускорить процесс считывания последовательных массивов данных. При случайной адресации такая память ничем не отличается от обычной. BEDO (Burst EDO — EDO с блочным доступом) — память на основе EDO, работающая не одиночными, а пакетными циклами чтения/записи. Современные процессоры, благодаря внутреннему и внешнему кэшированию команд и данных, обмениваются с основной памятью преимущественно блоками слов максимальной ширины. В случае памяти BEDO отпадает необходимость постоянной подачи последовательных адресов на входы микросхем с соблюдением необходимых временных задержек — достаточно стробировать переход к очередному слову отдельным сигналом. SDRAM (Synchronous DRAM — синхронная динамическая память) — память с синхронным доступом, работающая быстрее обычной асинхронной (FPM/EDO/BEDO). Помимо синхронного метода доступа, SDRAM использует внутреннее разделение массива памяти на два независимых банка, что позволяет совмещать выборку из одного банка с установкой адреса в другом банке. SDRAM также поддерживает блочный обмен. Основная выгода от использования SDRAM состоит в поддержке последовательного доступа в синхронном режиме, где не требуется дополнительных тактов ожидания. При случайном доступе SDRAM работает практически с той же скоростью, что и FPM/EDO. РВ SRAM (Pipelined Burst SRAM — статическая память с блочным конвейерным доступом) — разновидность синхронных SRAM с внутренней конвейеризаиией, за счет которой примерно вдвое повышается скорость обмена блоками данных. Микросхемы памяти имеют четыре основные характеристики — тип, объем, структуру и время доступа. Тип обозначает статическую или динамическую память, объем показывает общую емкость микросхемы, а структура — количество ячеек памяти и разрядность каждой ячейки. Например, 28/32-выводные DIPмикросхемы SRAM имеют восьмиразрядную структуру (8k*8, I6k*8, 32k*8, 64k*8, 128k*8), и кэш для 486 объемом 256 Кб будет состоять из восьми микросхем 32К*8 или четырех микросхем 64k*8 (речь идет об области данных — дополнительные микросхем ы для хранения признаков (tag) могут иметь другую структуру). Две микросхемы по 128k*8 поставить уже нельзя, так как нужна 32-разрядная шина да н-

375

Вопросы и ответы ных, что могут дать только четыре параллельных микросхемы. Распространенные РВ SRAM в 100-выводных корпусах PQFP имеют 32-разрядную структуру 32k*32 или 64к*32 и используются по две или по четыре в платах для Pentuim. Аналогично, 30-контактные SIMM имеют 8-разрядную структуру и ставятся с процессорами 286, 386SX и 486SLC по два, а с 386DX, 486DLC и обычными 486 — по четыре. 72-контактные SIMM имеют 32-разрядную структуру и могут ставиться с 486 по одному, а с Pentium и Pentium Pro — по два. 168-контактные DIMM имеют 64-разрядную структуры и ставятся в Pentium и Pentium Pro по одному. Установка модулей памяти или микросхем кэша в количестве больше минимааьного позволяет некоторым платам ускорить работу с ними, используя принцип расслоения (Interleave — чередование). Время доступа характеризует скорость работы микросхемы и обычно указывается в наносекундах через тире в конце наименования. На более медленных динамических микросхемах могут указываться только первые цифры (-7 вместо 70, -15 вместо -150), на более быстрых статических «-15» или «-20» обозначают реальное время доступа к ячейке. Часто на микросхемах указывается минимальное из всех возможных времен доступа — к примеру, распространена маркировка 70 не EDO DRAM, как 50, или 60 не — как 45, хотя такой цикл достижим только в блочном режиме, а в одиночном режиме микросхема по-прежнему срабатывает за 70 ил и 60 не. Аналогичная ситуация имеет место в маркировке РВ SRAM: 6 не вместо 12, и 7 — вместо 15. Микросхемы SDRAM обычно маркируются временем доступа в блочном режиме (10 или 12 не). Ниже приведены примеры типовых маркировок микросхем памяти; в обозначении обычно (но не всегда) присутствует объем в килобитах и/или структура (разрядность адреса и данных). Статические: •

61256 - 32k*8 (256 Кбит, 32 Кб)

•

62512 - 64к*8 (512 Кбит, 64 Кб)

•

32С32 - 32k*32 (1 Мбит, 128 Кб)

•

32С64 - 64k*32 (2 Мбит, 256 Кб)

Динамические: •

41256 - 256k*l (256 Кбит, 32 Кб)

•

44256, 81С4256 - 256k*4 (1 Мбит, 128 Кб)

•

411000, 81С1000 - 1М*1 (1 Мбит, 128 Кб)

• •

441000, 814400- 1 ММ (4 Мбит, 512 Кб) 41С4000 —4М*4, (16 Мбит, 2 Мб)

•

МТ4С16257 - 256k*!6 (4 Мбит, 512 Кб)

•

MT4LC16M4A7 - 16М*8 (128 Мбит, 16 Мб)

•

MT4LC2M8E7 - 2М*8 (16 Мбит, 2 Мб, EDO)

•

МТ4С16270-256к*16(4Мбит, 512Кб, EDO)

376

Вопросы и ответы Микросхемы EDO часто (но далеко не всегда) имеют в обозначении «некруглые* числа: к примеру, 53С400 — обычная DRAM, 53C40S — EDO DRAM.

Обозначения корпусов микросхем и типов модулей памяти: DIP, SIP, SIPP, SIMM, DIMM, CELP, COAST DIP (Dual In line Package — корпус с двумя рядами выводов) — классические микросхемы, применявшиеся в блоках основной памяти XT и ранних AT, a сейчас — л блоках кэш-памяги. SIP (Single In line Package — корпус с одним рядом выводов) — микросхема с одним рядом выводов, устанавливаемая вертикально. SIPP (Single In line Pinned Package модуль с одним рядом проволочных выводов) — модуль памяти, вставляемый в панель наподобие микросхем DIP/SIP; применялся в ранних AT. SIMM (Single In line Memory Module — модуль памяти с одним рядом контактов) — модуль памяти, вставляемый в зажимающий разъем; применяется во всех современных платах, а также во многих адаптерах, принтерах и прочих устройствах. SIMM имеет контакты с двух сторон модуля, но все они соединены между собой, образуя как бы один ряд контактов. DIMM (Dual In line Memory Module — модуль памяти с двумя рядами контактов) — модуль памяти, похожий на SIMM, но с раздельными контактами (обычно 2 х 84), за счет чего увеличивается разрядность или число банков памяти в модуле. Применяется в основном в компьютерах Apple и новых платах Р5 и Р6. На SIMM в настоящее время устанавливаются преимущественно микросхемы FPM/EDO/BEDO, а на DIMM - EDO/BEDO/SDRAM. CELP (Card Egde Low Profile — невысокая карта с ножевым разъемом на краю) — модуль внешней кэш-памяти, собранный на микросхемах SRAM (асинхронный) или РВ SRAM (синхронный). По внешнему виду похож на 72-контактный SIMM, имеет емкость 256 или 512 Кб. Другое название COAST (Cache On A STick — буквально «кэш на палочке»). Модули динамической памяти, помимо памяти для данных, могут иметь дополнительную память для хранения битов четности (Parity) для байтов данных — такие SIMM иногда называют 9- и 36-разрядными модулями (по одному биту четности на байт данных). Биты четности служат для контроля правильности считывания данных из модуля, позволяя обнаружить часть ошибок (но не все ошибки). Другой разновидностью контроля является ЕСС (Error Correction Code) специальный дополнительный код, обнаруживающий и исправляющий большую часть ошибок в основном памяти. Для хранения ЕСС обычно требуется больше памяти, однако для несложных ЕСС могут использоваться биты четности. Модули с четностью имеет смысл применять лишь там, где нужна очень высокая надежность — для обычных применений подходят и тщательно проверенные модули без четности, при условии, что системная плата поддерживает такие типы модулей. Проще всего определить тип модуля по маркировке и количеству микросхем памяти на нем: к примеру, если на 30-контактном SIMM две микросхемы одного типа и одна — другого, то две первых содержат данные (каждая по четыре 377

Вопросы и ответы разряда), а третья — биты четности (она одноразрядная). В 72-контактном SIMM с двенадцатью микросхемами восемь из них хранят данные, а четыре — биты четности. Модули с количеством микросхем 2, 4 или 8 не имеют памяти под четность. Иногда на модули ставится так называемый имитатор четности микросхема-сумматор, выдающая при считывании ячейки всегда правильный бит четности. В основном это предназначено для установки таких модулей в платы, где проверка четности не отключается; однако, существуют модули, где такой сумматор маркирован как «честная» микросхема памяти — чаше всего такие модули производятся в Китае. 72-контактные SIMM имеют четыре специальных линии PD (Presence Detect — обнаружение наличия), на которых при помощи перемычек может быть установлено до L6 комбинаций сигналов. Линии PD используются некоторыми «Brand пате»-платами для определения наличия модулей в разъемах и их параметров (объема и быстродействия). Большинство универсальных плат производства «третьих фирм», как их выпускаемые ими SIMM, не используют линий PD. В модулях DIMM, в соответствии со спецификацией JEDEC, технология PD реализуется при помощи перезаписываемого ПЗУ с последовательным доступом (Serial EEPROM) и носит название Serial Presence Detect (SPD). ПЗУ представляет собой 8-выводную микросхему, размещенную в углу платы DIMM, а его содержимое описывает конфигурацию и параметры модуля. Системные платы с chiset'aMH 440LX/BX могут использовать SPD для настройки системы управления памятью. Некоторые системные платы могут обходиться без SPD, определяя конфигурацию модулей обычным путем — это стимулирует выпуск рядом производителей DIMM без ПЗУ, не удовлетворяющих спецификации JEDEC.

Что такое кэш и зачем он нужен Cache (запас) обозначает быстродействующую буферную память между процессором и основной памятью. Кэш служит для частичной компенсации разницы в скорости процессора и основной памяти — туда попадают наиболее часто используемые данные. Когда процессор первый раз обращается к ячейке памяти, ее содержимое параллельно копируется в кэш, и в случае повторного обращения в скором времени может быть с гораздо большей скоростью выбрано из кэша. При записи в память значение попадает в кэш, и либо одновременно копируется в память (схема Write Through — прямая или сквозная запись), либо копируется через некоторое время (схема Write Back — отложенная или обратная запись). При обратной записи, называемой также буферизованной сквозной записью, значение копируется в память в первом же свободном такте, а при отложенной (Delayed Write) — когда для помещения в кэш нового значения не оказывается свободной области; при этом в память вытесняются наименее используемая область кэша. Вторая схема более эффективна, но и более сложна за счет необходимости поддержания соответствия содержимого кэша и основной памяти. Сейчас под термином Write Back в основном понимается отложенная запись, однако это может означать и буферизованную сквозную. Память для кэша состоит из собственно области данных, разбитой на блоки (строки), которые являются элементарными единицами информации при работе кэша, и области признаков (tag), описывающей состояние строк (свободна, занята, помечена для дозаписи). В основном используются две схемы организа-

378

Вопросы и ответы ции кэша: с прямым отображением (direct mapped), когда каждый адрес памяти может кэшироватъся только одной строкой (в этом случае номер строки определяется младшими разрядами адреса), и n-связный ассоциативный (n-way associative), когда каждый адрес может оптироваться несколькими строками. Ассоциативный кэш более сложен, однако позволяет более гибко кэшировать данные; наиболее распространены 4-связные системы кэширования. Процессоры 486 и выше имеют также внутренний (Internal) кэш объемом 8-16 Кб. Он также обозначается как Primary (первичный) или L] (Level 1 — первый уровень) в отличие от внешнего (External), расположенного на плате и обозначаемого Secondary (вторичный) или L2. В большинстве процессоров внутренний кэш работает по схеме с прямой записью, а в Pentium и новых 486 (Intel P24D и последние DX4-IOO, AMD DX4-120, 5x86) он может работать и с отложенной записью. Последнее требует специальной поддержки со стороны системной платы, чтобы при обмене по DMA возможно было поддерживать согласованность данных в памяти и внутреннем кэше. Процессоры Pentium Pro имеют также встроенный кэш второго уровня объемом 256 или 512 Кб. В платах 386 чаще всего использовался внешний кэш объемом 128 Кб, для 486 — 128..256 Кб, для Pentium — 256..512 Кб. На платах 3S6,486 и ранних Pentium весь кэш набирался из асинхронных микросхем SRAM. Сейчас в последних используется конвейерный кэш с блочным доступом (РБС — Pipelined Burst Cache) на основе микросхем РВ SRAM; другое его название — синхронный кэш. Для хранения признаков по-прежнему используются асинхронные SRAM. Применение синхронного кэша совместно с обычной памятью примерно на 15% ускоряет последовательный обмен, однако использование совместно с EDO RAM часто не приводит к сколько-нибудь заметному выигрышу в скорости — для этого нужны достаточно крупные задачи, в которых постоянно пересылаются большие (сотни килобайт) массивы данных.

Теневая память Shadow Memory В адресах памяти от 640 Кб до 1 Мб (AGOOO-FFFFF) находятся «окна», через которые видно содержимое различных системных ПЗУ. Например, окно FOOOO-FFFFF занимает системное ПЗУ, содержащее системный BIOS, окно COGOO-C7FFF — ПЗУ видеоадаптера (видео-BIOS). При включении для каких-либо окон режима Shadow содержимое их ПЗУ копируется в участки ОЗУ, которые затем подключаются к этим же адресам вместо ПЗУ, «затеняя» их; запись в эти участки аппаратно запрещается для полной имитации ПЗУ. Это дает в первую очередь ускорение работы с программами/данными ПЗУ за счет более высокого быстродействия микросхем ОЗУ. Кроме этого, появляется возможность модифицировать видимое содержимое ПЗУ (почти все современные системные BTOS используют это для самонастройки). В области видео-BIOS возможно поменять экранные шрифты. Управлением теневой памятью занимается Chipset платы, поэтому не все платы позволяют это делать (хотя сейчас таких плат практически не осталось). Есть различные программы для создания средствами теневой памяти UMB-бдоков в MS DOS или для загрузки экранных шрифтов в область видео-BIOS (к примеру, S_FONT).

379

Вопросы и ответы

Что такое Memory Relocation Это перенос неиспользуемой памяти из системной области (640 Кб — 1 Мб) в область расширенной (Extended) памяти. В первых IBM PC устанавливалось 640 Кб основной памяти и отдельно — расширенная память, поэтому со старшими 384 Кб проблем не возникало. В современных платах вся память представляет собой непрерывный массив, поэтому системную область приходится аппаратно исключать, теряя при этом 384 Кб. Большинство Chipset'oB позволяют использовать часть этой памяти под Shadow Memory, однако некоторые (Neat, ОРТ1495, SiS471) могут переносить ее за пределы первого мегабайта, присоединяя к расширенной памяти. Одни Chipset'bi могут переносить все свободные от Shadow участки, другие — только все 384 Кб целиком (в этом случае должны быть отключены все Shadow).

Модуль регулятора напряжения VRM Служит для формирования нужных напряжений питания процессора. Разработан для того, чтобы существующие системные платы могли поддерживать новые типы процессоров, которые появятся в будущем. На платах, поддерживающих VRM, для него есть специальный двухрядный разъем с пластмассовым обрамлением, расположенный обычно рядом с процессором или его стабилизатором питания.

Системная плата с поддержкой энергосбережения «Green Motherboard» Chipset и BIOS платы поддерживают снижение частоты процессора при перерывах в работе, отключение винчестера и монитора при отсутствии обращений к ним. Отношение специалистов к данным режимам неоднозначное: при чрезмерно частом (десятки раз в сутки) отключении монитора или винчестера экономия энергии будет мизерной, зато заметно возрастет шанс выхода их из строя.

Расшифровка «RAS to MA Delay» и «DRAM Read WS» Это параметры управления внешним кэшем и системной памятью, описывающие временные диаграммы циклов чтения/записи. Все значения задаются в тактах — периодах системной тактовой частоты (частоты платы, а не внутренней частоты процессора). Простой цикл обращения к памяти выполняется за два такта, В пакетном цикле (burst) первый обмен занимает два такта, остальные — по одному такту. Например, диаграмма 2-1-1-1 обозначает четырехсловный пакетный цикл без дополнительных задержек, 3-1-1-1 — с одной задержкой после первого обращения, 32-2-2 — с задержками после каждого обращения. Поскольку задержки задаются дискретно, при увеличении системной тактовой частоты общая производительность иногда может упасть. Например, при частоте 40 МГц длительность такта — 25 не, что позволяет обмениваться с внешним кэшем 20 не без задержек, а при 50 М Гц такт занимает 20 не, и такой кэш может перестает успевать. Добавление же одного такта задержки резко снижает пиковую производительность системы, хотя средняя производительность за счет достаточно медленной памяти изменяется незначительно. Полный перечень всех возможных пунктов настройки слишком велик, к тому же он постоянно меняется. Кроме этого, для сознательного управления эти-

380

Вопросы и ответы ми параметрами нужно хорошо представлять себе механизмы работы статических и динамических микросхем памяти, организации страничного обмена, конвейеризации. Описание параметров конкретной платы обычно возможно найти на FTP/WWW-сервере производителя платы или се BIOS. Вкратце возможно сказать, что «WS» обозначает «Wait States» (такты задержки до или после операции), a «Clocks* или «Clk» — такты на саму операцию. Таким образом, увеличение параметров приводит к замедлению работы при возрастании надежности взаимодействия блоков платы, а уменьшение — к ускорению ценой снижения запаса по устойчивости (возможны значения, при которых плата не сможет работать вообще). Обычно ничем страшным слепой перебор параметров не грозит, так что возможно попробовать слегка ускорить работу платы, однако заметного реального выигрыша по сравнению с Auto Configuration это не даст.

Второстепенные параметры Setup ISA Clock Frequency Тактовая частота шины ISA. На большинстве плат она получается делением основной частоты платы (25/33/40/50 МГц) на указанный в параметре делитель. Стандартом предусмотрена частота 8 МГц, однако большинство плат успешно работает на 10-13 МГц. а некоторые — и на 16-20-25 МГц. Повышение частоты ускоряет обмен с платами (на другие шины она никак не влияет), но возрастает риск ошибок при работе (особенно это опасно для контроллеров дисков — могут искажаться передаваемые данные). COMn MIDI Для переключения портов СОМ1 или COM2 в режим совместимости с MIDI (Musical Instrument Digital Interface — цифровой интерфейс музыкальных инструментов). В этом режиме частота тактирования приемопередатчика порта повышается, чтобы при настройке на стандартную скорость 28800 бит/с (делитель частоты 4) порт фактически работал на стандартной для MIDI скорости 31250 бит/с. Однако это не делает последовательный порт программно совместимым с MIDI-портом звуковых карт — кроме адаптера, понадобится еще и программная поддержка обычного СОМ-порта. Memory Hole at 15-16 Mb Буквально — дыра в памяти в диапазоне 15-16 Мб, для чего в ней запрещается или переносится один мегабайт. Это нужно для совместимости со старыми картами, использующими отображение памяти на область под 16 Мб (к примеру, некоторые ранние видеокарты высокого разрешения). CPU Burst Write, PCI Read/Write Burst Режим блочных чтения/записи с памятью или РС1, В обычном режиме на каждое считываемое или записываемое слово выдается отдельный адрес, в блочном адрес выдается один раз, а затем подряд выполняется серия чтений/записей, что работает быстрее. IDE Prefetch Buffer Буфер предвыборки IDE. Служит для ускорения чтения из буфера диска, сокращая время занятия шины компьютера. На контроллере S1S496 (платы для процессоров 486) при одновременной работе двух устройств (неважно, на одном

381

Вопросы и ответы или разных каналах) возникают конфликты, приводящие к искажению передаваемых данных, Из-за этого новые BIOS стараются отключать этот буфер при обнаружении второго устройства, однако не все версии BIOS это проверяют. Похожие ошибки имеются в контроллерах RZ-1000 и CMD-640. CAS Before RAS Refresh Метод регенерации памяти, когда сигнал CAS устанавливается раньше сигнала RAS. В отличие от стандартного способа регенерации, это не требует перебора адресов строк извне микросхем памяти — используется внутренний счетчик адресов. Благодаря этому обеспечивается полная регенерация даже в том случае, когда конфигурация памяти не поддерживается Chipset'oM платы. Однако, этот способ регенерации должен поддерживаться микросхемами памяти (большинство микросхем его поддерживает). PCI Latency Timer Таймер, ограничивающий время занятия устройством-задатчиком шины PCI. По истечении заданного времени (в тактах шины) арбитр принудительно отбирает шину у задатчпка, передавая ее другому устройству. Полезен для систем с несколькими интенсивно работающими в режиме Bus Mastering PC I-устройствами. Passive Release Способность арбитра chipset'oB Triton VX/HX отбирать шину у Bus Mastering-устройств при отсутствии в течение какого-то времени запросов на передачу с их стороны. Для корректной работы ISA-карт, использующих DMA (звуковые карты, Arvid-1020) режим должен быть отключен (disabled).

Сбои при установке VLB-плат Основная причина — в перегрузке выходных каскадов процессора. Вначале возможно попробовать поискать на системной плате перемычки, управляющие работой VLB; если они не помогают — снизить входную частоту процессора, особенно если она равна 40 ил и 50 МГц, переставить VLB-платы в разъемах, заменить VLB-платы или сам процессор (иногда бывает, что у процессора «не тянет» один из выходных каскадов, или одна из входных цепей конкретной VLB- платы слишком нагружает шину). Поскольку память нередко располагается непосредственно на локальной шине — может помочь замена модулей на другие или сокращение их количества (к примеру, один модуль 16 Мб вместо четырех по 4 Мб).

Почему некоторые платы не любят SIMM по 512 Кб, 2и8Мб Потому, что это — так называемые «нечетные» модули. Память в SIMM организована в виде матрицы, и в идеале число строк и столбцов равно (к примеру. 30-контактный SIMM на 256 Кб имеет по 9 строк и столбцов, а 72-контактный на 4 Мб — по 10). В «нечетных>> модулях одной строки нет, что может приводить к ошибкам определения размера в платах, которые этого не предусматривают. Кроме этого, 72-контактные SIMM используют так называемую «двухбанковую» (Double Bank, Double Sided) систему, когда один модуль содержит как бы два независимых банка половинного размера, и работает, как два параллельных модуля (это не имеет никакого отношения к физическому расположению микросхем на 382

Вопросы и ответы сторонах модуля). Поддержка таких модулей, особенно в сочетании с другими, есть не во всех системных платах.

На что следует обратить внимание при покупке системной платы Прежде всего — на ее внешний вид. Детали должны быть установлены ровно и аккуратно, пайка — блестящей, ровной и однородной. Криво установленные детали, «пузыри» припоя и непропаяные выводы обычно встречаются на платах китайского производства и говорят об общем качестве работы. В случае, если плата заметно выгнута в одну сторону — есть вероятность наличия микротрещин в дорожках или кристаллах микросхем. Также могут быть неровно в п а я н ы разъемы для S I M M , что грозит плохим контактом или вообще невозможностью вставить некоторые модули, Желательно, чтобы на микросхемах Chipset'a были собственные обозначения {OPTi895, S1S496, UMC8881). Надписи типа «PC Chips» обычно наносятся на немаркированные микросхемы, полученные окольными путями —- здесь высока вероятность брака. Вообще, чем больше технических обозначений — тем лучше. Не приветствуются наклейки, особенно с надписями типа «Write Back» вместо названий. При сомнениях возможно снять наклейку, чтобы посмотреть настоящую маркировк>г чипа. Микросхемы кэша (для 386/486 — обычно 28/32-выводные DIP-корпуса) должны быть установлены на панельках и иметь правдоподобные обозначения (к примеру, UM6I256-15, 9512 — это означает микросхему UMC, 256 Кбит, 15 не, выпущенную на 12 неделе 95 года), В случае, если на плате для 486 микросхемы впаяны или на них что-то написано словами — это наверняка просто корпуса с выводами, и никакого кэша у вас не будет. Это не относится к платам для Pentium, которые часто имеют впаянные микросхемы синхронного кэша с выводами по четырем сторонам корпуса, однако и такие микросхемы помимо словесного должны иметь буквенно-цифровое обозначение. Для верности возможно запустить программу ССТ — при наличии кэша на графике должен быть линейный спад за его границей. На качество платы может косвенно указывать ее упаковка и документация. Хорошие платы обычно имеют названия, поставляются в коробках и снабжаются подробной документацией в хорошо оформленной книжке. Однако бывает и так, что безродная плата с невзрачной книжечкой по совокупности характеристик оказывается лучше, чем фирменная последнее слово должно быть за тестированием. Можно также обратить внимание на детали, установленные сразу же за разъемами шин; нередко они не позволяют нормально вставить платы в эти разъемы; с другой стороны, процессор и/или стабилизаторы питания могут мешать установке длинных плат. Имеется в продаже довольно большое количество плат с неработающим 16разрядным DMA (High DMA). Это не позволяет использовать платы Арвид модели 1020, звуковые платы Sound Blaster 16, GUS и ряд других. Проще всего проверить это установкой звуковой платы, использующей High DMA, и попробовать запись/воспроизведение 16-разрядного звука. Также в последнее время (1996 год) распространены платы, для которых в документации заявлена поддержка процессоров со внутренним WB-кэшем (Intel

383

Вопросы и ответы P24D, Intel 486 с обозначением «&EW», AMD DX4 с суффиксом «В», Cyrix, процессоры 5x86), но реально этой поддержки нет. Простейшая проверка — вставить такой пропессор (не забыв выставить перемычки), записать пару десятков мелких файлов-архивов на дискету, после чего вынуть дискету, вставить обратно, перечитать, проверить файловую структуру {командой Chkdsk) и целостность архивов (обычно ключом «t» или «-t»}. В случае, если поддержка WB-кэша не работает файловая структура почти наверняка окажется разрушенной, а сами файлы — записаны с ошибками.

Различия в информации на DX2-80 в Sysinfo Дело в различных настройках Chipset'a. Точно так же на DX4-100 (с WT-кэшем) максимум— 199, а бывает и 132. Поскольку Sysinfo измеряет пиковую производительность всей системы — процессора, кэша, памяти, Chipset'a — то один лишний такт ожидания на обращение к памяти или кэшу может сильно сказаться на результатах измерения. Реально потеря средней производительности ничтожна — от долей до единиц процентов, а иногда Sysinfo может и на более быстром (реатьно!) процессоре показать худшие результаты, чем на более медленном. Лучше всего измерять скорость на реальных задачах — к примеру, архивированием файлов, компиляцией больших программ (не забывая о влиянии скорости обмена с винчестером),

Если забыт пароль на Setup (на загрузку) В случае, если забыт пароль на Setup, возможно воспользоваться различными программами для снятия пароля типа AMIPASS, PASSCMOS. В случае, если забыт пароль на загрузку — придется открывать компьютер. Почти на всех современных системных платах рядом с батарейкой есть перемычка для сброса CMOSпамяти (обычно — 4 контакта, нормальное положение — 2-3, сброс — 1-2 или 34; иногда — 3 или 2 контакта). В случае, если такой перемычки найти не удалось, нужно взять кусок провода, один конец прижать к некрашеному участку корпуса, чтобы был хороший электрический контакт, а другим концом медленно провести по выводам всех больших микросхем (кроме процессора); если на плате есть микросхема с 24 выводами в два ряда — начать следует с нее. После этого включить компьютер CMOS-память с большой вероятностью будет сброшена вместе с паролем. Выпаивать и тем более замыкать батарейку не имеет смысла — это чаще всего не приводит к успеху из-за конструкции схемы питания CMOS-памяти, а замыкание батарейки сильно сокращает срок ее службы. В случае, если на плате нет батарейки, нужно поискать пластмассовый модуль с надписью «DALLAS» или «ODIN» (это монолитный блок с батарейкой и микросхемой CMOS) — перемычка может быть возле него. В случае, если перемычки нет — вам не повезло (к счастью, таких плат было выпущено не так много). Единственное, что в этом случае остается сделать — отключить FDD, HDD или вообще вынуть контроллер дисков; есть шанс, что BIOS, не найдя дисководов, сам предложит войти в Setup. На некоторых AMI BIOS возможно сразу после включения держать нажатой клавишу Ins — при этом в CMOS-память загружаются стандартные параметры. В случае, если на компьютере стоит Award BIOS 4.50G — возможно попробовать «инженерный» пароль AWARD_SW (большими буквами). В версиях с

384

Вопросы и ответы 4.51PG единого инженерного пароля нет — есть только возможность установить его в ПЗУ при помощи утилиты ModBin, а в ряде экземпляров BIOS производителем установлен пароль по умолчанию. Также может сработать комбинация CtrlAlt-Del, Ins, но довольно трудно уловить правильный момент для нажатия Ins.

Использование переключателя Turbo В компьютерах Turbo XT и ранних АТ-286 кнопка Turbo была предназначена для повышения тактовой частоты процессора сверх номинальной с целью ускорения его работы; при этом устойчивая работа на этой частоте не гарантировалась. На более поздних и быстрых АТ-286 и ранних 386 она, наоборот, снижала частоту, чтобы приблизить быстродействие к PC XT многие старые программы пользовались для измерения времени скоростными параметрами XT, отчего на AT начинали работать с ошибками. В начале 90-х годов, на последних АТ-286 и 386/486 был введен другой способ управления скоростью: частота системного генератора была постоянной, а при замыкании контактов Turbo принудительно замедлялась работа с внешним кэшем и памятью. Для большинства программ это не давало заметного эффекта, поскольку сам процессор и его внутренний кэш продолжали работать с обычной скоростью. На многих современных платах для Pentium и Pentium Pro контакты Turbo выполняют функцию Suspend — приостановки работы платы и внешних устройств путем перехода в режим энергосбережения (Green Mode). Suspend обычно может быть запрещен опцией в Setup — тогда кнопка Turbo не влияет на работу системы. На некоторых новых платах замыкание контактов снова понижает частоту системного генератора.

Что такое РпР Plug And Play — «вставь и играйся». Обозначает технологию, которая сводит к минимуму усилия по подключению новой аппаратуры. PnP-карты не имеют перемычек конфигурации или особых программ настройки; вместо этого общий для компьютера PnP-диспетчер (отдельная программа либо часть BIOS или ОС) сам находит каждую из них и настраивает на соответствующие адреса, линии IRQ, DMA, области памяти, предотвращая совпадения и конфликты. Поиск устройств в технологии РпР реализован не методом последовательного опроса известных портов, как при поиске обычных (legacy) устройств, а посредством специального аппаратного интерфейса (РпР enumerator), через который устройства сами сообщают о своем присутствии и характеристиках. Это позволяет PnP-диспетчеру надежно и однозначно находить любые, даже заранее неизвестные, устройства. РпР BIOS обычно обозначает BIOS с поддержкой такой настройки, однако настройка карт на различных шинах различается, и РпР BIOS на плате с шинами ISA/PCI, может уметь настраивать только PCl-карты, а для ISA потребуется поддержка со стороны ОС или отдельный настройщик (к примеру, ISA РпР Configuration Manager от Intel). РпР Manager записывает параметры конфигурации в ESCD (Extended System Configuration Data — данные расширенной системной конфигурации).

385 13-410

Вопросы и ответы Внешний PnP Manager использует для данных файл на диске, a PnP BIOS собственное Flash-ПЗУ. В случае, если в процессе конфигурации PnP-устройств обнаружены изменения — выдастся сообщение «Updating ESCD...» и делается попытка записать изменения в ПЗУ. В случае успеха выдается сообщение «Success», отсутствие которого означает невозможность перепрограммирования Flash-ПЗУ (не установлена перемычка, стоит ПЗУ обычного типа или неисправны цепи программирования Flash-ПЗУ на системной плате).

Импульсный и линейный стабилизаторы Классический л и н е й н ы й стабилизатор напряжения питания процессора представляет собой активный регулирующий элемент (транзистор или микросхему), компенсирующий избыток питающего напряжения и рассеивающий его в виде тепла. С ростом тока, потребляемого процессором, мощность рассеяния такого стабилизатора достигает 10-15 Вт, что требует установки радиатора большой площади, принудительного охлаждения от процессорного вентилятора и. к тому же, ухудшает температурную картину внутри корпуса. Характерной чертой линейного стабилизатора является один или несколько радиаторов приличного размера, на которых установлены регулирующие транзисторы и/или микросхемы. Импульсный стабилизатор содержит реактивно-индуктивный LC-фильтр, на который короткими импульсами подается полное напряжение питания, и за счет инерции емкости и индуктивности выравнивается до требуемой величины, причем бесполезных потерь энергии практически не происходит. Стабильность напряжения поддерживается путем управления частотой и шириной импульсов (широтно-импульсная модуляция. ШИМ), Характерной чертой импульсных стабилизаторов является наличие дросселей — катушек, намотанных толстым проводом на ферритовых кольцах. Ключевые транзисторы в этом случае обычно припаяны корпусом к самой плате, теплоемкости которой вполне хватает для рассеивания выделяющегося тепла. Применение импульсных стабилизаторов позволяет значительно сократить тепловыделение, однако создает дополнительный источник помех, который может влиять на работу видео- и звуковых адаптеров.

Что делать при неудачной попытке перешить Flash Прежде всего — выяснить, уцелел ли в ПЗУ так называемый Boot Block небольшая стартовая программа, позволяющая восстановить прошивку в подобных случаях. Boot Block работает только с простейшими устройствами — видеокартой ISA и контроллером FDD. В случае, если после установки видеокарт],! на экране появляются сообщения Boot Block'a нужно подготовить загрузочную дискету с DOS минимальной конфигурации (без config.sys и autoexec.bat), записать на нее заведомо работающую версию программы прошивки Flash и подходящую прошивку BIOS, после чего загрузить систему с дискеты и запустить программу прошивки. Иногда Boot Block может оказаться не в состоянии запустить клавиатурный контроллер платы — в этом случае придется создать на дискете autoexec.bat, запускающий программу в автоматическом режиме.

386

Вопросы и ответы В случае, если Boot Block не запускается — возможно воспользоваться следующим методом: берем любую работающую мать, поддерживающую флэш (совершенно необязательно, чтоб она была на том же чипсете, на который рассчитан BIOS, который мы хотим записать). Можно просто найти флэш или ПЗУ от матери, аналогичной той, флэш из которой мы будем переписывать, и временно поставить его (переставив, если нужно, джампера типа флэша). Или, если есть программатор, только он не умеет писать флэш — найти ПЗУ подходящего размера и записать его. Вынимаем флэш или ПЗУ из этой матери, обвязываем его с двух концов двумя кольцами МГТФа (чтоб возможно было его легко извлечь) и неплотно втыкаем назад в панельку. Загружаемся в «голый» ДОС, выдергиваем за эти два кольда стоящий в матери флэш или ПЗУ (все равно он нужен только при загрузке), если нужно, переставляем джампера типа флэша, и вставляем флэш, который нужно записать. Главное тут — ничего не замкнуть. Запускаем программу записи, рассчитанную на мать, на которой пишем, BIOS с которым грузились и флэш, который нужно записать (программа должна уметь переписывать флэш целиком, к примеру, из комплекта mr-bios или asusoscKHfi pflash). Пишем, выключаем питание и вынимаем готовый флэш. Все. При использовании этого способа нужна особая аккуратность в извлечении и вставлении микросхем в «горячий» разъем. Желательно это делать таким образом, чтобы контакт общего провода (последний в первом ряду) отключатся последним, а подключался — первым, наклоняя микросхему перед вставкой в сторону этого контакта.

Можно ли поставить процессор Intel 486 с суффиксом &W, AMD с суффиксом В, 5x86 В ряде случаев — возможно, i486 &W является аналогом P24D с питанием 3.3 В; AMD с суффиксом В и AMD/Cyrix 5x86 совместимы с ним, работая при напряжении питания 3.5-3.6 В. В случае, если плата поддерживает P24D — остается лишь установить напряжение питания. На тех платах, где перемычки напряжения питания не описаны отдельно, их возможно найти по таблице: к примеру, для Intel SX/DX/SX2/ DX2 и UMC U5S питание всегда 5 В, для Intel DX4 — 3.3 В, для AMD DX4 3.45 В: перемычки питания обычно выделены в отдельную группу и расположены вблизи стабилизатора. Для AMD 5x86 нужно также включить учетверение — перемычкой, которая задает удвоение для P24D. В случае, если в документации на плату не указан P24D, или указан, но плата на самом деле его не поддерживает — нужно установить перемычки для Intel DX4-100 и перевести внутренний кэш в режим сквозной записи, соединив вывод В-13 с землей (иногда это возможно сделать перемычкой, переключающей AMD DX4-100 в режим удвоения, либо найти нужную перемычку омметром, либо соединить соответствующие контакты разъема процессора). В этом режиме процессор будет работать несколько медленнее, чем в режиме обратной записи. Учетверсние в AMD 5x86 включается при соединении с землей вывода R-17 (перемычка режима удвоения для Intel DX4-100 и P24D), После установки нужно обязательно проверить правильность согласования внутреннего кэша с памятью — методом, описанным в рекомендациях по выбору системной платы.

387

Вопросы и ответы

Можно ли поставить на плату Р5-ххх, если в документации его нет Почти всегда возможно. Дело в том, что аппаратура системной платы никогда не знает, на какой внутренней частоте работает процессор — она поставляет ему только основную частоту (50, 60, 66, 75, 83,95, 100, 105, 112, 124, 133, 140, 150 МГц) и сигналы для выбора коэффициента умножения — BFO, BF1 и BF2 (Bus Frequency/Bus Factor). На платах, разработанных до появления процессора PSISO, возможно задавать только сигнал BFO (1.5-2.0), а на современных платах — и BF1/BF2 (2.5-5.5). Для того, чтобы запустить умножение на 2.5 или 3 на старой плате, достаточно подать низкий уровень на вывод BF1 (Х-34) в совокупности с установкой перемычки для BFO. Это возможно сделать, к примеру, соединив BF1 с ближайшим земляным выводом Х-36, предварительно убедившись, что BF1 не соединен напрямую с питанием +3.3 В (в противном случае поможет только разборка разъема, удаление контакта, и соединение выводов прямо на процессоре тонким проводом). В случае, если в документации на плату не выделены отдельно перемычки установки частоты и множителей — их возможно определить по таблице стандартных частот: • •

75-50x1.5 90-60x1.5 100-66x1.5

•

120-60x2

•

133-66x2

•

150-60x2.5

•

166-66x2.5

•

180-60x3

•

200 - 66 х 3

• •

• •

233-66x3.5 266 - 66 х 4

300-66x4.5 333 - 66 х 5

• 400 - 100 х 4

•

450- 100x4.5

•

500-100x5

Ш

550- 100x5.5

Единственная причина, по которой плата может аппаратно не поддерживать процессоры новых типов — несоответствие стабилизатора питания; малая мощность (особенно для AMD/Cyrix), отсутствие системы двойного питания, невозможность установки требуемых питающих напряжений.

388

Вопросы и ответы В большинстве современных плат, как с линейными, так и импульсными стабилизаторами, применяются схожие схемные решения. Например, для управления ключами в линейных стабилизаторах часто используются микросхемы LM2951 илиЬМ431 (National Semiconductor), а в импульсных HIP6003/6008 (Harris Semiconductor) или RC5036 (Raytheon). В персом случае опорное напряжение задается рядом внешних делителей, сочетание которых выбирается перемычками, во втором случае микросхема имеет несколько (обычно четыре) входов, комбинация логических уровней на которых преобразуется в опорное напряжение внутренним ЦАП. В стабилизаторах с микросхемами указанных типов активизация старшего входа дает напряжение около 2.8 В. младшего — около 2.2 В. Кроме аппаратной поддержки, для процессоров AMD K5/K6 и Cyrix/IBM М1/М2 необходима настройка режимов, которая в основном заключается во включении оптимизаций; это выполняет BIOS системной платы — при условии, что он «знает» этот процессор. Например, Cyrix М2/МХ, установленный на старую плату, будет опознаваться как 486 и работать с выключенным внутренним кэшем без оптимизаций. Для приведения процессора в оптимальный режим необходимо использовать программы инициализации M2_Opt, 6x86Opt и им подобные.

Нестабильность в работе процессоров AMD 5k86 на некоторых платах Причина, чаще всего — в недостаточности напряжения питания и плохом охлаждении процессора. Большинство процессоров 5k86 нуждается в напряжении питания не ниже 3,5 В, а многие платы с автоматическими регуляторами дают только 3.4 В. В то же время, у распространенных процессоров с суффиксами ABQ и ABR рабочая температура корпуса составляет 60 и 70 градусов — для се поддержания нужен плотно прилегающий радиатор с достаточно хорошим вентилятором.

USB, AGP, ACPI USB (Universal Serial Bus — универсальная последовательная магистраль) — новый интерфейс для подключения различных внешних устройств. Предусматривает подключение до 127 внешних устройств кодному USB-каналу (по принципу обшей шины), реализации обычно имеют по два канала на контроллер. Обмен по интерфейсу — пакетный, скорость обмена — 12 Мбит/с. AGP (Accelerated Graphics Port — ускоренный графический порт) интерфейс для подключения видеоадаптера к отдельной магистрали AGP, имеющей выход непосредственно на системную память. В системной памяти размещаются преимущественно текстуры трехмерных объектов, требующие быстрого доступа со стороны как процессора, так и видеоадаптера, ACPI (Advanced Configuration Power Interface — интерфейс расширенной конфигурации по питанию) — предложенная Microsoft единая система управления питанием для всех компьютеров, наподобие используемой в NoteBook. В частности, позволяет предусмотрено сохранение состояния системы перед отключением питания, с последующим его восстановлением без полной перезагрузки.

389

Вопросы и ответы

Разъем IR Connector Infrared Connector — разъем для инфракрасного излучателя/приемника. Подключен к одному из встроенных СОМ-портов (обычно — COM2) и позволяет установить беспроводную связь с любым устройством, снабженным подобным излучателем и приемником. Работает по тому же принципу, что и пульты управления бытовой радиоаппаратурой.

Отличие наборов Intel Triton FX, VX, HX и ТХ Название Triton объединяет семейство chipset'os J430FX/VX/HX/TX для пропессоров Pentium. Таблица основных характеристик наборов: VX ) нх FP/EDO/SD FP/EDO/SD Типы RAM FP/EDO FP/EDO DataStream2.0 Concurrent^. 1 Concurrent2.1 Concurrent2.1 PCI 128 Мб 512 Мб 128 Мб 256 Мб Макс RAM 64 Мб 64 Мб Кэшиоуемая RAM 64 Мб 512 Мб 6-3-3-3 6-3-3-3 7-3-3-3 6 6-3-3-3 Диаграмма FPM 5-2-2-2 5-2-2-2 7-2-2-2 6-2-2-2 Диаграмма EDO 7-1-1-1 6-1-1-1 Диаграмма SDRAM Есть Неп Нет ЕСС lei He Есть Есть Есть USB EIDE PIIX3 PIIX3 PIIX4 PIIX Диаграммы обмена с памятью приведены для случая отсутствия дополнительных тактов ожидания. В отношении внешнего кэша все наборы работают с диаграммой 3-1-I-1. В наборах Triton используется три типа контроллеров EIDE (PIIX PCI/ISA IDE Xcelerator): PIIX (1371FB) — ATA-2 без возможности раздельной установки режимов PIO/DMA для устройств Master/Slave (режим выбирается по наиболее медленному из устройств), РПХЗ (1371SB) АТА-2 с возможностью раздельной установки, и Р111X4 (1371АВ) — Ultra ATA с поддержкой режима Ultra DMA-33. Набор НХ поддерживает как микросхемы ЕСС в модулях памяти, так и формирование ЕСС из разрядов четности. Наборы VX и ТХ ориентированы Intel на офисные и домашние компьютеры, набор НХ — на серверы и мощные рабочие станции.

Отличие наборов VIA Apollo VPX, VP2, VP3 VPX

VP2

VPS

Макс RAM 512 Мб 512Мб 1 Гб Поддержка ЕСС Нет Есть Есть AGP Нет Нет Есть Максимальный объем внешнего кэша для всех наборов — 2 Мб, кэшируется полный объем системной памяти. Все наборы поддерживают SDRAM, микросхемы памяти объемом 64 Мбит, режим UDMA/33, ACPI, имеют контроллер USB, интегрированный контроллер клавиатуры (КВС) и контроллер часов реального времени с CMOS-памятью RTC). Для набора VPX декларирована поддержка системной частоты 75 МГц. 390

Вопросы и ответы Диаграммы работы с памятью для всех наборов: •

FPM/EDO - 4-2-2-2

•

SDRAM - 5-1-1-1, при двух банках - 3-1-1-1

Chipset'bi VX-Pro, HX-Pro, TX-Pro Наборы VX-Pro и HX-Pro производятся малоизвестными фирмами в ЮгоВосточной Азии (предположительно PC Chips), имеют низкую надежность и предназначены для установки в дешевые системные платы местного производства; названия наборов происходят исключительно из рекламных предпосылок и не имеют ничего общего с наборами Intel Triton. TX-Pro — перемаркированный теми же фирмами набор Aladin IV фирмы ALI.

Как лучше выбрать частоту платы и внутренний множитель процессора В случае, если одну и ту же внутреннюю частоту процессора возможно задать несколькими способами, то на более высокой входной частоте (на которой работает сама системная плата) обычно достигается более высокая производительность. Чаще всего это делается на недокументированных частотах — 75 или 83 МГц. Например, при работе программ, интенсивно пересылающих данные между памятью и шиной (анимация, игры, обработка больших баз данных) конфигурация 75 х 2.5 = 187 превосходит конфигурацию 66 х 3 = 200, а 83 х 2.5 = 208 превосходит 75 х 3 = 225. Однако выигрыш будет только в том случае, если системная плата и PCI-устройства стабильно работают на повышенной частоте; если, к примеру, на ней не успевает память или внешний кэш, то придется вводить дополнительные такты ожидания, которые могут свести на нет преимущество высокой частоты. Кроме этого, может потребоваться понижение на ступень скорости РЮ в связи с тем, что временные параметры РЮ вычисляются из системной частоты и при ее завышении могут выйти за допустимые пределы.

Подключение мыши PS/2 На многих современных платах есть разъем для мыши PS/2, однако в комплект не входит переходник для установки на заднюю стенку. Разводка разъема для мыши — 6-контактный разъем типа Female (гнездо) совпадает с разъемом для клавиатуры PS/2. Соединитель на плате обычно представляет собой один ряд из пяти или шести контактов; стандарта на его разводку не существует. В случае, если назначение сигналов не описано в документации, для определения соответствия достаточно найти контакты земли и питания, а сигналы Data и Clock возможно затем найти экс пери ментально — их перестановка на короткое время не опасна. На некоторых системных платах потребуется также включить поддержку интерфейса PS/2 в BIOS Setup (страницы BIOS Features, Advanced Chipset или Integrated Peripherals), а также проследить за тем, чтобы была свободна используемая интерфейсом линия IRq 12.

391

Вопросы и ответы

Подключение мыши с другим типом интерфейса Подключить обычную м ы ш ь для СОМ-порта (Serial Mouse) к порту PS/2 и наоборот в общем случае невозможно по причине разных типов интерфейса. Некоторые модели Serial Mouse (к примеру, Logitech) и PS/2 Mouse (MouseMan) имеют возможность работы по обоим интерфейсам и могут подключаться к интерфейсу другого типа через специальный переходник. Приблизительно определить поддержку двух интерфейсов возможно по количеству задействованных контактов в разъеме — для работы по каждому типу интерфейса используется четыре сигнала.

Плата, необходимая для работы процессора ММХ Для этого достаточно, чтобы плата обеспечивала двойное электропитание процессора напряжениями 2.5-2.9 В для ядра (core) и 3.3 В — для выходных буферов (I/O).

Использование режима DMA/Bus Master на контроллерах 1371 Установить драйверы Bus Master от Triones или Intel, взяв их с программной дискеты от любой платы с т а к и м же контроллером (FB или SB), или в Internet (файлы обычно называются ВМШЕ или BUSMASTE).

Интерфейс управления рабочим местом — DMI Desktop Management Interface — интерфейс управления рабочим местом. Служит для сбора информации о составе и работе компьютеров сети с целью накопления статистики или ведения базы данных по компьютерам организации. Поддержка DMI может быть также встроена в системный BIOS, что облегчает операционной системе отслеживание изменений в аппаратной конфигурации компьютера.

Режимы работы параллельного (LPT) порта SPP, ЕСР, ЕРР SPP (Standard Parallel Port — стандартный параллельный порт) — обычный интерфейс PC AT. Осуществляет 8-разрядный вывод данных с синхронизацией по опросу или по прерываниям. Максимачьная скорость вывода — около 80 Кб/с. Может использоваться для ввода информации по л и н и я м состояния, максимальная скорость ввода — примерно вдвое меньше. ЕРР (Enhanced Parallel Port — расширенный параллельный порт) скоростной двунаправленный вариант интерфейса. Изменено назначение некоторых сигналов, введена возможность адресации нескольких логических устройств и 8разрядного Ешода данных, 16-байтовый аппаратный FIFO-буфер. Максимальная скорость обмена — до 2 Мб/с. ЕСР (Enhanced Capability Port — порт с расширенными возможностями) интеллектуальный вариант ЕРР. Введена возможность разделения передаваемой информации на команды и данные, поддержка DMA и сжатия передаваемых данных методом RLE (Run-Length Encoding — кодирование повторяющихся серий).

392

Вопросы и ответы

Изменение умолчаний и заставки в AWARD BIOS В версиях, начиная с 4.50G — возможно. Для этого нужно считать прошивку ПЗУ при помощи любой подходящей утилиты (PFlash, AwdFlash, 28COIO) либо обычного программатора, и воспользоваться программами AwardBin или ModBin. Таким образом возможно изменить стандартные временные параметры для различных системных частот, умолчания, устанавливаемые командой «Load BIOS Defaults», инженерный пароль, заставку «Energy Star» (утилитой CBROM, работает не для всех версий BIOS) и прочее. Полученную в результате обновленную прошивку остается записать н ПЗУ утилитой или программатором. Комплект утилит для работы с прошивками вначале свободно распространялся на сайте AWARD Software, однако теперь фирма предоставляет его только OEM-партнерам.

Использование на плате прошивки BIOS от другой платы Чаще всего — возможно, если обе платы собраны на одинаковом Chipset'e и имеют одинаковые универсальные контроллеры ввода/вывода (Super I/O), Однако возможны несоответствия в нумерации разъемов PCI, SIMM, назначении сигналов внешнего контроллера 8042 и других тонкостях построения плат.

Form factor Так обозначается физическая конструкция и типоразмер системных плат и компьютерных корпусов. Сейчас выпускаются платы трех основных конструкций: •

Baby AT — классическая плата, общий вид которой сформировался в конце 80-х, предназначенная для установки в стандартный корпус типа Baby Desktop или Tower. Имеет гнездо для подключения клавиатуры в правой верхней части, разъемы для плат расширения расположены в середине и слева, разъемы для памяти — справа, процессор находится в нижней части платы. Разъемы портов внешних устройств выносятся на заднюю стенку корпуса и подключаются к плате при помощи кабелей.

•

Slim — плата, предназначенная для установки в «узкий» корпус типа Slim Desktop. Основная конструкция совпадает с Baby, вместо нескольких разъемов расширения имеет один, в который устанавливается переходник. Карты расширения устанавливаются в переходник параллельно плате. АТХ — плата стандарта ATX. AT Extension (расширение AT) — стандарт корпуса и системной платы для настольных компьютеров. Корпус представляет собой доработанный вариант корпуса Slim; плата (стандартный размер — 305 х 244) располагается в нем длинной стороной вдоль задней стенки. Блок питания имеет приточную систему вентиляции, процессор устанавливается в непосредственной близости от него для минимизации длины питающих цепей и охлаждения от встроенного вентилятора (для мощных процессоров все же требуется собственный вентилятор). Некоторые блоки имеют автоматическую регулировку скорости вращения вентилятора в зависимости от температуры.

393

Вопросы и ответы Блок питания АТХ, кроме стандартных для AT напряжений и сигналов, обеспечивает также напряжение 3.3 В и имеет возможность включения и отключения основного питания по сигналу с платы, которая имеет для этого программный интерфейс. Имеется также отдельная линия слаботочного питания 5 В, напряжение на которой поддерживается постоянно и используется в цепях управления основным питанием для отслеживания внешних сигналов запуска по сети, модему. Для соединения блока питания с платой используется единый 20-контактный разъем. В стандарте АТХ оговорен также необязательный разъем, через который с блока питания на плату подается информация о частоте вращения вентилятора, а с платы в блок питания — сигнал управления вентилятором и контрольный уровень напряжения 3.3 В для более точной его стабилизации. Наружные интерфейсные разъемы располагаются в области верхнего правого угла платы и могут устанавливаться друг над другом. Для разъемов расширения отведена левая половина платы (до семи разъемов); за счет вынесения процессора на правую сторону ограничения на длину устанавливаемых плат отсутствуют. Разъемы для модулей памяти расположены посередине, а интерфейсные разъемы дисков — в правом нижнем углу, в непосредственной близости от самих дисков. Выпускаются также стандартные платы формата AT, имеющие разъем для блока питания АТХ и поддерживающие управление сетевым питанием.

Виды разъемов — Socket n и Slot n Виды разъемов для процессора и класс интерфейса процессора с системной платой. Socket — плоский разъем для установки микросхемы с выводами, перпендикулярными корпусу. Slot — щелевой разъем для установки платы с контактами по краю. Socket I (PGA-169) - процессоры типа 486SX/DX/DX2 (5 В). Socket 2 (PGA-238) - процессоры типа 486SX/DX/DX2/DX4 (5 В). Socket 3 (PGA-237) - процессоры типа 486SX/DX/DX2/DX4 (5/3.3 В). •

Socket 4 (PGA-273) - процессоры Pentium-60/66 (5 В).

•

Socket 5 (SPGA-320) — процессоры Pentium-75. 120 (3.3 В). Socket 6 (PGA-235) — процессоры типа 486DX4 (3.3 В). Socket 7 (SPGA-32I) — процессоры типа Pentium-75. 333 (2.2,.3.3 В).

•

Socket 8 (PGA/SPGА-387) - процессоры Pentium Pro (P6).

•

Socket 370 (PPGA-370) - процессоры Celeron PPGA.

•

Slot 1 (SEC-242) — процессоры типа Pentium II/Celeron. Slot 2 (SEC-330) — процессоры типа Pentium II Xeon.

Для каждого типа разъема, помимо физического расположения и количества контактов, имеется своя схема соответствия контактов электрическим сигналам. Поэтому, несмотря на то, что процессоры 486 физически могут быть установ394

Вопросы и ответы лены в любой из разъемов это серии, а процессоры Pentium в любой из разъемов Socket 5/7, правильная, безопасная и полноценная работа процессора в «чужом» разъеме возможна лишь в том случае, когда существующая разводка сигналов совместима с типом установленного процессора. Это касается выводов коэффициента умножения, управления внутренним кэшем, автоматического определения напряжения питания, имеющих различное расположение и назначение в процессорах разных типов и серий.

Стандарт системных плат Super? Стандарт системных плат с Socket 7 поддерживает внешнюю частоту 100 МГц и интерфейс AGP. Классические платы с Socket 7 поддерживают частоты до 66 (реже до 75/83) МГи.

Отличие многопроцессорной платы от обычной На многопроцессорную плату возможно устанавливать более одного процессора (обычно — два) типа Pentium и старше. Процессоры разделяют общую память и системную ш и н у , работая на одной системной частоте. Для каждого процессора имеется свой внешний кэш. Процессоры устанавливаются либо непосредственно на плату, либо на специальные модул и-переходники. В отличие от асимметричной (AMP — Asymmetric Multi-Processor) архитектуры, в которой основной процессор выполняет код операционной системы, а дополнительный — пользовательские задачи, многопроцессорные системные платы IBM PC имеют симметричную (SMP) архитектуру, в которой оба процессора равноправны, и в равной мере способны выполнять код как ОС, так и приложений. Выигрыш от многопроцессорной системы возможно получить лишь при использовании систем, поддерживающих такую архитектуру — Windows NT, Solaris, SCO UNIX MPX, UNIXWare, Linux, FreeBSD 3.0. При этом различные подзадачи (threads) одного процесса, разделяющие его адресное пространство, могут независимо и одновременно вы подняться на различных процессорах. В случае однопроцессорной ОС или при отсутствии активных процессов с более чем одной подзадачей дополнительные процессоры выигрыша не дают. Большинство многопроцессорных плат может работать с меньшим кол ичеством процессоров, чем предусмотрено конструкцией. В этом случае неиспользуемые разъемы либо оставляются свободными, либо заполняются специальными заглушками.

Аппаратные протоколы PC/PCI и DDMA Это аппаратные протоколы для обеспечения совместимости PCI-карт с традиционным способом прямого доступа к памяти (DMA). В стандартной реализации контроллера DMA он не может обслуживать устройства шины PCI — для этого в каждом устройстве реализуется протокол Bus Master. Протоколы PC/PCI и DDMA разработаны для совмещения контроллера DMA с PCI-устройствами; в первую очередь это сделано для разработки звуковых PCI-карт, совместимых с Sound Blaster и Windows Sound System. Протокол PC/PCI основан на выборочном переназначении на шину РС1 сигналов запроса/выдачи данных, выведенных от каналов контроллера DMA на

395

Вопросы и ответы шину ISA, что позволяет PCI-устройству обмениваться с памятью под управлением основного контроллера DMA. Протокол DDMA (Distributed DMA — распределенный DMA) основан на выборочной передаче обращений к регистрам каналов контроллера DMA на шину PCI, где эти регистры эмулируются PCI-устройствами с поддержкой DDMA. Сам обмен с памятью в этом случае выполняется в режиме Bus Master, стандартном для PCI-устройств. Из распространенных chipsct'oB протоколы PC/PCI и DDMA поддерживается в Intel 430TX, ALI Aladdin 1V+, Aladdin V.

Расшифровка звуковых сигналов, выдаваемых BIOS при ошибках В настоящее время используется два универсальных звуковых сигнала BIOS; •

длинные непрерывные — неисправность системной памяти или ее цепей. Продолжение работы невозможно. один длинный, два коротких — неудача при инициализации видеоадаптера. Работа продолжается, все обращения к видеоадаптеру через BIOS игнорируются. Эти же сигналы выдаются при отсутствии монитора в случае поддержки картой автоматического опознания его наличия.

Источники информации по системным платам и их BIOS Ведущие производители плат и BIOS имеют свои серверы в Internet: •

ABIT — abit.com.tw

•

Ability (Elpina) — ability-tw.com

•

ACORP — acorp.com Л w

•

Acer Open — aopen.com.tw

•

AIR — airwebs.com AMI — megatrends.com

•

AsusTek — asus.com, asus.ru

•

Award Software — award.com, award.com.tw

•

A-Trend — atrend.com, atrend.com.tw

•

Chaintech — chaintech.com.tw, chaintech.de, chaintech.ru

•

Data Expert — dataexpert.com, dataexpert.com.tw

•

ELlite Group — ecsusa.com. www.ecs.com.tw

• FIC — fie.com,tw

• •

FKI — fkusa.com Full Yes — www.fyi.com.tw/html/index.htm

396

Вопросы и ответы •

Gigabyte — gigabyte,com.tw

•

IBM — chips.ibm.com

•

Intel — intel.com, intel.ru, www-cs.intel.com

•

Iwill — iwill.com.tw, iwillusa.com

•

Jet System — jet-way.com, j-mark.com

•

Lucky Star — www.lucky-star.com.tw

•

Microid Research — mrbios.com Micronics — micronics.com Microstar— msi.com.tw MoSys — mosys.com

•

Ocean — oceanhk.com

•

Pine Technologies — pinegroup.com

•

QDI Group — qdigrp.com Shuttle — spacewalker.com SiS — sis.com.tw, sisworld.com Soltek — soltek.com.tw Soyo — soyo.de, soyo.com, soyo.com.tw, soyo.nl

•

Supermicro — supermicro.com

•

Tyan — tyan.com

•

UMC — umc.com,tw VIA — via. com. tw

•

Zida (Tomato) — zida.com

Информацию по системным платам, новые версии BIOS и драйверов возможно также найти на: •

leo.org

•

ix.de sysdoc.pair.com

•

.iadfw.net .airmail.net

•

x86.org

•

www.ping.be/bios/bios.html

•

www.dallas.net/~ksm/drivers/

•

www.motherboards.org

•

www.faqs.org — большое собрание различных FAQ www.whatis.com — словарь терминов

397

Вопросы и ответы

Компьютерная память: чипы Контакты и их функциональное назначение микросхемы DRAM Микросхема DRAM (в данном случае — асинхронного) имеет следующие контакты: •

Линии ввода/вывода — служат непосредственно для передачи данных. Их количество, как правило, 1, 4, 8 или 16. Каждому адресу соответствует количество бит, равное числу линий ввода/вывода;

•

Адресные линии — служат для передачи адреса, по которому в чипе находятся считываемые/записываемые данные;

•

RAS — регистр строки, сигнал на этой линии означает, что на адресные л и н и и подается адрес строки, в которой содержатся данные; CAS — регистр столбца, сигнал на этой линии означает, что на адресные л и н и и подается адрес столбца, в котором содержатся данные;

•

Write Enable — сигнал на этой л и н и и означает, что возможна запись данных; Output Enable — сигнал на этой линии означает, что возможно считывание данных;

•

Еще 2 контакта служат для подачи питания (земля и рабочее напряжение).

Микросхема SDRAM имеет, помимо перечисленных выше, ряд дополнительных контактов, предназначенных, в частности, для ввода сигнала таймера и выбора внутричипового банка.

Значение цифр 1x4, 4x4, а также слова «четырехмегабитный» или «шестнадцатимегабитный» 4 мегабита — это емкость чипа (в английских источниках используется также термин «плотность»). Для чипов она традиционно измеряется именно в битах. Поскольку емкость модулей памяти традиционно измеряется в байтах, это может вызвать небольшое замешательство. Хотя такая конверсия и не совсем корректна, возможно перевести 4 мегабита в 0.5 мегабайта. В частности, память в видеокартах расширяется именно попарно взятыми четырехмегабитными чипами (мегабайт пара). Емкость чипа является одной из его важнейших характеристик, кроме того, это показатель технологического уровня, на котором он выполнен. Тем не менее просто указание емкости дает о чипе слишком мало информации. Вероятно, уместно будет привести аналогию с модулями SIMM. Информация о том, что предложенный на продажу SIMM имеет емкость 4 Мбайт, думается, даже менее важна для потенциального покупателя, чем информация о том, 30- или 72-пиновый модуль предложен. Точно так же и чипы могут иметь разное количество (обычно 1, 4, 8 или 16) линий ввода-вывода, что очень сильно влияет на область их применения. 398

Вопросы и ответы Обозначение 1x4 означает, что данный чип имеет 1 мегабит (более корректно обозначение 1Мх4, но в тысячу и более раз ошибиться, как правило, довольно трудно) адресного пространства (или попросту адресов), по каждому из которых возможно сохранить 4 бита информации (при чтении/записи каждый из этих битов требует отдельной линии ввода/вывода). Емкость чипа, таким образом, составляет 4 мегабит, то есть результат умножения в формуле 1x4. Чипы 1x4 в основном использовались ранее для производства модулей памяти. Точно так же чип 256x16 (256 в данном случае килобит) имеет емкость тс же 4 мегабит (это уже упомянутые выше ч и п ы для расширения видеопамяти). Наконец, шестнадцатимeraбитными являются, к примеру, чипы 4x4 и 1x16, используемые сейчас в производстве SIMM 72-пин 16/32 и 4/8 мегабайт соответственно.

Емкости чипов Как правило, емкость чипа (англоязычные источники используют также понятие «плотность») растет с инкрементом 4. Это вызвано тем, что добавление одной лишней адресной л и н и и позволяет увеличить количество строк (и столбцов) в адресной матрице вдвое, всего же ее размер возрастает вчетверо. Это. так сказать, логическое объяснение, вероятно, есть и какие-то технологические соображения. Или, скажем, закон Мура и слишком д л и н н ы й цикл разработки делают невыгодным производство промежуточных вариантов. Итак, ч и п ы емкостью меньше мегабита в настоящее время фактически не производятся и не применяются, хотя их и возможно найти в старых изделиях (впрочем, они в любом случае малополезны по причине больших времен доступа). Основной поток производимых чипов в настоящее время составляют 16Mb модели, 64Mb, 256Mb, 1Gb.

Имеет ли отношение к емкости размер и форма чипа Отношение к емкости — и да и нет. Как ни забавно, размер и форма чипа определяются в первую очередь количеством ножек, которые нужно на этом чипе разместить. А количество ножек — это опять же в первую очередь ширина ш и н ы (то есть, количество л и н и й ввода/вывода), а вовсе не емкость (число адресных линий у современных чипов примерно от 10 до 12). С другой стороны, утверждение, что чипы, выпускающиеся по новой технологии (то есть максимальной на сегодняшний день емкости), имеют тенденцию быть «большими» с последующим снижением размера по мере отработки технологии, также недалеко от истины. Классическим примером здесь являются чипы 4x4. Вот список относительно распространенных чипов с характерными размерами и количеством ножек. 300 mil — это примерно 7.5 мм, 400 — примерно 1 см, измеряется таким образом ширина чипа (то есть, его короткая сторона без контактов). Все данные для SOJ, цифра в скобках — «номинальное» количество контактов. • •

1x1 - 20(26)-контактный SOJ, 300 mil 1x4-20(26), 300 4x1 -20(26), 300

• •

256x16 — 40, 400 («длинный» чип) 4x4 - 24(26), 300 399

Вопросы и ответы •

1x16 — 42, 400 («длинный* чип)

• 2x8 - 28, 400

•

16x4-32,400

Размеры чипов 300 mil и 400 mil Это — наиболее часто встречающиеся размеры чипов в одном из измерений, а именно — в ширине. Вероятно, в том, что именно ширина чипа является «характерным» размером, заключена некая технологическая магия. Mil —- это одна тысячная дюйма, таким образом, 300 mil —это примерно 7.5 мм, а 400— 10мм. Напоминаю — речь идет о ширине чипа, для SOJ и TSOP — это размер свободной от ножек стороны. Длина при этом в зависимости от числа ножек может различаться более чем вдвое. В природе существуют, хотя сейчас практически и не выпускаются, более мелкие чипы (как правило, это однобитные чипы типа 1x1, применяемые в качестве чипов четности). Надо особо отметить, что чипы 4x4 (те, из которых делают 16- и 32-мегабайтные SIMM) на ранней стадии выпускались в 400 mil SOJ корпусе. Впоследствии все производители перешли на корпуса 300 mil. Так что имейте в виду — необычно большие чипы 4x4 почти наверняка очень старые.

Как определить емкость чипа «на глазок» Есть один приемчик, правда, прочитать маркировку специалисту ничуть не труднее. 300 mil SOJ организации 1 х4 (то есть 4Mb) и 4x4 (16МЬ), служащие (первые постепенно уступают место чипам 1x16) основным материалом для производства 72-pin SIMM 4/8 и 16/32 MB соответственно, визуально похожи как две капли воды, не считая того, что что первые имеют 20 контактов (дважды по 5 с каждой стороны), а вторые — 24 (дважды по 6). Отличить 5 контактов от 6 довольно просто, таким образом, отличить SIMM 8MB от 32MB способен даже первоклассник. Забавно, что формально и те, и другие SOJ являются 26-контактными, просто у первого отсутствуют 6 контактов (по 3 с каждой стороны), а у второго — всего 2 (по одному), так что возможно и не считать ножки, а смотреть на просвет посередине между ними, В принципе, довольно легко опознавать, скажем, чипы 1x16, но лишь в предположении, что 256x16 на нашем горизонте отсутствуют. Аналогично могут быть отличены, скажем, чипы 2x8 и 16x4, но и это потребует довольно скрупулезного подсчета ножек. Так что вышеприведенный пример в каком-то смысле единственный,

«Упаковка» чипа. Отличие SOJ, TSOP Упаковка применительно к чипам — не более, чем способ, которым полупроводниковая «вафля» запаяна в пластмассу, а также то, в какую сторону загнуты ножки у получившегося продукта. DRAM возможно встретить в упаковках типа DIP, ZIP и некоторых других, однако для производства модулей памяти используются преимущественно SOJ и TSOP. Первые встречаются чаще всего и отличаются «загнутыми в форме буквы J» ножками, что позволяет с успехом использовать их как для пайки, так и для вставления в гнезда без риска повредить контакты. TSOP имеют плоские корпуса с горизонтально выходящими из них контактами и пригодны только для пайки. 400

Вопросы и ответы Достоинства и недостатки обоих типов упаковки довольно очевидны. SOJ значительно более технологичны как при производстве, так и при последующей установке в изделие. TSOP экономят довольно много места, что зачастую имеет критическое значение, особенно для мобильных компьютеров. С другой стороны, неочевидно, что они способны должным образом рассеивать тепло. Надо отметить, что ч и п ы , рассчитанные на рабочее напряжение 3.3В, чаще всего выпускаются в упаковке TSOP. Вероятней всего, это дань традиции, поскольку низковольтная память применялась поначалу только в ноутбуках. В частности, это относится к SDRAM, который мне вообще не доводилось видеть в упаковке SOJ. Так что не исключено, что мы являемся свидетелями заката эры SOJ.

Информация, содержащаяся в маркировке чипа Как правило, маркировка чипа несет на себе такую информацию, как производитель чипа, страна происхождения и дата его изготовления. Кроме того, чаще всего присутствует некая «служебная» информация (к примеру, это может быть код технологической линии, выпустившей данный чип). Однако важнее всего, безусловно, информация о том, что именно за чип мы видим перед собой (то есть тип памяти, организация и как следствие емкость, время доступа, упаковка и некоторые другие архитектурные и технологические подробности). Такая информация на чипе обязательно присутствует в виде строки, как правило это наиболее длинная строка из всех имеющихся. Это, если возможно так выразиться, артикул продукта, зная его, всегда возможно получить подробнейшую информацию о нем из соответствующего databook. Информация о чипах, выпускаемых в данный момент, обычно доступна и на сайтах производителей. Тем не менее остается вопрос — что делать, если databook под рукой нет (что обычно и имеет место), а сайт недоступен/не отвечает/не содержит нужной информации? К счастью, подавляющее большинство производителей придерживается (по крайней мере для передачи организации чипа) более или менее стандартной нотации (исключение составляют Micron и Samsung). Имея некоторое представление об этой нотации, почти всегда возможно с высокой долей достоверности определить, что за чип перед вами, не прибегая к справочникам. Тем не менее некоторая справочная информация, которая может оказаться полезной, приведена в обновленной версии таблицы в уже упомянутом выше списке major-производителей.

Определение времени доступа по маркировке чипа В подавляющем большинстве случаев — да, причем однозначно (если, конечно, слишком не задаваться вопросом, соответствует ли промаркированное время реальному). «Длинная» строка артикула практически всегда заканчивается конструкцией вида: Х(ХХ)(-)п(0)(ХХХ)

где в скобках находятся необязательные элементы, X — буква, п — цифра (или 2 цифры, первая из которых 1). Такая маркировка означает, что данный чип имеет время доступа пО не. Иными словами — если строка артикула оканчивается группой букв — отбросим их. Для 60 не чипа после последней оставшейся группы букв должны стоять символы 6, -6, 60 или -60. В случае, если время доступа не оканчивается на 0 (к примеру, 55 не), оно обычно приводится без отбрасывания цифр (то есть, 55 или -55).

401

Вопросы и ответы Поскольку характерные времена доступа для асинхронного DRAM находятся в диапазоне от 50 до (для очень старых чипов) 150 не, мантиссы времен доступа не перекрываются, так что ошибка практически исключена. Не забудьте только убедиться, что перед вами именно асинхронный DRAM, а не, скажем, SRAM или SDRAM. Что касается SDRAM — ситуация тут несколько менее однозначная, скорее всего по причине недоотработаннести общего стандарта. В частности, разные производители могут применять для маркировки как время такта (наиболее часто), так и тактовую частоту. Можно, впрочем, быть более-менее уверенным, что SDRAM с маркировкой 10 является 10 не (а равно и 100 МГц), что, впрочем, не гарантирует его соответствия стандарту PC 100. Наконец, изредка возможно встретить нетрадиционную маркировку. Так, к примеру, NEC маркирует свои TSOP (и только их) по схеме типа ...G5-A60-7JD. Здесь время доступа — это группа цифр (60) после А, а все остальное имеет отношение к типу корпуса и ревизии. Определяя время доступа по указанному методу, вы не ошибетесь, в любых неоднозначных случаях рекомендуется обращаться к документам производителей.

Определение по маркировке чипа fast page или EDO Для начала не забудьте убедиться, что перед вами именно асинхронный чип. Найдите на чипе «длинную» строку артикула. В случае, если она оканчивается группой букв, их возможно проигнорировать. Далее, глядя справа налево, идет цифра или группа цифр, иногда отделенная дефисом от остальной маркировки, перед ними — одна или несколько букв. Перед этими буквами должна идти длинная (не меньше 4) группа цифр, нас интересует последняя из них (то есть, крайняя справа, непосредственно перед буквами). В случае, если эта цифра — 0 (крайне редко 1 или 2) — с подавляющей вероятностью перед вами fast page. В случае, если это другая цифра (чаще всего 5) — это скорее всего EDO. Относительно необычную нотацию применяет Micron (кстати, чип Micron может иметь не вышеупомянутую длинную группу цифр перед последними буквами, а смешанную буквенно-цифровую комбинацию), единых правил здесь нет, но маленькие (меньше 5) цифры скорее обозначают fp, а большие — EDO.

Отличие по маркировке и внешнему виду SDRAM Заведомо отличить чипы SDRAM по внешнему виду, по крайней мере «на глазок», невозможно, зато зачастую возможно отличить не-SDRAM. Дело в том, что чипы SDRAM выпускаются исключительно в исполнении TSOP, так что если перед вами SOJ, то он скорее всего SDRAM не является. Аналогично — если перед вами явно 5-вольтовый TSOP, то и это вряд ли SDRAM. Наконец, маркировка времени доступа типа 60, 70, 15(0) вряд ли принадлежит SDRAM, а. скажем, 67 (МГц), Шили 12 (вряд ли вы встретите TSOP 100 или 120 не) скорее всего принадлежит (но, скажем, о 7 ничего определенного сказать нельзя, разве что достоверно известно, что 70 не данный производитель пишет полностью).

402

Вопросы и ответы Что касается полной маркировки — безусловно, SDRAM (как, впрочем, и любой чип) возможно определить по маркировке при наличии databook изготовителя. В случае, если при этом не требуется знать подробностей о чипе, возможно обойтись и сокращенной информацией, приведенной в таблице major-производителей. Дело в том, что, как правило, асинхронный и синхронный DRAM относятся производителями к разным товарным группам. Информация о товарных группах содержится в цифре или группе цифр (реже с буквами), идущих непосредственно после кода производителя. Иногда код товара не меняется, просто внутри маркировки добавляется «лишняя* буква S.

Чипы с «встроенной» четностью Toshiba выпускала чипы организации 1x18 (маркированные TC5118180AJ), представлявшие собой чип 1x16 «в одном флаконе» с двумя чипами четности. Из двух таких чипов получался SIMM 1x36 (4MB 72-пин с четностью), из четырех — 2x36, причем это были SIMM с абсолютно честной четностью и полностью логически совместимые со стандартными. Не исключено, что такие чипы выпускали и другие производители, хотя, насколько возможно судить, сейчас они уже вряд ли делаются. Так что если вам покажут SIMM с четностью всего из двух чипов, не спешите крутить пальцем у виска, а попробуйте присмотреться к маркировке чипов (напомним, что «обычные» 1x16 были бы маркированы ТС5118160AJ).

«Чип четности» и как он отличается от остальных В 30-пиновых SIMM с четностью на 8 бит основной памяти приходился 1 бит для контрольной суммы, и эта схема была унаследована и 72-пиновыми SIMM (скорее всего, поначалу это было сделано, чтоб не перестраивать контроллеры, а дальше шло уже по инерции). Таким образом, чип, предназначенный для хранения этого самого бита контрольной суммы (и имеющий тем самым ширину шины 1) — этой есть чип четности. Это ч и п ы организации Ixl (SIMM 1x9, 1x36, 2x36) и 4x1 (SIMM 4x9, 4x36, 8x36) соответственно. На 30-пиновом SIMM такой чип всегда один, у 72-пинового — от 4 (1x36, 4x36) до 8 (2x36, 8x36). Иногда они отличаются меньшим размером (1x1 — 200 mil), в принципе же их всегда возможно отличить по маркировке, в том числе и не зная принципов ее чтения. Например, SIMM 1x36 состоит из 8 чипов 1x4 и 4 чипов 1x1, так что если вы видите 8 чипов с одной маркировкой и 4 -— с другой, то последние и есть чипы четности. По мере развития производства 72-пиновых SIMM чипы четности стали иногда объединять «в одном флаконе» по 2 (1x2 Duat-CAS) или 4 (1x4 Quad-CAS).

Чип «логической четности» и как его отличить Ч и п «логической четности» по существу не имеет ни малейшего отношения к памяти и представляет собой не более чем логический сумматор. Предназначен он для того, чтобы имитировать присутствие чипов четности. Напомним вкратце принцип действия контроллера четности — прежде, чем записать данные в память, он вычисляет для каждых 8 бит контрольную сумму (отбрасывая старшие разряды в двоичной системе), известную также как «четность», и записывает ее в чипе четности. При чтении контрольная сумма вычисляется повторно, и если она совпадает с контрольной суммой, хранящейся в чипе четности, данные считаются аутентичными. Одним из недостатков метода является необходимость тратить деньги на чипы четности (которые как правило еще и более дороги, так как при-

403

Вопросы и ответы надлежат к «вчерашней» технологии), так что общая стоимость памяти возрастает даже не на 12.5, а на десятки процентов. Во времена дорогой памяти это было очень существенно. Логические же схемы всегда стоили копейки. «Логическая четность» была разработана для того, чтобы «обмануть» устаревшие контроллеры памяти, не позволяющие отключить контроль четности. Действует она следующим образом — биты четности, вычисленные контроллером на стадии записи, в модуле не хранятся (негде), а на стадии чтения вычисляются еще раз чипом «логической четности» и предъявляются контроллеру, как если бы они хранились. Естественно, контроллер, работающий в паре сданным устройством, никогда не обнаружит ошибку четности, даже если данные в памяти и были повреждены. Надо отметить, что уметь распознать логическую четность немаловажно. Дело в том, что (как отчасти показано выше) область ее мато-мальски оправданного применения ограничена сравнительно небольшим количеством устаревших систем. К сожалению, многие торговцы памятью не устояли перед соблазном продавать память с «логической» четностью по цене четности истинной, что, очень мягко выражаясь, нечестно. Итак, основные признаки чипа «логической» четности следующие: •

Маркировка, не совпадающая с известными маркировками DRAM (никто из major-производителей никогда не выпускал «логических» чипов).

•

Наличие в маркировке букв типа ВР (bridge parity — один из синонимов «логической» четности).

•

Только один чип «четности» для однобанковых 72-пиновых SIMM (2 для двухбанковых). Внимание — это может быть и «честный» чип Quad-CAS, постарайтесь внимательно изучить маркировку.

•

Упаковка TQFP (для 72-пиновых SIMM).

Надо иметь в виду, что пошедшие по кривой дорожке производители модулей иногда перемаркировывают чипы «логической» четности, выдавая их за «истинные», так что (особенно это касается 30-пиновых SIMM) беглого осмотра может и не хватить. Существуют и другие способы маскировки — к примеру, подозрительные чипы заклеиваются «гарантийной наклейкой» или на модуль устанавливаются болванки с целью скрыть истинное количество чипов. Поэтому возможно порекомендовать трактовать наличие перечисленных подозрительных моментов в пользу того, что перед вами чип «логической четности».

Чип ЕСС Чип ЕСС — микросхема встроенного в модуль памяти контроллера ЕСС. Такого рода технология (под названием ECC-on-SIMM) непродолжительное время применялась некоторыми brand-name производителями серверов (Digital, HP, IBM) в своих старших моделях (в те времена это были примерно Pentium-133), Насколько возможно судить, автором технологии и производителем чипов была IBM, К сожалению, я не располагаю более подробными сведениями о маркировке этих чипов (память для мощных серверов, сами понимаете, обычно работает, а не валяется там, где ее возможно потрогать)...

404

Вопросы и ответы

Определение производителя чипа По маркировке чипов, изготовленных major-произвол и теля ми (если она сохранилась, конечно), производителя возможно определить практически всегда. Два ключа к определению — это логотип производителя, который обязательно присутствует в виде букв или рисунка, а также собственно маркировка чипа, особенно ее первые буквы и иногда цифры.

Чипы не-major производителей, присутствующие на рынке На рынке, не считая «настоящих» и «явно поддельных» чипов, присутствуют чипы еще как минимум 2-х разновидностей. Практически все они изначально (со времен дефицита DRAM) ведут свою родословную от бракованных или низкокачественных партий DRAM (как правило, в виде пластин), которые производителям выбрасывать было жалко, а продавать под своим именем означало нанести ущерб имиджу. В то же время всегда существовал спрос на DRAM «некомпьютерного» качества для некомпьютерных же применений. Другое дело, что недобросовестные продавцы, пользуясь недостаточной информированностью покупателей, направляли такие ч и п ы и на компьютерный рынок. Паковались такие чипы одним из двух способов: •

Low-grade (или C-grade) brands. Ярчайший пример — Spectek — подразделение Micron по реачизаиии низкосортных чипов. Использует маркировку Micron с заменой МТ на S и логотипом с буквой S же. Еще 2 кандидата (к сожалению, в данном случае утверждение делается с меньшей долей уверенности) в «низкосортные бранды» — это Laser и Vigour, хотя кому они принадлежат — неизвестно... Речь во всех случаях идет о марках. специально созданных принципалом для реализации низкосортного кремния. «Упаковочные бранды» — ряд предприятий (расположенных преимущественно в Азии), выпускающих чипы DRAM из кремниевых пластин, полученных «откуда подешевле вышло». Сюда, как правило, попадает отбраковка из региона Корея-Япония. Яркий пример — гонконгская компания ACT (ей также принадлежит марка CTS). Общее число возможных «брандов» такого рода исчислению не поддается, так как при натичии достаточно крупного заказа «упаковщики» с удовольствием нарисуют на чипах все, что угодно душе заказчика.

Что возможно сказать о чипах этих производителей? Начнем с того, что сами производители, как правило, ни в чем не виноваты. Они честно работают с низкокачественным исходным материалом, и непосредственные покупатели чипов всегда заранее осведомлены о, скажем, возможных отклонениях в характеристиках или высоком проценте брака. Другое дело, что те, кто изготавливают из таких чипов модули памяти и без должного тестирования (чтобы вышло еще дешевле) продают их как полноценные, мягко говоря, не совсем правы... Факт в том, что за время моей работы на рынке памяти мне неоднократно приходилось по просьбе знакомых тестировать отдельные экземпляры и партии даже не безымянных, а вот таких вот SIMM на базе Spectec или ACT, и результаты зачастую были

405

Вопросы и ответы катастрофическими — к примеру, 50% брака в коммерческой партии или безнадежно мертвые модули, присланные потенциальным продавцом как «образцы». К несчастью, существует такой бизнес, когда все посредники в цепочке осведомлены о том, что товар только прикидывается полноценным, и в неведении о причинах своих проблем находится лишь конечный пользователь. Впрочем, бывает, что ошибку совершает и менеджер по закупкам «универсальной» компьютерной конторы, привлеченный низкой ценой... С другой стороны, далеко не каждая партия «не-мажорных» чипов обязана иметь высокий процент брака, поскольку кремний, упакованный «не-мажором», может быть списан «мажором» по самым разным причинам. Но, рассматривая вопрос о покупке модулей памяти на базе «не-мажора», всегда имейте в виду, что вероятность столкнуться с браком, в том числе и неявным (скажем, проявляющимся после значительного прогрева чипов в рабочем режиме) значительно выше, чем для модулей на базе чипов major. Поэтому желательно иметь значительный выигрыш в цене плюс что-то вроде манибэка хотя бы на недельку-другую для тестов.

Отличие major-производителей от остальных Основным отличием является наличие собственного кремниевого производства. Это невозможно без значительных инвестиций, в том числе и в разработку, соответственно, фирм-однодневок на этом рынке не существует. Как следствие, major, имеющие определенный статус, меньше всего заинтересованы в его потере и практикуют жесточайший выходной контроль для своей продукции. В результате снижается риск приобретения брака конечным потребителем. Кстати, на «нормальном» потребительском рынке, не имеющем дела ни с кем кроме «мажоров» (речь не о сознательном выборе потребителя, выбор делает производитель модуля или торговец, потребителя обслуживающий), нормой является пожизненная гарантия на память. Брэнды же, не имеющие статуса major, собственных производств кремния не имеют, и либо специально созданы для реализации низкосортного кремния (тут комментарии излишни), либо в самом лучшем случае конечный потребитель не может быть уверен в происхождении и качестве кремния, упакованного в данные чипы (но в действительности возможно быть уверенным — кремний был «какой подешевле»). То есть сказать, что качество major и не-major отличаются как небо и земля,, может, и было бы преувеличением.., но разница безусловно есть.

Зачем отказываться от модулей, собранных из «левых» чипов, если стоят они дешевле и устраивают по качеству? Во-первых, не надо отказываться ни от чего, устраивающего вас по качеству! В любом случае высокое и низкое качество, скажем, определенной марки всегда есть понятие статистическое (грубо говоря, процент дошедшего до покупателя брака), так что вы можете являться счастливчиком, дешево купившим идеальный продукт. Опять же, поскольку память, как и большинство чисто электронных устройств, от старости не портится, сам факт долгой безупречной работы — это очень хорошо. Тем не менее вот некоторые соображения, по которым лучше «безымянную» память не покупать.

406

Вопросы и ответы На должной ли высоте планка качества? Сколько раз мы все слыхали о «маздайных» Windows, которые глючат, виснут и падают? На мой взгляд — да. бывает это с ними, но вовсе не настолько часто, чтобы делать из этого проблему. Есть серьезное подозрение, что вся та «маздайность», за которую не отвечают разогнанные процессоры и подозрительные материнские платы, находится на совести памяти (благо она сейчас без четности, сама не пожалуется). Да, Windows довольно-таки уродлива, но если она еще и неработоспособна — не спешите говорить, что с вашим железом все в порядке. В случае, если все в порядке — работает ли память в максимально напряженном режиме (к примеру, если она маркирована на 60 не — 66 ли Mm у вас на шине)? А будет работать? Нынешнее падение цен на память, с одной стороны, вызывает у производителей острейшее желание снизить издержки, не выбрасывая на помойку отбракованный кремний, а реализуя его «подвальным* (преувеличение, конечно) упаковщикам. С другой стороны, для потребителя в этих условиях разница между самой дешевой и самой дорогой (но аналогичной) памятью составляет ничтожную долю цены всего компьютера. Нужно ли рисковать работой машины (или во шть память на замену, если уж на то пошло) за несколько долларов? Вопрос ликвидности. Очень многие компьютеры являются предметом постоянного апгрейда, и «лишние» детали приходится реализовывать. Как вы думаете, что у вас купят с большим удовольствием (и за большие, как следствие, деньги) — Hitachi или «50 лет Народно-Освободительной Армии Китая»? Большинство приведенных выше рассуждений имеют и оборотную сторону, и в действительности не являются доказательством правоты. Девиз «приемлемая функциональность за минимальную пену» имеет право на существование. Так что выбор в конечном счете за вами.

Основные причины выхода чипов из строя Для начата исключим из рассмотрения как «тривиальные» причины поломки чипа (распилили пополам; подали 220 вольт из научного любопытства), так и чипы, которые не работали никогда (с момента упаковки в пластмассу). То есть будем считать, что вопрос относится к чипам, которые в своей ж и з н и успели проработать какое-то, пусть и относительно небольшое, время. Обратите также внимание — выход из строя модуля памяти не обязательно означает неисправность чипа DRAM — довольно часто виной этому дефекты пайки, к примеру, или трещина в печатной плате... Итак, причин, собственно, две с половиной: •

Нарушение условий эксплуатации. Хотя я и готов допустить существование чипов, вышедших из строя по причине чрезмерной жары внутри корпуса компьютера, чаще всего проблема — в рабочем напряжении. Так, считается, что работа 3.3-вольтовых чипов под напряжением питания 5В вполне может послужить причиной их выхода из строя, причем скорее всего это произойдет не сразу. Другие потенциальные источники проблем с напряжением — короткое замыкание в материнской плате (12В на микросхемах памяти, как правило, уничтожают их напрочь), а

407

Вопросы и ответы также скачки напряжения в сети (в том числе и микроскопической длительности), не отфильтрованные должным образом блоком питания. Низкокачественный или неисправный блок питания и сам на многое способен... •

Наличие внутри чипа микродефектов, которые первоначально не влияют на его работу, но растут по мере эксплуатации и рано или поздно выводят его из строя. То есть необнаруживаемый заводской брак. К счастью, такого рода разрушение либо происходит очень быстро, либо не происходит никогда. Хотя, конечно, всегда есть вероятность, что какой-то особо удачный образец будет работать часами или днями, прежде чем испустит дух, но на практике это встречается крайне редко.

•

Комбинация первых двух. С точки зрения покупателя модулей памяти — типичный случай 2, с точки зрения производителя чипов — безусловно, 1. Речь о нарушении технических условий (как правило, все тот же перегрев) на стадии пайки модуля (каковые нарушения и приводят к возникновению дефектов). Встречается, скорее всего, не так уж и редко, особенно при полукустарном (на старой или неисправной SMT-линии) производстве.

Что касается смерти чипа «от старости», то она сравнительно маловероятна (практически все чипы, имеющие внутреннюю предрасположенность к этому, разрушаются в течение непродолжительного срока после подачи напряжения). Скорее наоборот, безупречная работа в течение нескольких лет — очень хорошая характеристика для памяти, которая еще могла бы пригодиться. Другое дело, что моральная смерть чипов по истечению 5. тем более 10 лет, практически неизбежна по причине утраты совместимости с новыми технологиями практически по всем параметрам.

Определение напряжения питания чипа Универсальных правил тут, к сожалению, нет. Предполагается, что нужно отличить ч и п ы напряжением 5В от 3.3В. Штука тут заключается в том, что если взять два одинаковых чипа одного производителя, которые отличаются только напряжением, то отличить 5-вольтовый от 3-вольтового очень просто, ибо последний имеет в маркировке (речь об «основной» ее части, той, где организация чипа, тип корпуса и время доступа) одну лишнюю букву, как правило это L (low), V (voltage) или W (watt). To есть, по умолчанию (без лишней буквы) чип считается 5вольтовым. К сожалению, на этом простота и кончается. Буквы разные производители применяют разные, да еще ставят их в разные места. Как правило (но далеко не всегда) это место между кодом DRAM и организацией. Дополнительную сложность создает то, что вопрос о напряжении питания чаще встает для микросхем TSOP, которые сами по себе имеют многобуквенные и непривычные взгляду конструкции, описывающие тип корпуса. Наконец, производитель вполне может использовать букву, скажем, L в описании корпуса, поскольку для напряжения он использует W, но мы-то об этом не знаем... Итак, если не одной из 3-х указанных букв в маркировке не обнаружено — большие шансы, что это 5В. В случае, если буква есть, особенно в указанном ме-

408

Вопросы и ответы сте (первая же буква, не считая тех, что в самом начале артикула), и при этом у вас есть уверенность, что вы видели аналогичную маркировку данною производителя без такой буквы — скорее всего 3.3В. Все остальные случаи более или менее сомнительны, нужно справиться в databook производителя. Наконец — все вышеизложенное относилось к микросхемам типа fast page или EDO, для SDRAM напряжением по умолчанию является 3.3В, соответственно это может никак не отражаться в маркировке. Впрочем, шансы встретить 5В SDRAM не особенно велики. Тем не менее, прежде чем определять напряжение, проверьте, не SDRAM ли это. Последнее соображение — от SOJ более естественно ожидать 5-вольтовости, а от TSOP — 3.3. Это опять же не закон, а скорее традиция, но если предлагаемая гипотеза о напряжении чипа противоречит данному правилу — рекомендую проверять ее особо тщательно.

Допустимые отклонения в напряжении питания Стандартный диапазон напряжений питания, при которых производители гарантируют работу чипа с паспортным напряжением 5В — 4.5-5.5В, то есть плюсминус 10%. Примерно такое же положение лел с З.ЗВ-чипами. Казалось бы. это означает, что никакая замена невозможна. В действительности, ситуация вовсе не так трагична. Дело в том, что выдержать эти самые плюс-минус 10%, особенно в совковых сетях, способен далеко не каждый блок питания. Фактически память способна довольно долгое время работать в условиях значительного отклонения напряжения, и (по крайней мере в течение короткого срока) это не вызовет ни сбоев в работе, ни тем более выхода чипов из строя. Тем не менее производители материнских плат, рассчитанных на применение как 5В SIMM, так и 3.3В DIMM, обычно предостерегали, что совместное использование SIMM и DIMM (то есть, работа последних при напряжении 5В) может привести к постепенному разрушению чипов. Кстати, некоторые производители уже выпускают 3.3В чипы в исполнении voltage tolerance, то есть, гарантируется устойчивая работа при 5В чипов, номинально рассчитанных на 3.3В, Итак, использование «неправильных» чипов на коротком промежутке времени скорее всего никак себя не проявит. Несколько повышается вероятность сбоев, вызванных перепадами напряжения («не в ту» сторону). При более длительных сроках с 5В чипами также ничего не произойдет, а 3.3В могут быть повреждены работой в закритическом режиме (если они не являются voltage tolerant),

Допустимая температура чипа Существуют два диапазона допустимых температур — рабочий и «складской». Второй из них — это диапазон температур, при котором чипы возможно «хранить*, и производитель гарантирует, что они не испортятся. Как правило, это е -55 —+125°С. Рабочий диапазон, в свою очередь — это диапазон температур, при котором чип обязан работать нормально. Здесь стандартные значения — от 0 до +70°С. Кстати, это означает, что определять температуру работающей или только что работавшей памяти на ощупь надо крайне осторожно — возможно и обжечься.

409

Вопросы и ответы Естественно, надо иметь в виду еще два обстоятельства. Во-лервых, чипы высокого качества скорее всего будут работать и при температурах, несколько выходящих за пределы рабочего диапазона, хотя гарантий никто и не дает. Во-вторых, «левые» чипы могут начать сбоить и при более слабом прогреве.

Как отличить «перемаркированный» чип Условимся сразу, что мы пытаемся отличить «криминально» леремаркированный чип, то есть, что перемаркировка проводилась с целью ввести потребителя в заблуждение. Это означает, что подозрительный чип несет маркировку majorпроизводителя. В подавляющем большинстве случаев маркировка подделывается полностью (переделывать, скажем, только время доступа очень нетехнологично). Это означает, что уже имеющаяся маркировка спиливается вместе со слоем пластмассы, К. чему это приводит? Чип имеет аккуратную фаску (по крайней мере с одной стороны), в результате спиливания поверхности фаска становится как минимум асимметричной или удаляется вообще. Чип также имеет технологическое углубление (для маркировки 1-го пина), находящееся обычно ближе к краю чипа. Спиливание поверхности разрушает аккуратные края этого углубления. Многие чипы имеют также одно-два углубления (возможно, для защиты от подделки). Они, как правило, небольшой глубины, опять же с аккуратными краями, дно, в отличие от матовой поверхности чипа, блестящее (отражает свет). При глубоком спиливании они исчезнут, неглубокое приведет к разрушению краев и потере блеска, Поверхность нормального чипа не идеально гладкая, но и не имеет выраженной линейной структуры, свет отражает, но не «зеркально». Спиливание даст либо продольные царапины в направлении спиливания, либо поверхность станет заметно отражать свет после полирования. Маркировка (особенно последнее время) наносится в основном лазером, иногда с последующим покрытием краской. Это означает, что при попытке соскрести надпись она не должна удаляться полностью, на ее месте должна оставаться неглубокая канавка. Не рекомендую, впрочем, тереть чип пальцами — попадание жира может привести его в совершенно нетоварный вид. Таким образом, если интересующие вас чипы подозрительны хотя бы по одному, а тем более по нескольким пунктам, есть все основания считать их контрафактными. Хочется также отметить, что за признаки «перепила» может ошибочно быть принята запыленность чипов на новом модуле памяти. Запыленность эта обычно является результатом распиливания технологической пластины на отдельные модули и не имеет отношения к чипам. Наконец— вышеизложенное относится к чипам SOJ — случаи перепиливания «тонких» TSOP мне не встречались.

Чипы 2k и 4k refresh Параметр refresh, равно как и пара его значений 2k/4k, приобрели известность (причем печальную) в применении к вполне конкретному типу чипов — 4x4 16-мегабитным чипам, из которых собирались 72-пиновые SIMM 16 и 32MB. Поскольку для понимания сути проблемы необходимо небольшое теоретическое 410

Вопросы и ответы вступление, подробности будут приведены после него, но если вас интересуют конкретные рекомендации для данного случая, возможно сразу переходить к ним. Итак, сначала несколько теоретических замечаний. Данные в чипе DRAM хранятся в виде двухмерного массива, и для доступа к конкретной ячейке необходимо указать адрес как строки, так и столбца, в которой она находится. В свое время такие массивы делались исключительно квадратными (это, в частности, было основной причиной того, что плотность чипов от поколения к поколению росла с инкрементом 4). В любом случае по технологическим соображениям естественно ожидать, что соотношение сторон матрицы будет близко к единице (а не, скажем, к 100). DRAM — память динамическая, в том смысле, что для сохранности данных ей требуется периодическая регенерация (refresh). Стандартная схема регенерации предполагает фиксацию адреса столбца и циклическое изменение адресов строк. Соответственно, число циклов равняется числу строк. Увеличение при прочих равных условиях количества строк ведет к определенному снижению энергопотребления чипа за счет луч шей организации процесса регенерации. Когда первые 16-мегабитные чипы (а были это чипы наиболее распространенной организации х4, то есть, 4x4) только появились на рынке, они, как и все предыдущие, имели квадратную адресную матрицу с количеством строк и столбцов 2,000 (2048, если быть абсолютно точными, то есть 2k как квадратный корень из адресуемых 4 Мегабит). Чипсеты, разрабатывавшиеся непосредственно до и сразу после их появления, исходили именно из таких предположений. Число адресных линий у таких чипов (и собранных из них модулей памяти) равнялось 11, Однако упомянутые выше соображения об уменьшении энергопотребления привели к тому, что одновременно JEDEC одобрил, а производители выпустили на рынок чипы 4x4 с увеличенным числом строк. Эти чипы имели 4k строк и, соответственно, 1 k столбцов. Для адресации 4k строк требовалось уже 12 адресных линий. Именно эти чипы и стали именовать «4k refresh» в отличие от предыдущих «2k refresh». Отдельные контроллеры памяти могли работать с такими микросхемами. Некоторые из этих контроллеров применялись в системах, ориентированных на форм-фактор стандартного 72-пинового SIMM (речь, в частности. о Macintosh), В результате на рынке появились внешне совершенно обычные SIMM, собранные из чипов 4k refresh. Тут-то и начались проблемы. Сплошь и рядом делались попытки установки таких модулей в обычные PC, и сплошь и рядом они отказывались в них работать, так как контроллеры не могли нормально распознать и адресовать «неквадратные» чипы. Краткий ответ на вопрос, почему модули не работают в компьютерах, звучал так — потому, что они не 2, a 4k refresh. Очень скоро в массовом сознании возникло представление об «абсолютно неработоспособных» чипах 4k refresh, и практически все участники рынка стали избегать иметь с ними дело (это относилось и ко вполне компетентным производителям и продавцам — зачем работать с товаром, на который большая вероятность получить рекламацию по причине некомпетентности покупателя?). Ситуация несколько усугубилась тем обстоятедьством, что на базе чипов 4k refresh было практически невозможно изготовить модули с четностью — чипы четности 4x1 относились к предыдущему поколению и

411

Вопросы и ответы выпускались только в 2к-модификации. Таким образом, чипы 4x4 4k refresh на некоторое время практически исчезли из употребления и применялись в основном в портативных компьютерах, где энергопотребление было одним и:) важнейших параметров. Даже то обстоятельство, что многие Pentium-контроллеры не требовали четности и, как правило, могли работать с этими чипами, ничего не изменило. Итак, непосредственно ответ на вопрос — 2k и 4k refresh — это две разновидности чипов 4x4, из которых последняя является, вообще говоря, более передовой, но именно в силу этого зачастую неработоспособна в относительно старых системах, поэтому в сомнительных случаях применять собранные из таких чипов модули не рекомендуется. Никаких оснований отказываться от применения этих чипов, если в вашей системе они работают, не существует. К сказанному надо добавить еще несколько обстоятельств, Первое заключается в том, что «глубина регенерации», как возможно видеть, является фактором объективным и может быть в принципе объявлена для любых чипов. Соответственно, встреченная в описании цифра Nk refresh, особенно если она равняется квадратному корню из глубины адресного пространства, основанием для тревоги никак не является. Во-вторых, в современных модулях памяти, особенно в различных видах DIMM, широко используются чипы с «неквадратной* матрицей — поскольку четность в традиционной схеме, использующей отдельные чипы четности, в этих модулях не применяется, принципиальных возражений против использования таких чипов нет и контроллеры обычно их понимают. Следующее обстоятельство — 64-мегабитные чипы также нередко выпускаются в разных версиях refresh (для 16x4 — 4k и 8k, причем последняя является «неквадратной*). И наконец, проблема начинает поворачиваться своей другой стороной — некоторые нестандартные современные контроллеры ориентированы на использование только «неквадратных» чипов, так что не исключено, что история с refresh еще получит свое развитие.

Как определить, в какой стране произведен чип и насколько это важно Единственный известный мне способ определить страну производства чипов {как обычно, предполагаем, что чипы не перемаркированы) — это прочитать название страны на чипе. В случае, если оно там есть, то приведено оно либо открытым текстом, либо легкочитаемым сокращением (к примеру, TWN — Тайвань). Относительно необычный пример — малайзийское производство Toshiba указывает название страны сокращенно — M'SIA, и в общем не всякому сразу удается догадаться, что это не группа служебных символов. Major-производители, как правило, название страны указывают, если же оно опущено, то скорее всего чип изготовлен на «головном* производстве. Что касается влияния страны производства на качество чипов, то оно, как правило, отсутствует. (В случае, если быть совсем точным, то влияние имеет место, но весьма нетривиальное. А именно — считается, что наибольшие шансы произвести на свет чипы с отклонениями по качеству имеют либо очень новые технологические линии — по причине продолжающейся настройки, либо очень старые - по вполне очевидной причине износа оборудования. Так что если некий производитель имеет, скажем, в Сингапуре вполне зрелое и отрегулированное

412

Вопросы и ответы производство, а линии в Японии дорабатывают ресурс, то сингапурские чипы вообще-то статистически будут получше). Линии по производству чипов — это высокоавтоматизированные производства с очень высоким уровнем лыходного контроля при небольшом участии человека, так что низкий уровень «обычной» культуры производства в некоей стране никак не может повлиять на их работу. Так что если производитель чипов относится к major и вы не имеете ничего конкретно против него, то страна производства чипов должна вас беспокоить применительно к их (чипов) качеству очень мало. Безымянные же производители, как правило, страну не маркируют — впрочем, это и не важно, ибо безымянность влияет на ожидаемое качество значительно больше, чем страна, Нужно, впрочем, иметь в виду, что чаше всего вопрос этот задается совсем в другом контексте — а именно, насколько страна производства чипов влияет на качество модуля памяти, из них собранного. Вот тут дела обстоят с точностью до наоборот. А именно — если вы не можете определить производителей модулей памяти, из которых необходимо сделать выбор, или их имена вам ничего не говорят, то предпочтение перед прочими следует отдавать модулям, сделанным из чипов производства Японии или США. Объяснение этому эффекту заключается в следующем наборе предпосылок — во-первых, качество сборки модулей и их выходного контроля оказывает на качество конечного продукта огромное влияние. Вовторых, сборка модулей памяти — процесс заметно меньшей технологической сложности и низкая общая культура национального производства может ощутимо повлиять на конечный результат. Наконец, хотя чипы и обращаются в мире относительно свободно, вероятность их уйти на сборку в том же регионе, где они произведены, весьма велика. Люди, хорошо знакомые с расстановкой сил на рынке памяти, могут посчитать, что в этом тексте совершенно безосновательно подвергнуты дискриминации тайваньские и особенно корейские производители, тем более что еще толком непонятно, какая из стран — Корея, Тайвань или Япония — более удалена, скажем, от Гонконга, славного своими полукустарными производствами модулей. Ответ заключается в том, что именно эти страны получают наибольшее количество обвинений в демпинге на рынке DRAM. А где низкие цены, там и «дешевые» сборщики.., Наконец, хотелось бы подчеркнуть еще раз, что если вы в состоянии определить производителя модулей — то определяющей должна быть ваша оценка этого производителя, а не чипов.

Отличие процессоров SX, DX, SX2, DX2 и DX4 SX и DX обозначает «облегченную» и полную версию одного и того же процессора. Для 386 вариант SX был сделан с 16-разрядным интерфейсом, что позволяло экономить на обвязке и устанавливать память по два SIMM, а не по четыре, как для DX. При работе с 16-разрядными программами 386SX почти не отстает от 386DX на той же частоте, однако на 32-разрядных программах он работает ощутимо медленнее из-за разделения каждого 32-разрядного запроса к памяти на два f 6-разрядных. На самом же деле большинство компьютеров с 386DX работают быстрее компьютеров с SX даже на 16-разрядных программах — благодаря тому, что на платах с 386DX чаще всего установлен аппаратный кэш, которого нет на большинстве плат с SX. Внутренняя архитектура 386SX — полностью 32-разрядная, и программно обнаружить разницу между SX и DX без запроса кода проиес413

Вопросы и ответы сора, измерения скорости работы магистрали или размера буфера предвыборки в общем случае невозможно. Для 486 SX обозначает вариант без встроенного сопроцессора. Ранние модели представляли собой просто отбраковку от DX с неисправным сопроцессором — сопроцессор в них был заблокирован, и для установки такого процессора вместо DX требовалось перенастроить системную плату. Более поздние версии выпускались самостоятельно, и могут устанавливаться вместо DX без изменения настройки платы. Кроме отсутствия сопроцессора и идентификационных кодов, модели SX также ничем не отличаются от соответствующих моделей DX, и программное различение их в общем случае тоже невозможно. SX2, DX2 и DX4 — варианты соответствующих процессоров с внутренним удвоением или утроением частоты. Например, аппаратная настройка платы для DX2-66 делается, как для DX33, и на вход подается частота 33 МГц, однако в программной настройке может потребоваться увеличение задержек при обращении к памяти для компенсации возросшей скорости работы процессора. Все внутренние операции в процессорах выполняются соответственно в два и три раза быстрее. однако обмен по внешней магистрали определяется внешней тактовой частотой. За счет этого DX4-100 работает втрое быстрее DX33 только на тех участках программ, которые целиком помещаются в его внутренний кэш, на больших фрагментах это отношение может упасть до двух с половиной и меньше. Некоторые серии процессоров AMD (в частности — 25253) выпускались с единым кристаллом DX4, который мог переключаться в режим удвоения по низкому уровню на выводе В-13. Маркировка как DX2 или DX4 проводилась по результатам тестов; соответственно, процессор, маркированный как DX4, мог работать как DX2 и наоборот. Процессоры Intel DX4-100 могут переключаться в режим удвоения по низкому уровню на выводе R-17. Процессор AMD 5x86 стандартно работает с утроением внешней частоты, а низкий уровень на выводе R-17 переключает его в режим учетверения.

Отличие линии Pentium от 486 В Pentium сделана 64-разрядная магистраль, значительно ускоряющая обмен с внешним кэшем и памятью. Суперскалярная архитектура: одно исполнительное устройство заменено на два — U и V, каждое — со своим собственным конвейером; оба параллельно ведут выборку, расшифровку и выполнение команд, Устройство U является основным и может выполнять все команды, устройство V — вспомогательным и выполняет только наиболее часто встречающиеся типы команд. Внутренний кэш разделен на кэш команд и кэш данных. Есть система предсказания переходов путем опережающего просмотра, что позволяет в случае верного предсказания выполнить переход за один такт. Улучшенный по сравнению с 486 математический процессор.

Различия между процессорами линии Intel Pentium Pentium: одна 64-разрядная шина данных, внутренний кэш первого уровня (L1) объемом 16 Кб (8 + 8), работает на внутренней частоте; кэш второго уровня (L2) и его контроллер — внешние. Внешняя рабочая частота — 50/60/66 МГц, разъем — Socket 5/7.

414

Вопросы и ответы Pentium Pro: добавлен внутренний кэш L2 объемом 256, 512 или 1024 Кб с собственным контроллером и локальной 64-разрядной шиной данных, работающий на внутренней частоте. Дополнительная внутренняя оптимизация, ускорена работа конвейера и степень параллелизма, улучшена система предсказания переходов (Dynamic & Speculative Execution). Значительно более мощный математический процессор. Исполнительные устройства оптимизированы под 32-разрядную обработку, поэтому на 16-разрядных приложениях не получается такого ускорения, как на 32-разрядных. Технология — 0.35 мкм, внешняя рабочая частота 60/66 МГц, внутренние — 166..200, разъем — Socket 8. Pentium MMX (развитие модели Pentium): система двойного электропитания, расширенный набор команд ММХ, кэш L1 увеличен до 32 Кб (16 + 16), в архитектуру внесены элементы Pentium Pro. Внешняя частота — 66 МГц. Pentium JI: 300-разрядная внутренняя шина, две независимые 64-разрядные шины данных (Dual Independent Buses — D.I.B.): {одна — с поддержкой ЕСС, для памяти и внешних устройств, вторая — с необязательной поддержкой ЕСС, для кэшей L1 и L2), кэш L1 — 32 Кб (16 + 16), работающий на внутренней частоте, кэш L2 — 512 Кб. работающий на половине внутренней частоты, улучшенные алгоритмы динамического исполнения и анализа потока данных. Процессор вместе с кэшем L2 помешен в экранированный картридж для минимизации излучаемых и наводимых помех. Для установки на системную плату используется односторонний соединитель Single Edge Contact (S.E.C.) с 242-контактным разъемом типа Slot 1, внешне напоминающим разъем PCI. Внешняя рабочая частота — 66 МГц, внутренняя — 233..300, технология при начале выпуска — 0.35 мкм. Известен также под названием Klamath. Deshutes: серия Pentium II, выполненная по технологии 0.25 мкм и работающая на частотах 333 МГц и выше. Внешняя частота — 66/100 МГц. Celeron: серия Pentium II без корпуса и встроенного кэша второго уровня, за счет чего производительность относительно равного по частоте Pentium II оказывается ниже, а в ряде случаев — и ниже производительности Р5-ММХ, работающего на системной плате с кэшем L2. Позиционируется как переходной вариант от Pentium к Pentium II. Заявлено об отсутствии поддержки многопроцессорной конфигурации (SMP), однако такое включение технически возможно. Технология — 0.25 мкм (ядро Deshutes). Внешняя частота — 66 МГц. Covington: Celeron с рабочими частотами 266 и 300 МГц. Mendocino: Celeron с рабочими частотами 300 (Celeron 300A) и 333 МГц и со встроенным кэшем L2 объемом 128 Кб, Celeron PPGA: возврат к конструктиву PPGA с 370-контактным разъемом (Socket 370). Кэш объемом 128 Кб. Устанавливается в платы с Socket 370, либо в классические платы со Slot 1 при помощи переходника. Хеоп (приблизительное произношение — «зиан»): улучшенный вариант Pentium II, ориентированный на внешнюю частоту 100 МГц. Шина адреса расширена до 36 разрядов (Intel Extended Server Memory' Architecture), что дает 64 Гб адресуемой физической памяти. Имеет 512 Кб или 1 Мб кэша второго уровня, работающего на внутренней частоте ядра процессора. Может использоваться в многопроцессорных системах (до 8 процессоров). Передачи по магистрали кэша

415

Вопросы и ответы и общей системной магистрали защищены ЕСС, обнаруживающим и исправляющим незначительные ошибки (все ошибки регистрируются). Поддерживается режим функциональной избыточности, в котором два процессора синхронно выполняют единый код с контролем совпадения результатов. Содержит также температурный датчик, отслеживающий температуру кристалла (отключение системы возлагается на ОС), ПЗУ информации о процессоре (PIROM) с параметрами самого процессора и кэша L2, перезаписываемое ПЗУ (EEPROM) для нужд производителя компьютера и пользователей, и шину системного управления (System Management Bus, SMB), по которой упраштяются эти компоненты, Устанавливается в 330-контактный разъем Slot 2. Технология — 0.25 мкм, рабочие частоты от 400 МГц.

Расшифровка обозначения «SL-Enhanced» у процессоров Intel Наличие SMM (System Management Mode — режим управления системой), используемого главным образом для перевода процессора в экономичный режим. Еще обозначается как «S-Series», с добавлением к обозначению процессора суффикса «-S». В SL-Enhanced процессорах имеется также команда CPUID, которая возвращает идентификатор процессора,

Расширение виртуального режима — VME Virtual Mode Extension — расширение виртуального режима — набор аппаратных возможностей, позволяющий оптимизировать обработку прерываний в режиме V86 (в частности — обрабатывать программные прерывания внутри VMзадачи, без переключения в режим ядра) и виртуализовать флаг IF, отвечающий за разрешение/запрет внешних прерываний. VME использует OS/2 >= 2.1 для снижения накладных расходов на DOS-сессии и предотвращения зависания всей системы при монопольном захвате управления DOS- задачей на машинах с шинами ISA/VLB/PCI (на МСА и EISA для этого есть собственные средства). Подробности реализации VME Intel открыто не распространяет и выдает только под договор о неразглашении. VME реализовано в процессорах Intel Pentium и Intel 486 SL-Enhanced, a также в процессорах AMD K5 (SSA/5) и Кб. Увидеть наличие/отсутствие V M E возможно при помоши Quarterdeck Manifest из пакета QEMM, зайдя в пункт «CPUID». В DOS-сессии OS/2 версий до 1996 года процессор с VME определяется как 386. На процессоре с VME DOS-задачи не влияют на обработку прерываний в системе: последовательность команд cli jmp $ приводит к зависанию только одной задачи, тогда как на других процессорах и шинах не MCA/EISA это приводит к зависанию всей системы.

Процессоры Cyrix 5x86, 6x86, М2; AMD 5x86, 5k86, K5 и Кб; IDTWinChipC6 Cyrix 5x86 (mlsc) и AMD 5x86 — процессоры, совместимые по выводам с Intel P24D 0486DX4-100 последних моделей), с элементами архитектуры Р5 (Реп-

416

Вопросы и ответы tium) — 16-килобайтный внутренний кэш с отложенной записью, общий для команд и данных, предсказание переходов, оптимизация выполнения команд; Cyrix 5x86 имеет 64-разрядную внутреннюю шину данных и систему распараллеливания операций. Процессоры Cyrix 5x86 могут работать н режимах удвоения и утроения частоты (есть также возможность программного отключения умножения), процессоры AMD 5x86 — в режимах утроения и учетверения. Cyrix 5x86 на частоте 120 МГц по тестам WinStone и WinBench примерно приравнивается к Intel P5-90, a AMD 5x86 на частоте 133 МГц — к Intel P5-75. По другим тестам результаты могут значительно различаться в обе стороны за счет того, что внутренняя скорость выполнения некоторых последовательностей команд у этих процессоров выше приравненных к ним Р5, однако скорость обмена с внешним кэшем и памятью у них существенно ниже. Кроме этого, Р5 имеет значительно более мощный сопроцессор, и по скорости плавающей арифметики процессоры 5x86 сильно от него отстают. Cyrix 6x86 (Ml) и AMD 5k86 (SSA/5, K5) — процессоры, совместимые по выводам с Intel P5. Объем внутреннего кэша — 16 Кб (общий) в Ml и 24 Кб (16 Кб для команд и 8 — для данных) в К5. За счет более сильной внутренней оптимизации эти процессоры по целочисленной арифметике несколько быстрее Intel P5 на тех же частотах, однако по-прежнему отстают по плавающей. Процессоры Cyrix M2 и AMD Кб совместимы по выводам с Pentium MMX (Р55С) и имеют поддержку режима ММХ. Объем внутреннего кэша — 64 Кб (общий в М2, 32+32 в Кб). Изменены к лучшую сторону алгоритмы работы кэша, улучшена оптимизация, увеличены объемы кэша адресов перехода (branch targets). Процессор AMD K6-2 (K6-3D) ориентирован на внешнюю частоту 100 МГц (системные платы Super?) и имеет дополнительный набор специализированных команд 3DNow! для обработки трехмерных изображений. Процессор IDT WinChip C6 совместим по выводам и набору команд с Pentium ММХ, однако не требует двойного электропитания, потребляет небольшую мощность за счет малой площади кристалла, оптимизирован в отношении часто используемых команд и системы управления страницами памяти. Быстродействие С6 по распространенным тестам находится между Pentium ММХ и М2/К6. Для нормальной работы совместимых процессоров необходима поддержка со стороны системной платы и системного BIOS (процессор должен быть указан в паспорте платы и правильно опознаваться BIOS, как Cyrix/AMD). Для работы Cyrix M2 и AMD Кб, как и Pentium ММХ, необходима система двойного питания. Все процессоры Cyrix, AMD и IDT полностью совместимы с процессорами Intel по документированным возможностям. Однако программы, чувствительные ко времени выполнения команд, либо использующие недокументированные особенности процессоров Intel, могут на них работать неправильно. Например, на AM D 5k86, как и на более быстрых Р5, не работают некоторые драйверы CDROM, программы на Clipper (к примеру, БЭСТ 3), возникают паузы в 3DS и не всегда работает Syslnfo — это обусловлено некорректным измерением временных интервалов этими программами. Для устранения побочных эффектов существуют программы, отключающие один или несколько видов внутренней оптимизации, что, однако, несколько снижает

417 I 4 - 41 С

Вопросы и ответы быстродействие. Программы для управления оптимизацией возможно найти на серверах поддержки Cyrix и AMD.

Отличие процессоров UMC 486 U5 от Intel, AMD и других Прежде всего — оптимизированным микрокодом, за счет чего часто используемые команды выполняются за меньшее число тактов, чем в процессорах Intel, AMD, Cyrix и других. Процессоры U5 не имеют внутреннего умножения частоты, а результаты в 65 МГц и подобные, получаемые некоторыми программами, получаются потому, что для определения частоты программе необходимо правильно опознать процессор — точнее, число тактов, за которое он выполнит тестовую последовательность, а большинство распространенных программ не умеют правильно опознавать U5. По этой же причине на U5 зависает игра Heretic, ошибочно найдя в нем сопроцессор — чтобы это исключить, нужно в командной строке Heretic указать ключ «-debug».

Как улучшить охлаждение процессора В первую очередь — проверить контакт радиатора с корпусом процессора. В случае, если между ними нет заполнителя (теплопроводящая паста, пластина из мягкой фольги, покрытая клейким составом) — контакт скорее всего не очень хороший из-за неидеальной плоскости поверхностей. Рекомендуется смазать поверхности тонким слоем те плопро водящей пасты, или хотя бы густой смазки. Охлаждающая способность радиатора определяется теплопроводностью его материала и площадью поверхности. Радиатор с большим числом пластин или иголок той же высоты обладает большей рассеивающей способностью. При наличии вентилятора имеет смысл обратить внимание на его «тягу»: встречаются вентиляторы с весьма мачым углом атаки лопастей, или с низкой частотой вращения, которые не в состоянии создать нужный для обдува радиатора поток воздуха. Можно также установить на процессор радиатор с относительно большой поверхностью (100 кв.см, и больше) и обдувать его большим вентилятором, установленным на некотором расстоянии (5-10 см) так, чтобы поток воздуха обтекал пластины радиатора и отраженный поток не смешивался с основным, Рекомендуется также при возможности устанавливать радиатор процессора так, чтобы воздушный поток охлаждал радиатор стабилизатора напряжения питания.

Разгон процессора и как он делается Это повышение тактовой частоты (overclocking) процессора по отношению к номиналу. Обычно большинство процессоров довольно устойчиво работает на следующей ступени частоты (25 -> 33, 40 -> 50, 120 -> 133), а некоторые допускают повышение частоты на две ступени и более. Подъем рабочей частоты процессора достигается увеличением внутреннего коэффициента умножения частоты, увеличением внешней тактовой частоты, или тем и другим вместе. При увеличении внешней частоты повышается также скорость обмена с локальными устройствами системной платы. 418

Вопросы и ответы При увеличении рабочей частоты может потребоваться регулировка параметров работы с кэшем/памятью/шинами для новой частоты. Процессорам с питанием ниже пяти вольт может потребоваться небольшое увеличение напряжения питания (3.3 -> 3.45..4, 2.8 -> 2.9), но это повышает риск выхода процессора из строя. При работе на повышенной частоте очень желательно усилить охлаждение процессора. Заранее узнать, будет ли процессор работать на повышенной частоте, в общем случае невозможно: это возможно сказать только о конкретном экземпляре и гораздо реже — о конкретной партии или серии. Например, известная серия 25253 процессоров AMD DX2/DX4 (это число написано в левом нижнем углу): DX2-66 и DX2-8Q часто неплохо работают на 100 и даже 120 МГц. Это объясняется технологией производства процессоров вначале изготавливается кристалл, затем тестируется на различных частотах и маркируется по результатам тестирования. Но даже из двух подряд процессоров DX2-66 этой серии один может заработать на 120 МГц, а другой — только на 80. Кроме этого, каждый конкретный экземпляр процессора имеет предельную внешнюю и предельную внутреннюю частоту. Например, ряд экземпляров Р5-150, устойчиво работая при внешней частоте 50 или 60 МГц и внутренней — до 180 МГц, неспособны работать при внешней частоте 66 МГц и выше — даже при умножении на 1.5 или 2.

Опасен ли разгон процессора для него самого или для платы На этот счет нет единого мнения. С одной стороны, при повышении тактовой частоты возрастает общая температура кристалла, и выше опасность локальных перегревов участков кристалла, от которой невозможно зашититься даже хорошим теплоотводом; с другой — разгон принял массовый характер, но не сопровождался массовым выгоранием процессоров, Возможно, разгон сокращает ресурс процессора, но моральное старение процессоров идет более высокими темпами, поэтому такой мизерный риск возможно считать оправданным. Для системной платы разгон процессора обычно неопасен, если для этого используется документированный способ задания тактовой частоты. Однако, если процессор питается от стабилизатора, который не имеет запаса по мощности или по температуре (особенно это относится к стабилизаторам без радиатора), то стабилизатор также может выйти из строя. Разумеется, все вышесказанное относится только к случаю, когда все действия по разгону выполнены технически грамотно. Слепое переключение частот и напряжений, основанное только на знании номеров перемычек, с высокой вероятностью может привести к выходу из строя какой-либо из компонент системы. С превышением рабочих параметров процессора и платы возрастает также риск появления ошибок в передаче данных по системным шинам. Даже не приводя к физической порче компонент, такие ошибки могут вызывать нестабильную работу компьютера, особенно на сложных ОС — OS/2, Windows NT, *NIX, что чревато разрушением целостности данных в памяти и на дисках, искажением информации, передаваемой по сети.

419

Вопросы и ответы

Что такое «перепиленный» или «перемаркированный» процессор Процессор, с которого при помощи шлифовки удалена первичная маркировка, а затем нанесена другая. Это делается в подпольных лабораториях (по имеющимся данным — в Китае) с целью подделки. Например, из процессора AMD DX2-66 серии 25253 таким образом делался DX4-100 (и из-за этого фирма AMD в начале 95 года прекратила выпуск процессоров серий DX2/DX4 с переключаемой кратностью умножителя частоты). Впоследствии подделываться стали и процессоры Pentium: Ю0->120, 150-М66.

Как отличить настоящий процессор от перемаркированного Однозначного способа, к сожалению, нет. Есть только ряд косвенных признаков, по которым возможно судить о вероятности подделки: •

процессор не работает стабильно на частоте, следующей за номинальной (однако это бывает и с настоящими процессорами);

•

процессор работает только в холодном состоянии, а при температуре корпуса 70-80 градусов начинает сбоить (такое может быть и с настоящим, к примеру, на некачественной системной плате);

•

символы маркировки не выгравированы, а нанесены поверх корпуса, либо глубина гравировки очень мала (это не относится к процессорам Texas Instruments, которые не гравируются вообще);

•

символы маркировки при тщательном рассмотрении выглядят «кустарно»;

•

маркировка частоты на нижней крышке (если она есть) не совпадает с частотой на корпусе;

•

идентификационные данные, выдаваемые процессором по команде CPLJID, не подходят к данному типу или серии процессора.

Может ли работающий процессор оставаться практически холодным Может, если большую часть времени находится в остановленном состоянии, выполняя команду HLT. Во время холостого цикла, когда нет готовых крещению задач, системы OS/2, Linux, Windows NT останавливают процессор при помощи команды HLT, a Solaris и большинство других систем выполняют пустой цикл. В случае, если загрузка процессора задачами невелика, то таких пауз вполне хватает для поддержания его в практически холодном состоянии. Под DOS и Windows 9x/2000 такого же результата возможно добиться при помощи программы Cpuldle, подменяющей часть холостого процесса Windows и процедуры ожидания ввода DOS.

420

Вопросы и ответы

Проверка надежности работы процессора Проверка может быть произведена любыми программами, обеспечивающими близкую к предельной загрузку процессора и использующими максимум из его возможностей. Лучше всего запустить специальную тестовую программу (к примеру, NT Stress Test), сложную программную систему (издательство, дизайн, обработка изображений), либо современную ресурсоемкую игру в режиме демонстрации, посмотреть МРЕО'и под Windows, OS/2. Под OS/2 удобно использовать стандартные игры Chess или Solitaire в режиме демонстрации, запустив несколько копий для полной загрузки. Проверять лучше всего в теплом помещении при закрытом корпусе компьютера в течение нескольких часов, иначе процессор будет работать в «щадящем» режиме и возможные сбои могут не проявиться. Хорошие результаты, несмотря на возраст, дает игра Heretic в окне Windows или OS/2 (демонстрационный режим без звука), за пятнадцать-двадцать минут обнаруживая многие «тонкие» ошибки в подсистемах кэша и памяти, не выявляемые большинством тестов и «больших» программ. Критерием ошибки служит аварийное завершение игры. Периодической порчей палитры при работе в окне, возникающей на современных быстрых процессорах, возможно пренебречь. В случае, если в процессе тестирования возникают сбои, это не говорит однозначно о дефектах процессора — это могут быть дефекты платы, памяти, периферии, так что вывод стоит делать «методом последовательного тыка».

Влияние VLB-карт на стабильность и разгоняемость процессора Влияние происходит непосредственно. VLB-шина представляет собой набор линий прямо с выводов процессора и существенно добавляет нагрузку на его выходные каскады. В каком-то смысле VLB — «нечестная» шина, поскольку она использует ресурс процессора, изначально для этого не предназначенный. Поэтому добавление VLB-карт или подъем тактовой частоты при их наличии приводит к увеличению нагрузки на процессор, искажению формы сигналов, усилению нагрева процессора — все это способствует сбоям. При установке в систему новой VLB-карты рекомендуется тщательно проверить стабильность работы системы, причем вначале желательно использовать только режим чтения с HDD, без записи и создания/удаления файлов искажение формы сигналов на выводах процессора может привести к ошибкам передачи по шине и разрушению файлов при записи на HDD; для проверки верности передачи по шине неплохо подходит тестирование больших архивов.

Типы корпусов микросхем PQFP, SQFP, PGA, SPGA PQFP (Plastic Quad Flat Package — плоский прямоугольный пластмассог!ый корпус с выводами по четырем сторонам) — корпус для установки методом поверхностного монтажа. Выводы сделаны по каждой из сторон в плоскости корпуса, при монтаже соответствующим образом изгибаются. В этих корпусах выпускалось большинство процессоров 386, часть U5S, а также варианты процессоров для NoteBook. SQFP (Shrink Quad Flat Package — корпус с выводами по четырем сторонам, загнутыми внутрь) — для установки методом поверхностного монтажа или вставки в разъем. За счет того, что выводы загнуты под корпус, уменьшается площадь, 421

Вопросы и ответы занимаемая корпусом на плате, а также увеличивается жесткость выводов, поскольку их концы упираются в специально сделанные выемки на нижней поверхности корпуса. PGA (Pin Grid Array — «решетчатая» структура выводов) — керамический корпус с вертикальными выводами, расположенными по нижней поверхности корпуса в несколько рядов. Устанавливается преимущественно в разъем. В таких корпусах выпускалась часть процессоров 386DX и подавляющее большинство процессоров 486. SPGA (Scattered PGA— модификация с «разбросанными» выводами) вариант PGA, когда выводы расположены в шахматном порядке. В этих корпусах выпускаются процессоры Р5. PPGA (Plastic PGA — пластмассовый) — вариант PGA с металлическим корпусом для кристалла и пластмассовым обрамлением, в которое запрессованы выводы. В таких корпусах выпускаются процессоры Р5-200 и новые P5-166/18Q. Выводы корпусов типа QFP нумеруются против часовой стрелки, если смотреть на корпус со стороны маркировки. Первый вывод обозначается срезом угла корпуса или точкой (во втором случае первый вывод может не быть первым в ряду). Выводы корпусов PGA/SPGA нумеруются по двумерной координатной сетке, начало которой которой обозначено срезом угла корпуса и точкой на нем, В буквенном ряду буквы I и О пропускаются. Обозначение выводов корпусов и разъемов — независимое: к примеру, если корпус со 168 выводами устанавливается в разъем с 237 контактами (четыре внешних ряда контактов не используются), то выводу А-1 корпуса будет соответствовать контакт В-2 разъема, и так далее.

Что такое ММХ MultiMedia extension — дополнительные возможности, ориентированные на обработку цифрового изображения и звука, анонсированные Intel в процессорах Р55С. Включают в себя 57 новых команд, предназначенных для обработки звуковых и видеосигналов; команды могут использоваться в режиме S1MD (Single Instruction, Many Data — одна команда, много данных), когда одной командой одновременно обрабатывается несколько элементов данных. Процессоры с ММХ имеют также удвоенный (32 Кб) объем внутреннего (И) кэша. Расширения ММХ реализованы в виде дополнительного режима, в который процессор может переключаться из обычного режима работы. В режиме ММХ набор регистров сопроцессора (FPU) используется для хранения данных ММХ-команд — это гарантирует совместимость с существующими операционными системами, которые не поддерживают ММХ напрямую. Однако такое совмещение может снизить эффективность работы в случае попеременного использования обычных вычислений с плавающей точкой и работы в режиме ММХ. Использование ММХ позволит перенести основную нагрузку по обработке изображения и звука на центральный процессор, оставив видео- и звуковым адаптерам только преобразование аналог-цифра. Иначе говоря, с ростом мощности центральных процессоров становится выгоднее выполнять на них ту работу, которая несколько лет назад была отдана периферийным видео- и звуковым процессорам по причине недостаточной мощности центрального; сейчас опять происходит возврат к централизованной обработке. 422

Вопросы и ответы

Расшифровка обозначения на различных процессорах AMD:

AmS0486DX4-IOOSV8B N — стандартный 486 S — расширенный (enhanced) 486 V — напряжение питания 3.45 В, иначе — 5 В 8 — объем внутреннего кэша, Кб В — внутренний кэш с обратной (write back) записью Т — внутренний кэш со сквозной (write through) записью AMD X5 - 133 - ADZ (совместим с 486) AMD SSA/5 — 75 — ABR (совместим с Pentium) AMD K5 — 100 — ABQ (совместим с Pentium) А — корпус PGA/SPGA S — корпус SQFP В — напряжение питания 3.45-3.60 В С - 3.30-3.465 D - 3.45

F-3.3

Н-2.76-3.0/3.135-3.465 J-2.57-2.84/3.135-3.465 К-2.38-2.63/3.135-3.465 через «/» указаны напряжения питания ядра и интерфейсной части процессора — для тех процессоров, которые это поддерживают. W — рабочая температура корпуса 55 С 0-60 Х-65

R-70 Y-75 Z-85

INTEL: P4S - 486DX S-Series P4D - 486DX Write Back S-Series P23S - 486SX S-Series

423

Вопросы и ответы P23D - 486SX Write Back S-Series P24S - 486DX2 S-Series P24D - 486DX2 Write Back S-Series P24C - 486Dx4 S-Series P24T — Pentuim OverDrive, 5 V P24CT - Pentuim OverDrive. 3.3 V P54C - Pentium, 3.3 V P54M — 2xPentuim, OverDrive P55C - Pentuim MMX. 2.8/3.3 V Вторая строка обозначения процессоров 486: наличие знака «&» обозначает SL-Enhanced процессор, E5V или E3V — напряжение питания (5 или 3.3 В). Суффикс «W» — наличие внутреннего кэша с обратной записью, UMC:

U5 S D L V - SUPER33 U5 — семейство процессоров S — совместимость с 486SX D — разводка PGA, совместимая с 486DX F — разводка LQFP LV — напряжение питания 3.3 В Все процессоры U5S имеют режим SMM и соответствующие выводы. CYRIX: Cx486DX2-V80G P Сх — Cyrix 486DX — тип процессора 2 — признак внутреннего удвоения V — питание от 3.3 В, пусто — от 5 В 80 — внутренняя рабочая частота G — корпус PGA, Q —- корпус PQFP Р — обычный коммерческий диапазон температур

Основные отличия в цоколевках различных 486 Вывод В-13 в AMD DX2 и DX4-100 отвечает за множитель внутренней частоты: высокий уровень — утроение, низкий — удвоение. В процессорах Intel P24D, DX4 &W, AMD DX4 SV8B и 5x86 он отвечает за алгоритм работы внутреннего кэша: высокий уровень — обратная запись (WB), низкий сквозная запись (WT). При установке процессоров с WB-кэшем в режим сов424

Вопросы и ответы местимости с предыдущими моделями на этот вывод должен быть подан низкий уровень. Вывод R-17 в Intel P24D и DX4 управляет умножением частоты: высокий уровень — утроение, низкий — удвоение; для AMD 5x86 высокий уровень утроение, низкий — учетверение. Вывод S-4 у процессоров Intel/AMD выпуска 1994 года и более поздних указывает напряжение питания процессора: у пятивольтовых процессоров он не подключен, аутрехвольтовых — соединен с землей. Стабилизатор питания может использовать этот вывод для автоматической настройки на нужное напряжение.

Что такое «Processor In Box» Это поставка в виде упакованного в коробку набора из процессора, приклеенного к нему радиатора с вентилятором, руководства по установке и приложений (к примеру, наклеек «Intel Inside»). Вентиляторы гораздо надежнее обычных, однако могут иметь более высокий уровень высокочастотного шума.

Что такое «система двойного питания» Это система питания (Dual Power Plane) процессоров Pentuim, позволившая снизить основное питающее напряжение ниже 3.3 В. Для процессоров с одним питаюшим напряжением это невозможно по причине выхода логических уровней за допустимые пределы. Процессоры с двойным питанием получают два питающих напряжения: стандартное 3,3 В — для питания выходных буферов (I/O), и пониженное 2.2..2.8 В —для питания основного ядра (core). Между ядром и буферами включены схемы преобразования уровней. Благодаря тому, что ядро потребляет подавляющую часть мощности, рассеиваемой процессором, такая система питания существенно снижает потребляемую мощность и степень нагрева процессора. Двойную систему питания имеют процессоры Intel MMX, Cyrix M2, AMD Кб и Cyrix/IBM 6x86L.

Обозначение -Рххх в процессорах AMD/Cyrix Так называемый P-rating — примерное соответствие производительности процессора на приложениях общего характера (распространенные ОС, типовые офисные программы, игры средней сложности) процессору Intel Pentium с указанной тактовой частотой. Для вычисления соотношения используется программа Winstone, выполняющая наиболее типичные для указанных классов приложений наборы операций. Например, AMD 5x86-133 примерно соответствует Pentium-75 и имеет обозначение -Р75.

Информация в Интернет по процессорам Вот адреса серверов производителей процессоров в Internet: AMD — amd.com Cyrix — cyrix.com IBM — chips.ibm.com

425

Вопросы и ответы 1DT — winchip.com Intel — intel.com SGS-Thomson — st.com Texas Instruments — ti.com UMC — umc.com.tw www.chipanalyst.com www.x86.org www.sandpile.org www.faqs.org — большое собрание различных FAQ www.whatis.com — словарь терминов Обширная информация по компьютерной аппаратуре на русском языке есть на www.ixbt.ru.

Видеосистема Устройство типовой видеокарты Видеокарта состоит из четырех основных устройств: памяти, контроллера, ЦАП и ПЗУ. Видеопамять служит для хранения изображения. От ее объема зависит максимально возможное полное разрешение видеокарты — А х В х С, где А — количество точек по горизонтали, В — по вертикали, и С — количество возможных цветов каждой точки. Например, для разрешения 640 х 480 х 16 достаточно 256 Кб, для 800 х 600 х 256 - 512 Кб, для 1024 х 768 х 65536 (другое обозначение - 1024 х 768 х 64k) — 2 Мб. Поскольку для хранения цветов отводится целое число разрядов, количество цветов всегда является степенью двойки (16 цветов — 4 разряда, 256 — 8 разрядов, 64k — 16). Видеоконтроллер отвечает за вывод изображения из видеопамяти, регенерацию ее содержимого, формирование сигналов развертки для монитора и обработку запросов центрального процессора. Для ускорения вывода изображения на экран монитора и снижения частоты конфликтов при обращении к памяти со стороны видеоконтроллера и центрального процессора первый имеет отдельный буфер, который в свободное от обращений ЦП время заполняется данными из видеопамяти: внутренняя шина данных контроллера обычно шире внешней (32, 64 или 128 разрядов против 16 или 32). В случае, если конфликта избежать не удается — видеоконтроллеру приходится задерживать обращение ЦП к видеопамяти, что снижает производительность системы; для исключения подобных конфликтов в ряде карт применяется так называемая двухпортовая память ( V R A M , WRAM), допускающая одновременные обращения со стороны двух устройств. Многие современные видеоконтроллеры является потоковыми — их работа основана на создании и смешивании воедино нескольких потоков графической

426

Вопросы и ответы информации. Обычно это основное изображение, на которое накладывается изображение аппаратного курсора мыши и отдельное изображение в прямоугольном окне, поступающее, к примеру, от TV-приемника ил и декодера MPEG. Видеоконтроллере потоковой обработкой, а также с аппаратной поддержкой некоторых типовых функций называется акселератором или ускорителем, и служит для разгрузки ЦП от рутинных операций по формированию изображения. ЦАП (цифроаналоговый преобразователь, DAC) служит для преобразования результирующего потока данных, формируемого видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, подаваемые на монитор. Все современные мониторы используют аналоговый видеосигнал, поэтому возможный диапазон цветности изображения определяется только параметрами ЦАП. Большинство ЦАП имеют разрядность 8x3 — три канала основных цветов (красный, синий, зеленый, RGB) по 256 уровней яркости на каждый цвет, что в сумме дает 16.7 млн. цветов. Обычно ЦАП совмещен на одном кристалле с видеоконтроллером, однако это делается в основном для недорогих ЦАП, поскольку близкое соседство с интенсивно работающими схемами отрицательно влияет на стабильность работы ЦАП. Видео-ПЗУ (Video ROM) — постоянное запоминающее устройство, в которое записаны видео-BIOS, экранные шрифты, служебные таблицы. ПЗУ не используется видеоконтроллером напрямую — к нему обращается только центральный процессор, и в результате выполнения им программ из ПЗУ происходят обращения к видеоконтроллеру и видеопамяти. На многих современных картах устанавливаются электрически перепрограммируемые ПЗУ (EE.PROM, Flash ROM), допускающие перезапись пользователем под управлением специальной программы из комплекта карты. ПЗУ необходимо только для первоначального запуска адаптера и работы в режиме MS DOS, Novell Netware и других ОС, работающих преимущественно в текстовом режиме; операционные системы Windows, OS/2 и им подобные, работающие через собственные видеодрайверы, не используют ПЗУ для управления адаптером, либо используют его только при выполнении программ для MS-DOS. На карте обычно размещаются один или несколько разъемов для внутреннего соединения; один из них носит название Feature Connector и служит для предоставления внешним устройствам доступа к видеопамяти и изображению. К этому разъему может подключаться телеприемник, аппаратный декодер MPEG, устройство ввода изображения. На некоторых картах предусмотрены отдельные разъемы для подобных устройств.

Что такое ускоритель и зачем он нужен Ускоритель (accelerator) — набор аппаратных возможностей адаптера, предназначенный для перекладывания части типовых операций по работе с изображением на встроенный процессор адаптера. Различаются ускорители графики (graphics accelerator) с поддержкой изображения отрезков, простых фигур, заливки цветом, вывода курсора мыши и ускорители анимации (video accelerators) — с поддержкой масштабирования элементов изображения и преобразования цветового пространства. Популярны также ускорители трехмерной графики с поддержкой многослойного изображения, теней.

427

Вопросы и ответы

VESA и VBE VESA (Video Electronics Standards Association — ассоциация стандартизации видеоэлектроники) — организация, выпускающая различные стандарты в области электронных видеосистем и их программного обеспечения. VBE (VESA BIOS Extension — расширение BIOS в стандарте VESA) дополнительные функции видео-BIOS по отношению к стандартному видео-BIOS для VGA, позволяющие запрашивать у адаптера список поддерживаемых нидеорежимов и их параметров (разрешение, цветность, способы адресации, развертка) и изменять эти параметры для согласования адаптера с конкретным монитором. По сути, VBE является унифицированным стандартом программного интерфейса с VESA-совместимыми картами — при работе через видео-BIOS он позволяет обойтись без специализированного драйвера карты.

JPEG, MPEG и MJPEG JPEG (Joint Picture Experts Group) — объединенная группа экспертов по изображениям, выпускающая стандарты сжатия неподвижных изображений. Предложенный группой формат JPEG, основанный на кодировании плавных цветовых переходов, позволяет в несколько раз уменьшить объем данных при незначительной потере качества. Файлы с изображениями в формате JPEG имеют расширение JPG. MPEG (Motion Pictures Experts Group) — группа экспертов по движущимся изображениям, выпускающая стандарты сжатия движущегося изображения. Серия предложенных ею форматов MPEG, основанная на сжатии избыточной информации., удалении незначительных деталей и представлении каждого следующего кадра в виде списка отличий от предыдущего, позволяет в несколько десятков (до 50) раз уменьшить объем данных — опять же, при незначительной потере качества. Кадры в формате MPEG имеют размер 360x240 точек по 24 разряда цвета на точку, и воспроизводятся со скоростью 25 кадров в секунду. Файлы с роликами в формате MPEG имеют расширение MPG. MJPEG (Motion JPEG) — стандарт формата для сжатия изображений в реальном времени, используемый в системах Miro Video DC20, DC30 и Matrox Rainbow Runner. В этом формате кодируются отдельные кадры, а не изменения между ними, как в MPEG. Для воспроизведения фильмов в форматах MPEG необходимо декодировать либо весь фильм заранее, либо по ходу вывода кадров, в реальном времени. Чаше всего используется второй способ, требующий довольно значительных процессорных ресурсов. Для ускорения декодирования на медленных процессорах были разработаны аппаратные декодеры MPEG, выполненные либо в виде дочерних плат, либо встроенные в основной видеоадаптер. Однако быстрые процессоры (Pentium-133 и выше, а особен но — Pentium MMX) выполняют декодирование быстрее многих обычных аппаратн ых декодеров, поэтому программное декодирование может оказаться выгоднее аппаратного, а при использовании нестандартной частоты кадров — обеспечить более высокую скорость вывода изображения. Ускорители анимации видеоадаптеров эффективно используются для вывода фильмов в форматах MPEG, снимая с процессора нагрузку по масштабированию изображения и приведению его цветности к текущему цветовому режиму экрана. Видеоадаптеры с такими ускорителями часто называют «Software MPEG» — «про428

Вопросы и ответы граммный MPEG», подразумевая программное декодирование с аппаратным выводом.

Типы видеопамяти, использующиеся в видеоадаптерах FPM DRAM (Fast Page Mode Dynamic RAM — динамическое ОЗУ с быстрым страничным доступом) — основной тип видеопамяти, идентичный используемой в системных платах. Использует асинхронный доступ, при котором управляющие сигналы жестко не привязаны к тактовой частоте системы. Активно применялся примерно до 1996 г. Наиболее распространенные микросхемы FPM DRAM — 4-разрядные DIP и SOJ, атакже — 16-разрядные SOJ. VRAM (Video RAM — видео-ОЗУ) — так называемая двухпортовая DRAM с поддержкой одновременного доступа со стороны видеопроцессора и центрального процессора компьютера. Позволяет совмещать во времени вывод изображения на экран и его обработку в видеопамяти, что сокращает задержки и увеличивает скорость работы. EDO DRAM (Extended Data Out DRAM — динамическое ОЗУ с расширенным временем удержания данных на выходе) — тип памяти с элементами конвейеризации, позволяющий несколько ускорить обмен блоками данных с видеопамятью. SGRAM (Synchronous Graphics RAM — синхронное графическое ОЗУ) вариант DRAM с синхронным доступом, когда все управляющие сигналы изменяются только одновременно с системным тактовым синхросигналом, что позволяет уменьшить временные задержки за счет «выравнивания» сигналов. WRAM (Window RAM — оконное ОЗУ) — EDO VRAM, в котором порт (окно), через который обращается видеоконтроллер, сделан меньшим, чем порт для центрального процессора. MDRAM (Multibank DRAM — многобанковое ОЗУ) — вариант DRAM, организованный в виде множества независимых банков объемом по 32 Кб каждый, работающих в конвейерном режиме. Увеличение скорости обращения видеопроцессора к видеопамяти, помимо повышения пропускной способности адаптера, позволяет поднять максимальную частоту регенерации изображения, что снижает утомляемость глаз оператора.

Типы видеоадаптеров, использующиеся в IBM PC М DA (Monochrome Display Adapter— монохромный адаптер дисплея) простейший видеоадаптер, применявшийся в IBM PC. Работает в текстовом режиме с разрешением 80x25 (720x350, матрица символа — 9x14), поддерживает пять атрибутов текста; обычный, я р к и й , инверсный, подчеркнутый и мигающий. Частота строчной развертки — 15 кГц. Интерфейс с монитором — цифровой: сигналы синхронизации, основной видеосигнал, дополнительный сигнал яркости. HGC (Hercules Graphics Card — графическая карта Hercules) — расширение MDA с графическим режимом 720x348, разработанное фирмой Hercules. CGA (Color Graphics Adapter — цветной графический адаптер) — первый адаптер с графическими возможностями. Работает либо в текстовом режиме с разрешениями 40x25 и 80x25 (матрица символа — 8x8). либо в графическом с разре429

Вопросы и ответы шениями 320x200 или 640x200. В текстовых режимах доступно 256 атрибутов символа — 16 цветов символа и 16 цветов фона (либо 8 цветов фона и атрибут мигания), в графических режимах доступно четыре палитры по четыре цвета каждая в режиме 320x200, режим 640x200 — монохромный. Вывод информации на экран требовал синхронизации с разверткой, в противном случае возникали конфликты по видеопамяти, проявляющиеся в виде «снега» на экране. Частота строчной развертки 15 кГц. Интерфейсе монитором — цифровой: сигналы синхронизации,основной видеосигнал (три канала — красный, зеленый, синий), дополнительный сигнал яркости. EGA (Enhanced Graphics Adapter — улучшенный графический адаптер) дальнейшее развитие CGA, примененное в первых PC AT. Добавлено разрешение 640x350, что в текстовых режимах даст формат 80x25 при матрице символа 8x14 и 80x43 — при матрице 8x8. Количество одновременно отображаемых цветов — по прежнему 16, однако палитра расширена до 64 цветов (по два разряда яркости на каждый цвет). Введен промежуточный буфер для передаваемого на монитор потока данных, благодаря чему отпала необходимость в синхронизации при выводе в текстовых режимах. Структура видеопамяти сделана на основе так называемых битовых плоскостей — «слоев», каждый из которых в графическом режиме содержит биты только своего цвета, а в текстовых режимах по плоскостям разделяются собственно текст и данные знакогенератора. Совместим с MDA и CGA. Частоты строчной развертки 15 и 18 кГц. Интерфейс с монитором — цифровой: сигналы синхронизации, видеосигнал (по две линии на каждый из основных цветов). MCGA (Multicolor Graphics Adapter — многоцветный графический адаптер) - введен фирмой IBM в ранних моделях PS/2. Добавлено разрешение 640x400 (текст), что дает формат 80x25 при матрице символа 8x16 и 80x50 — при матрице 8x8. Количество воспроизводимых цветов увеличено до 262144 (по 64 уровня на каждый из основных цветов)- Помимо палитры, введено понятие таблицы цветов, через которую выполняется преобразование 64-цветного пространства цветов EGA в пространство цветов MCGA. Введен также видеорежим 320x200x256, в котором вместо битовых плоскостей используется представление экрана непрерывной областью памяти объемом 64000 байт, где каждый байт описывает цвет соответствующей ему точки экрана. Совместим с CGA по всем режимам и с EGA — по текстовым, за исключением размера матрицы символа. Частота строчной развертки — 31 кГц, для эмуляции режимов CGA используется так называемое двойное сканирование — дублирование каждой строки формата Nx200 в режиме Nx400. Интерфейс с монитором — аналогово-цифровой: цифровые сигналы синхронизации, аналоговые сигналы основных цветов, передаваемые монитору без дискретизации. Поддерживает подключение монохромного монитора и его автоматическое опознание — при этом в видео-BIOS включается режим суммирования цветов по так называемой шкале серого (grayscale) для получения полутонового чернобелого изображения. Суммирование выполняется только при выводе через BIOS при непосредственной записи в видеопамять на монитор попадает только сигнал зеленого цвета (если он не имеет встроенного цветосмесителя). VGA (Video Graphics Array — множество, или массив, визуальной графики) — расширение MCGA, совместимое с EGA, введен фирмой IBM в средних моделях PS/2. Фактический стандарт видеоадаптера с конца 80-х годов. Добавлен текстовый режим 720x400 для эмуляции MDA и графический режим 640x480 с доступом через битовые плоскости. В режиме 640x480 используется так называемая

430

Вопросы и ответы квадратная точка (соотношение количества точек по горизонтали и вертикали совпадает со стандартным соотношением сторон экрана — 4:3) Совместим с MDA, CGA и EGA, интерфейс с монитором идентичен MCGA. IBM 8514/а — специализированный адаптер для работы с высокими разрешениями (640x480x256 и 1024x768x256), с элементами графического ускорителя. Не поддерживает видеорежимы VGA. Интерфейс с монитором аналогичен VGA/ MCGA. IBM XGA — следующий специализированный адаптер IBM. Расширено цветовое пространство (режим 640x480x64k), добавлен текстовый режим 132x25 (1056x400). Интерфейс с монитором аналогичен VGA/MCGA. SVGA (Super VGA — «сверх»-VGA) — расширение VGA с добавлением более высоких разрешений и дополнительного сервиса. Видеорежимы добавляются из ряда 800x600, 1024x768, 1152x864, 1280x1024, 1600x1200 большинство с соотношением 4:3. Цветовое пространство расширено до 65536 (High Color) или 16.7 млн. (True Color). Также добавляются расширенные текстовые режимы формата 132x25, 132x43, 132x50. Из дополнительного сервиса добавлена поддержка VBE. Фактический стандарт видеоадаптера примерно с 1992 г., после выхода стандарта VBE 1.0. До выхода и реализации стандарта практически все SVGA-адаптеры были несовместимы между собой.

Можно ли использовать в компьютере две видеокарты Большинство видеокарт для шин ISA и VLB не может работать совместно в одном компьютере, за исключением комбинации MDA (или совместимой) с CGA/EGA/VGA (или совместимой). Это возможно только потому, что в MDA и совместимых с ним адаптерах используются адреса портов и памяти, не пересекающиеся с адресами цветных адаптеров. Соответственно, могут работать вместе даже две EGA- или VGA- совместимые карты, если одна из них при включении автоматически устанавливается в MDA-совместимый режим, «уходя» с адресов цветных режимов. Современные карты для шины PCI не имеют жестко заданных адресов ввода/вывода, поэтому при инициализации система автоматически разносит их по разным областям адресов. Это позволяет совмещать в компьютере две и более видеокарт при наличии поддержки со стороны ОС; при этом основной (размещаемой по стандартным адресам ввода/вывода) будет карта, расположенная в разъеме с наименьшим номером. Конфигурацию из двух видеоадаптеров поддерживают многие отладчики и другие управляющие программы. Более двух видеокарт поддерживает Windows 95 и выше. DDC и DPMS DDC (Display Data Channel — канал данных монитора — дополнительные линии интерфейса между адаптером и монитором, по которым монитор может сообщать адаптеру информацию о своем коде модели, поддерживаемых режимах, оптимальных параметрах изображения. Мониторы с DDC называют также РпР (Plug And Play — включи и играйся), поскольку всю работу по настройке такого монитора система может выполнить автоматически. 431

Вопросы и ответы DPMS (Display Power Management System — система управления питанием монитора) — система, при помощи которой монитор может переводиться в режимы энергосбережения или отключаться совсем. Различается четыре режима DMPS, управляемых сигналами синхронизации: Режим

H-Sync

V-Sync

Состояние

Normal

Есть

Есть

Standby

Нет

Есть

Кратковременная пауза

Suspend

Есть

Нет

Долговременная пауза

Off

Нет

Нет

Полное отключение

Нормальная работа

В режиме Standby происходит гашение экрана, в режиме Suspend снижение температуры накала катодов ЭЛТ. Ряд мониторов трактует режим Standby так же, как и Suspend. Выход синхросигналов за допустимые пределы большинство мониторов трактует как их пропадание, переходя в режим полного отключения питания.

Необходимость 26-контактного разъема на видеоадаптере Это так называемый Feature Connector — «разъем доступа к возможностям», через который внешние устройства могут работать с видеопамятью и информационным потоком карты. Обычно он используется для подключения устройств ввода (захвата) видеоизображения, телеприемников, блоков преобразования стандартов. Различается два типа разъемов — VGA и VESA.

Разница между 24-разрядным и 32-разрядным кодированием цвета Прежде всего — в том, что 24-разрядное представление неудобно с точки зрения обработки изображения: каждая точка описывается тремя байтами, что не является единицей данных с точки зрения процессора, а умножение/деление на три — менее эффективные операции, чем умножение/деление на степени двойки. Поэтому оно используется только при необходимости экономить видеопамять и существенно замедляет формирование и вывод изображения — со стороны как центрального, так и видеопроцессора. При наличии достаточного количества видеопамяти используется 32-разрядное представление, в котором младшие при байта описывают цвет точки, а старший байт либо управляет дополнительными параметрами (к примеру, информацией о взаимном перекрывании объектов или глубине в трехмерном изображении), либо не используется. DCI и DirectX DCI — Device Control Interface (интерфейс управления устройством) программный интерфейс с низкоуровневыми функциями видеоадаптера, введенный еще в Windows 3.1 и предназначенный главным образом для эффективной реализации вывода движущихся изображений с параллельным преобразованием цветов. В случае, если драйвер видеоадаптера, имеющего ускоритель анимации, не поддерживает DCI, то в играх и программах воспроизведения фильмов, ориентированных на DCI, будут использоваться обычные функции вывода изображений. и выигрыша от аппаратного ускорителя не будет.

432

Вопросы и ответы В Windows 95 DCI заменен семейством интерфейсов DirectX — DirectDraw, Direct3D, DirectVideo, DirectSound, DirectPlay, каждый из которых обеспечивает доступ к соответствующему аппаратному ускорителю. Поддержка DCI в Windows 95 не практикуется, и программы, ориентированные на него, не смогут использовать всю полноту возможностей аппаратуры при работе под Windows 95. Например, версии 1.x популярного проигрывателя анимации Xing ориентированы на Windows 3.I/DCI, а версии 2.x и 3.x — на Windows 95/DirectDraw.

Проблемы при запуске карты: карта запускается то в цветном, то в черно-белом режиме Чаще всего это происходит по причине конфликта сигналов на контакте 12 разъема VGA. Ранние адаптеры VGA и SVGA использовали этот контакт для опознания монохромного монитора, а современные адаптеры используют его в качестве входа данных, поступающих из монитора. В случае, если при запуске адаптера типа Trident 9000 или ему подобного, с подключенным к нему монитором стандарта DDC, на этом контакте окажется низкий уровень адаптер опознает монитор как монохромный, и включит режим суммирования цветов по «серой шкале». Для ликвидации этого эффекта достаточно отпаять провод от контакта 12 разъема монитора, либо перерезать дорожку, ведущую от этого же контакта адаптера к микросхеме видеоконтроллера. При налимий в комплекте утилит для установки режимов адаптера (к примеру, SMonitor для адаптеров Trident) возможно попробовать жестко задать режим работы карты, включив соответствующую команду в стартовый файл ОС.

Достаточно ли 16.7 млн. цветов для любого изображения Хотя такого количества различных цветов и достаточно для кодирования большинства изображений, используемая в настоящее время система кодирования имеет принципиальный недостаток — количество градаций каждого из основных цветов не может превышать 256. Например, если заполнить экран одним из основных цветов с плавно меняющейся яркостью, то нетрудно заметить границы между дискретными уровнями. Это не позволяет точно передавать изображения, содержащие большие области плавного изменения цветов. Однако при кодировании изображений, в которых подобных областей нет, используемая система дает вполне удовлетворительное качество передачи.

Увеличение скорости работы видеоадаптера В ряде случаев увеличение скорости работы возможно. Прежде всего, узким местом может быть системная шина между процессором и адаптером: чем выше ее частота тем выше скорость обмена информацией по шине. В случае, если есть возможность выбрать ту же внутреннюю частоту процессора при более высокой внешней (к примеру, 2x83 МГц вместо 2.5x66 МГц) — имеет смысл сделать это, убедившись в стабильной работе адаптера на повышенной частоте. Кроме этого, во многих адаптерах имеется значительный запас по внутренней тактовой частоте видеопроцессора и режимам работы видеопамяти. Для управления этими параметрами используется программа MCLK (для карт

433

Вопросы и ответы на микросхемах S3, Cirrus Logic, Trident и Tseng ET-4000/6000). Путем подъема тактовой частоты контроллера и подбора режимов памяти возможно ускорить работу на 20% и более. При этом нельзя забывать, что адаптер будет работать в более жестком временном и тепловом режимах, что может повлечь за собой сбои. Чрезмерное повышение тактовой частоты может привести к выходу из строя адаптера или монитора. Иногда заметное ускорение возможно получить, установив более свежие версии драйверов — в ранних версиях драйверов могут использоваться не все возможности адаптера, могут встречаться неоптимизированные участки кода.

Конфликт внутреннего модема на COM4 с картами на S3 Часть адресов, стандартных для порта COM4 (2E8-2EF) карты на микросхемах S3 используют для управления ускорителями. При работе под DOS это незаметно, а под многозадачными системами при переключении задач происходит перепрограммирование карты, отчего в порты модема попадают посторонние значения. В большинстве случаев единственное, что возможно сделать — убрать модем с COM4 или сменить видеокарту. В микросхемах Trio64V+ и выше использование портов с адресами 2Е8 для управления ускорителем необязательно, однако известные драйверы этих карт для Windows и OS/2 по-прежнему работают в режиме, совместимом в ранними микросхемами Trio32/64.

Оценка скорости работы видеосистемы Например, при помощи видеотеста GSpeed, который возможно найти во многих РТР-архивах в Internet.

TV-tuner Это блок телевизионного приемника и декодера видеосигнала, выполненный либо в виде самостоятельной карты, либо объединенный на одной плате с обычным адаптером SVGA. Цифровой видеосигнал, полученный с приемника, накладывается на основное изображение либо окном, либо с разворотом на полный экран. Ввиду того, что на небольшой плате трудно обеспечить качественную схему телеприемника и из-за значительного уровня помех внутри корпуса компьютера качество телевизионного изображения чаще всего достаточно низким. Благодаря наличию в TV-tuner системы преобразования аналогового сигнала в цифровой в некоторые модели встроены функции ввода (захвата) изображения со стандартного видеовхода, а также — вывода цифрового изображения на стандартный видеовход. Поскольку эти функции в TV-tuner реализованы как дополнительные — он не могут соперничать со специализированными платами ввода/вывода изображений.

Использование вместо монитора обычного телевизора Использование возможно, но только в том случае, если адаптер будет работать в стандартном телевизионном режиме, соответствующем режиму монитора CGA (частота строчной развертки — 15 кГц). Многие ранние адаптеры EGA и

434

Вопросы и ответы VGA имели специальный переключатель для установки типа монитора; на современных адаптерах для этого необходимо явно устанавливать режим эмуляции CGA. Существуют специальные резидентные программы для DOS, поддерживающие режим эмуляции, причем запуск адаптера всегда происходит в режиме VGA и получение стабильного изображения возможно только после успешного запуска резидентной программы — в случае сбоя при загрузке увидеть что-либо на экране будет невозможно. В случае, если возможность поддержания адаптера в режиме совместимости с CGA есть, то для подключения к нему телевизора необходимо либо наличие в последнем входа RGB (раздельные сигналы цветов и синхронизации), либо нахождение этих входов на платах видеоусилителя и блока разверток. Для формирования комплексного синхросигната, подаваемого на вход RGB, сигналы строчной и кадровой развертки с выхода адаптера складываются операцией «исключающее ИЛИ», результат инвертируется и подается на вход синхросигнала телевизора. Видеосигналы основных цветов подаются на вход RGB без изменения.

Способ регулировки параметров монитора — OSD On-Screen Display (дисплей на экране) — способ регулировки параметров монитора, при котором они отображаются на экране в удобочитаемом виде — к примеру, в виде шкалы, числовой величины или названия режима. Наличие OSD подразумевает цифровую систему управления, содержащую микропроцессор и синтезаторы управляющих напряжений, которая работает значительно точнее традиционной аналоговой. Кроме удобства регулировки, цифровая система управлении способна автоматически запоминать параметры изображения для каждого из режимов развертки, что позволяет исключить изменения геометрии и центровки изображения при смене режимов.

Откуда берется тонкая линия на экранах мониторов В кинескопах Trinitron, используемых в мониторах Sony, и некоторых других (Diamondtron от Mitsubishi, Sonictron от ViewSonic), для гашения колебаний апертурной решетки применяется тонкая проволока (damper wire), натянутая горизонтально поперек нитей решетки. В кинескопах до 17" используется одна гасящая проволока, размешенная и нижней трети экрана, в кинескопах 17"-21" две: в нижней и верхней третях экрана; в кинескопах размера более 21" — три/

Появление пятен на экране цветного монитора Это часто свидетельствует о намагничивании теневой маски или арматуры кинескопа, произошедшем в результате влияния внешних магнитных полей (постоянные магниты звуковых колонок, держателей скрепок, переменные магнитные поля трансформаторов, двигателей, других мониторов, находящихся в непосредственной близости). Перемагничивание может возникать даже после непродолжительной работы монитора в неестественном положении (экраном вниз или вверх, на боку или вверх ногами) — благодаря системе компенсации влияния магнитного поля Земли, которая в таких положениях может лишь усилить его. Намагниченность маски и арматуры вызывает нарушение сведения лучей и засветку люминофора «чужих» цветов, что проявляется в виде цветных пятен. Значительное намагничивание кинескопа вызывает геометрические искажения формы изображения, особенно в углах экрана.

435

Вопросы и ответы Для размагничивания кинескопа во всех мониторах предусмотрен специальный контур, по которому пропускается ток в момент включения питания. На многих мониторах есть также режим принудительного размагничивания (Degauss). При наличии режима размагничивания рекомендуется включить его одиндва раза; если пятна окончательно не пропали — то повторить с интернатом в 2530 минут. В случае, если такого режима нет— возможно несколько раз выключить и включить монитор, выдерживая паузу в несколько минут, В случае, если самостоятельно размагнитить кинескоп не удалось — необходимо специальное размагничивающее устройство (лучше всего сделать это в сервисном центре).

Правила и нормы безопасности при работе с монитором При работе монитор, как и любой телевизор, испускает ряд излучений: рентгеновское и бета-излучение, идущее из кинескопа, и переменное электромагнитное поле, идущее от катушек строчной и кадровой развертки, силовых трансформаторов и катушек коррекции. Бета-излучение обнаруживается лишь в нескольких сантиметрах от экрана, рентгеновское — в 20-30 см, электромагнитное поле катушек распространяется во все стороны, особенно вбок и назад (спереди оно в некоторой степени ослабляется теневой маской и арматурой кинескопа). По последним данным, именно электромагнитное излучение низкой частоты представляет наибольшую опасность для здоровья, поэтому санитарные нормы развитых стран устанавливают минимальное расстояние от экрана до оператора около 50-70 см (длина вытянутой руки), а ближайших рабочих мест от боковой и задней стенок монитора — не менее 1.5 м. Клавиатура и руки оператора также должны быть расположены на максимально возможном расстоянии от монитора. Один из наиболее жестких стандартов на допустимые уровни электромагнитных излучений — MPR II (Швеция), устанавливающий условно безопасные уровни их!учений на расстоянии 50 см от монитора; этому стандарту удовлетворяют практически все современные мониторы. Более жесткий стандарт ТСО'92 устанавливает условно безопасные уровни на расстоянии 30 см от монитора. Минимально допустимой в настоящее время частотой смены кадров (регенерации изображения, Vertical Refresh Rate) считается 75 Гц, однако многие люди даже на такой частоте ощущают мерцание изображения, либо подсознательное ощущение дискомфорта от повышенного утомления глаз. Порогом, за которым мерцание практически не ощущается, принято считать частоту смены кадров 100 Гц, которую обеспечивают многие профессиональные мониторы. Однако, даже если в таблице режимов монитора указана максимальная частота 75 Гц, многие мониторы на самом деле уверенно поддерживают частоты 80..85 Гц, а в ряде случаев — и больше; в таком случае возможно опытным путем найти частоту, на которой начинается срыв синхронизации, и установить в качестве рабочей одну из меньших частот. При этом нужно иметь в виду, что повышение частоты кадров повышает и частоту следования точек, что которая может выйти за пределы полосы пропускания видеоусилителя и снизить четкость изображения. Четкость возможно проверить по тестовым изображениям, на которых чередуются черные и белые вертикальные полосы с расстоянием в одну-две точки.

436

Вопросы и ответы

Проверка качества изображения на мониторе Это удобно делать при помощи Nokia Monitor Tester (NTest), включающего тесты яркости/контраста, четкости/полосы пропускания, сведения лучей, геометрических искажений, чистоты цвета.

Информация по видеокартам и драйверам для них Internet: 3dfx — 3dfx.com ASUSTek — asus.com.tw ATI Technologies — atitech.ca Canopus Corp. — canopuscorp.com Cirrus Logic — cirrus.com Diamond Multimedia — diamondmm.com FAST Electronic — 2fast4u.com Hercules — hercules.com Matrox — matrox.com Miro Computer Products — miro.com S3 Inc. — s3.com STB Systems — stb.com Trident Microsystems — tridentmicro.com Tseng — tseng.com VESA — vesa.org РТР-архивы: ftp.cdrom.com/,27/sac/graph ftp. vse.cz/pub/. ccd Ос/ftp, elf. stuba.sk/pc/graph cert.unisa.it/pub/PC/SAC/graph ftp.uakom. sk/p ub/m i rrors/sac/grap h ftp.cs.tu-berlm.de/pub/msdos/mirrors/ftp.elf.stuba.sk/pc/graph ftp. e 1 f. stuba.sk/pub/pc/grap h ftp.pwr.wroc.pl/pub/pc/sac/graph http://www.faqs.org — большое собрание различных FAQ.

437

Вопросы и ответы

Мультимедиа Создание и обработка звука Создание (синтез) звука в основном преследует две цели: имитация различных естественных звуков (шум ветра и дождя, звук шагов, пение птиц), а также акустических музыкальных инструментов (имитационный синтез), и получение принципиально новых звуков, не встречающихся в природе (чистый синтез). Обработка звука обычно направлена на получение новых звуков из уже существующих (к примеру, «голос робота»), либо придание им дополнительных качеств или устранение существующих (к примеру, добавление эффекта хора, удаление шума или щелчков). Каждый из методов синтеза и обработки имеет свою математическую и алгоритмическую модель, что позволяет любой из них реализовать на компьютере; однако, многие методы, будучи реализованы точно, требуют слишком большого объема вычислений, отчего их обычно реализуют с какой-либо степенью допущения.

Основные свойства звука Чаше всего в звуке рассматривается амплитуда и спектральный состав звукового колебания, а также их изменение во времени. Амплитуда (amplitude) определяет максимальную интенсивность колебаний — громкость (volume) или силу звука. На осциллограмме амплитуда представляется размахом сигнала — наибольшим и наименьшим относительно среднего значения уровнями. Спектральный состав определяет окраску или тембр звука (timbre). Любое периодическое колебание может быть представлено рядом Фурье — суммой конечного числа синусоидальных колебаний (чистых тонов). Спектр звука представляет собой график интенсивностей (амплитуд) этих частотных составляющих, обозначаемых обычно в виде вертикальных линий соответствующей высоты. Спектр чистого тона имеет только одну линию, соответствующую его частоте; спектр любого другого колебания имеет более одной линии. В случае, если на спектре звука имеется достаточно острый пик, то такой звук воспринимается на слух как тон соответствующей высоты, а остальные составляющие определяют его окраску; в противном случае звук воспринимается как одновременное звучание нескольких тонов или шум. Частотные составляющие, кратные основной частоте тона, называются гармониками (harmonics) или обертонами; гармоники нумеруются, начиная с самого основного тона (первая гармоника), а обертоны — с первой кратной составляющей (первый обертон — вторая гармоника). Из-за особенностей слухового восприятия высота звука определяется больше по его спектральному составу, нежели по самому основному тону. Например, субъективная высота большинства спектрально богатых низкочастотных звуков практически не меняется даже при полном удалении из них основного тона, который в слуховом аппарате восстанавливается по разностным частотам первых обертонов. Изменение амплитуды во времени называется амплитудной огибающей (envelope) звука — на амплитудном графике она как бы огибает график колебания, а график получается как бы вписанным в огибающую.

438

Вопросы и ответы Кроме периодических колебаний — тонов — рассматриваются также непериодические колебания — шумы. Для шума характерно более или ML'Hee равномерное распределение интенсивности по спектру, без явно выраженных пиков или спадов. В основном различается два вида шума: белый и розовый. Белый шум имеет равномерную спектральную плотность и в чистом виде в природных звуках не встречается, однако часто встречается в электронных приборах; плотность розового шума спадает с ростом частоты (I/f) — это характеристика шума дождя, прибоя, ветра и прочих неярко выраженных природных шумов. Иногда рассматривается также коричневый шум с плотностью 1/f, быстро спадающей с ростом частоты характеристика, близкая к звукам ударного происхождения (гром, обвал).

Определение децибела Децибел — это относительная логарифмическая единица измерения величин, связанных с интенсивностью звука (мощности, амплитуды, напряжения или тока сигнала, усиления/ ослабления). Чувствительность слуха носит логарифмический характер — нарастание интенсивности в виде степенной функции воспринимается на слух как линейное увеличение громкости, поэтому в ряде случаев удобнее пользоваться логарифмическими, а не линейными единицами. Десятичный логарифм отношения некоторой величины к ее эталонному значению — lg (Х/Хэ) — называется белом ки, менять одну гласную на другую, сдвигать регистр голоса.

Методы создания звуковых эффектов, применяемые в музыке При помощи различных комбинаций описанных выше преобразований. Вот наиболее распространенные звуковые эффекты: •

вибрато — амплитудная или частотная модуляция сигната с небольшой частотой (до 10 Гц). Амплитудное вибрато также носит название тремоло; на слух оно воспринимается, как замирание или дрожание звука, а частотное — как «завывание» или «плавание» звука (типичная неисправность механизма магнитофона — детонация). Вибрато обычно реализуется модуляцией синусоидальным сигналом, а тремоло треугольным или пилообразным сигналом либо многократным автоматическим перезапуском ноты,

•

динамическая фильтрация (wah-wah — «вау-вау») — реализуется изменением частоты среза или полосы пропускания фильтра с небольшой частотой. На слух воспринимается, как вращение или заслонение/открывание источника звука — увеличение высокочастотных составляющих ассоциируется с источником, обращенным на слушателя, а их уменьшение — с отклонением от этого направления.

•

фленжер (flange — гребень). Название происходит от способа реализации этого эффекта в аналоговых устройствах — при помощи так называемых гребенчатых фильтров, имеющих АЧХ 445

Вопросы и ответы такого же вида. Гребенчатые фильтры могут строиться на линиях задержки — при этом постоянный сдвиг фазы создает характерную форму АЧХ. Заключается в добавлении к исходному сигналу его копий, сдвинутых во времени на небольшие величины (примерно 3..30 мс) с возможной частотной модуляцией копий или величин их временных сдвигов и обратной связью (суммарный сигнал снова копируется, сдвигается). На слух это ощущается как «дробление», «размазывание» звука, возникновение биений — разностных частот, характерных для игры в унисон или хорового пения, отчего фленжеры с определенными параметрами (сдвиги с модуляцией противофазным сигналом) применяются для получения хорового эффекта (chorus). Меняя параметры фленжера, возможно в значительной степени изменять первоначальный тембр звука. фейзер (phase — фаза) — смешивание исходного сигнала с его копиями, сдвинутыми по фазе (что равноценно сдвигу по времени на доли-единицы миллисекунд); величина сдвига может модулироваться во времени. По сути, это частный случай фленжера, но с намного более простой аналоговой реализацией, так как сдвиг по фазе выполняется проще задержки по времени (цифровая реализации одинакова). Изменение фазовых сдвигов суммируемых сигналов приводит к подавлению отдельных гармоник или частотных областей, как в многополосном фильтре. На слух такой эффект напоминает качание головки в стереомагнитофоне — физические процессы в обоих случаях примерно одинаковы. реверберация (reverberation — повторение, отражение). Получается путем добавления к исходному сигналу затухающей серии его задержанных во времени копий. Это имитирует затухание звука в помещении, когда за счет многократных отражений от сген, потолка и прочих поверхностей звук приобретает полноту и гулкость, а после прекращения звучания источника затукает не сразу, а постепенно. При этом время между последовательными отзвуками (примерно 15..50 мс) ассоциируется с величиной помещения, а их интенсивность — с его гулкостью. По сути, ревербератор представляет собой частный случай фленжера без модуляции и с увеличенной задержкой между отзвуками основного сигнала, однако особенности слухового восприятия качественно различают эти два вида обработки. эхо (echo). Реверберация с еще более увеличенным временем задержки выше примерно 50 мс. При этом слух перестает субъективно воспринимать отражения, как призвуки основного сигнала, и начинает воспринимать их как повторения. Эхо обычно реализуется так же, как и естественное — с затуханием повторяющихся копий. дистошн (distortion — искажение) — намеренное искажение формы звука, что придает ему резкий, скрежещущий оттенок. Наибольшее применение получил в качестве гитарного эффекта (классическая гитара heavy metal). Получается переусилением исходного сигнала

446

Вопросы и ответы до появления ограничений в усилителе (среза верхушек импульсов) и даже его самовозбуждения. Благодаря этому исходный сигнал становится похож на прямоугольный, отчего в нем появляется большое количество новых нечетных гармоник, резко расширяющих спектр. Этот эффект применяется в различных вариациях (fuzz, overdrive), различающихся способом ограничения сигнала (обычное или сглаженное, весь спектр или полоса частот, весь амплитудный диапазон или его часть), соотношением исходного и искаженного сигналов в выходном, частотными характеристиками усилителей (наличие/отсутствие фильтров на выходе). •

компрессия — сжатие динамического диапазона сигнала, когда слабые звуки усиливаются сильнее, а сильные — слабее. На слух воспринимается как уменьшение разницы между тихим и громким звучанием исходного сигнала. Используется для последующей обработки методами, чувствительными к изменению амплитуды сигнала. В звукозаписи используется для снижения относительного уровня шума и предотвращения перегрузок. В качестве гитарной приставки позволяет значительно (на десятки секунд) продлить звучание струны без затухания громкости.

•

вокодер (voice coder — кодировщик голоса) — синтез речи на основе произвольного входного сигнала с богатым спектром. Речевой синтез реализуется обычно при помощи формантных преобразований: выделение из сигнала с достаточным спектром нужного набора формант с нужными соотношениями придает сигналу свойства соответствующего гласного звука. Изначально вокодеры использовались для передачи кодированной речи: путем анализа исходного речевого сигнала из него выделялась информация об изменении положений формант (переход от звука к звуку), которая кодировалась и передавалась по линии связи, а на приемном конце блок управляемых фильтров и усилителей синтезировал речь заново. Подавая на блок речевого синтеза звучание, к примеру, электрогитары и произнося слова в микрофон блока анализа, возможно получить эффект «разговаривающей гитары»; при подаче звучания с синтезатора получается известный «голос робота», а подача сигнала, близкого по спектру к колебаниям голосовых связок, но отличающегося по частоте, меняет регистр голоса.

Karaoke Это удаление из песни голоса исполнителя — с тем, чтобы получить гак называемую «минусовку» (-1), которую возможно использовать в качестве сопровождения при собственном пении. В случае, если в песне звучит голос только одного исполнителя — он обычно находится примерно посередине стереопанорамы, и удалить его возможно путем вычитания одного канала из другого. В случае, если голос находится не точно посередине — перед вычитанием нужно уравнять амплитуды голоса в обоих каналах. В случае, если поют несколько голосов, они могут быть удалены путем фильтрации соответствую-

447

Вопросы и ответы щих частот. Естественно, все эти преобразования приводят к заметной потере качества фонограммы. Karaoke также называют специально сделанные фонограммы песен без голоса исполнителя.

Устройство электронного музыкального синтезатора Большинство популярных аналоговых синтезаторов, работающих на разностном принципе, построены по модульной технологии, сложившейся к концу 70-х годов, и содержат блоки Key, Env, VCO, VGA, VCF, LFO, NG, Mix и другие. Key (Keyboard — клавиатура) — блок музыкальной клавиатуры В ответ на нажатия клавиш формирует сигнал нажатия, запускающий остальные блоки синтезатора, а также сигнал высоты, напряжение которого пропорционально номеру нажатой клавиши. VCO (Voltage Controlled Oscillator — генератор, управляемый напряжением, ГУН) — генератор исходного сигнала синтезатора. Вырабатывает прямоугольные колебания с различной скважностью (разным спектром сигнала), а также синусоидальные, треугольные и пилообразные, логарифм частоты которых пропорционален управляющему напряжению. NG (Noise Generator — генератор шума) вырабатывает шум — в основном белый или розовый. Mix (Mixer — микшер) объединяет вырабатываемые генераторами сигналы, суммируя их в рахтичных пропорциях, задаваемых регуляторами. Изменение пропорций смешиваемых сигналов дает изменение спектральной плотности выходного сигнала, который подается в другие блоки для дальнейшей обработки. VCF (Voltage Controlled Filter — управляемый напряжением фильтр) блок перестраиваемых фильтров. Обычно под воздействием управляющего напряжения изменяется полоса пропускания фильтра (Band, Contour), частота среза (Cutoff) и добротность фильтра — подъем или спад усиления внутри полосы (Resonance — резонанс). Чаще всего используется фильтр нижних частот (ФНЧ), срезающий высшие частоты, с резонансом около частоты среза; в более сложных моделях используются также полосовые фильтры и ФВЧ. Все или часть параметров фильтров выведены на регуляторы, задающие их исходные значения. Env (Envelope — огибающая) вырабатывает напряжение, изменяющееся по фазам ADSR (Attack — Decay — Sustain — Release). При поступлении сигнала запуска начинается выработка фазы Attack, которая переходит в Decay и далее — в Sustain, где остается до момента снятия сигнала запуска, после чего формируется фаза Release и цикл выработки огибающей завершается. Длительности фаз ADR и уровень S задаются регуляторами. На простых одноголосых синтезаторах имеется только один блок Env, который позволяет сформировать огибающую для одного звука; в многоголосных синтезаторах их несколько. В простых инструментах блок Env формирует только амплитудную огибающую звука, в более сложных имеется отдельный блок для выработки спектральной огибающей для фильтра или дополнительного управления синтезом. VCA (Voltage Controlled Amplifier — управляемый напряжением усилитель) формирует выходной сигнал синтезатора. Обычно его управляющее напряжение берется с блока Env, что дает амплитудную огибающую звука.

448

Вопросы и ответы LFO (Low Frequency Oscillator — генератор низкой частоты) вырабатывает колебания различной формы частотой примерно от 0.1 до 20 Гц, которые могут быть смешаны с любым из других управляющих напряжений. Полача их на VCO дает частотную модуляцию, на VCF — эффект «вау-вау», «вращающегося» или «открывающегося* источника звука, на УСА амплитудное вибрато (тремоло). Некоторые LFO могут вырабатывать случайно меняющийся ступенчатый сигнал, дающий интересные на слух виды модуляции. Каждый из блоков синтезатора полностью независим от других — все они могут соединяться любым способом для получения различных режимов синтеза. В концертных синтезаторах большинство блоков соединены жестко (Key — на VCO и Env, Env — на VGA, LFO — на VCO и VGA), в студийных входы и выходы каждого блока выведены на переднюю панель, и соединение делается внешними шнурами. В начале 80-х начали внедряться цифровые методы обработки, которые поначалу комбинировались с аналоговыми, выполняя каждый свойственные ему функции. Например, блоки Key, VCO, LFO, NG и Env проще реализуются цифровым способом, a Mix и VCF — аналоговым. При этом цифровые блоки через ЦАП подавали управляющие напряжения на аналоговые. Преимущество цифровых формирователей — более высокая стабильность, точность, а главное — повторяемость сигналов, поскольку аналоговая (непрерывная) форма заменена дискретной (конечной). При достаточно большом числе дискрет ступенчатость перестает ощущаться на слух, но повторяемость остается. Тогда же появились полностью цифровые FM-синтезаторы, которые не содержали наиболее сложных в цифровой реализации управляемых фильтров. В середине 80-х был освоен выпуск быстродействующих DSP, и появились полностью цифровые разностные и самплерные синтезаторы. По сути, цифровой синтезатор представляет собой обыкновенный компьютер с устройствами ввода (клавиатура, кнопки, рычажки, датчики, MIDI), вывода (звук, индикаторы, MIDI), обработки (генераторы, преобразователи, память) и центральным процессором, координирующим их работу. Например, клавишный синтезатор Roland JV-30 выпускается как в виде отдельного модуля (тонгенератора) SC-55, так и в виде звуковой карты для PC — SCC-1.

Методы синтеза, использующиеся в синтезаторах В большинстве моделей выпуска 70-х годов использовался в основном разностный метод синтеза. В моделях выпуска начала-середины 80-х частотно-модуляционный. В конце 80-х стали преобладать самплерные методы, а в начале 90-х - таблично-волновые, с обработкой на мощных DSP. Популярные модели разностных синтезаторов — PolyMoog, Crumar, ARP; частотно-модуляционных Yamaha DX. ритмический Roland TR; самплерных — E-mu Proteus XR, Korg M l ; таблично-волновых — Yamaha PSS/PSR, Roland JV и E, Ensoniq TS и ASR (самплер-синтезатор); таблично-волновых с развитой обработкой звука — Yamaha SY, Kurzweil 2000. В первых синтезаторах 40-х. 60-х годов использовался в основном аддитивный метод синтеза и его разновидности.

449

Вопросы и ответы

Способы получения звука на IBM PC Через встроенный громкоговоритель (PC Speaker): используя в стандартном режиме подключенный к нему канал 2 системного таймера, который может генерировать прямоугольные колебания различной частоты. Таким образом возможно получать простые тональные звуки заданной частоты и длительности, однако управление громкостью и тембром звука в этом способе невозможно. •

используя прямое управление громкоговорителем через системный порт 61, подавая на него серию импульсов меняющейся частоты и скважности (соотношения длительности 1/0), Так возможно получать различные звуковые эффекты: шум, модуляцию, изменение окраски тона. Далее, возможно принять во внимание, что диффузор громкоговорителя обладает инерцией (способностью к интегрированию прямоугольного сигнала): к примеру, при подаче уровня 1 диффузор начинает движение, при подаче уровня О тормозится и через какое-то время начинает движение в обратную сторону; своевременно меняя уровни 0/1, возможно заставить диффузор двигаться по любой траектории, иначе говоря — излучать звук любой частоты и окраски. Интегрирующим свойством обладает и схема усилителя громкоговорителя, которая обычно содержит фильтрующий конденсатор, Метод такого управления громкоговорителем называется широтноимпульсной модуляцией (ШИМ): частота колебаний диффузора определяется частотой следования импульсов, а амплитуда — их скважностью (шириной положительной части импульса).

Недостаток этого способа — существенное различие массы и упругости у диффузоров разных громкоговорителей — звук, довольно чистый на одном, может превратиться в подобие шума на другом; кроме этого, за счет более тонкого управления требуется гораздо большая скорость процессора, а звук получается намного тише, чем при использовании таймера. •

используя нестандартные методы программирования канала 2 таймера: на генерацию импульсов различной длительности и скважности или серий импульсов сверхзвуковой частоты (метод частотной модуляции — ЧМ). В первом случае снова получается метод ШИМ, но со значительно сниженными затратами на переключение уровней и отслеживание времени, которые теперь возлагаются на сам таймер. Во втором случае звуковой сигнал получается путем усреднения высокочастотных колебаний в интегрирующей схеме громкоговорителя.

Через простой ЦАП: •

подключаемый к параллельному (LPT) порту (Covox). На восьми выходных линиях данных (DO..D7) параллельного порта собирается взвешивающий сумматор — схема, суммирующая логические уровни 0/1 с весами 1, 2, 4, ..., 128, что дает для каждой из комбинаций восьми цифровых сигналов 0..255 линейно изменяющийся аналоговый сигнал с уровнем О..Х (максимальный 450

Вопросы и ответы уровень X зависит от параметров сумматора). Простейший сумматор делается на резисторах, более сложный — на микросхемах ЦАП (к примеру 572ПА). При записи в регистр данных параллельного порта на выходе ЦАП устанавливается уровень, пропорциональный записанному значению, и сохраняется до записи следующего значения. Таким образом получается 8разрядный преобразователь с частотой дискретизации до нескольких десятков килогерц. Добавив два регистра хранения и логику выбора, возможно сделать стереоЦАП, коммутируя каналы с помощью служебных сигналов порта. собираемый на вставляемой в разъем расширения плате. В этом случае достаточно просто получается 12- и 16-разрядный ЦАП (моно или стерео). Попутно он может содержать таймер, генерирующий запросы прерывания, и/или логику поддержки прямого доступа к памяти (DMA), которая позволяет равномерно и без участия процессора передавать данные из памяти на преобразователь. Через специальную звуковую карту: используя ЦАП, который есть почти на всех картах. В этом случае карта программируется на вывод оцифрованного звука напрямую или через DMA, а подготовка оцифровки в памяти делается так же, как и при выводе на простой ЦАП. используя синтезатор, который тоже есть почти на всех картах. Большинство карт оснащено простейшими 2- или 4-операторными FM-синтезаторами; почти на всех современных картах установлены также WT-синтезаторы. При наличии обоих синтезаторов ими возможно управлять одновременно, увеличивая набор тембров и число голосов; параллельно возможно задействовать и ЦАП карты, через который удобно выводить различные звуковые зффекты. При помощи внешнего синтезатора, управляемого от компьютера; •

используя MIDI-порт, который имеется практически на всех звуковых картах. Выход MIDI Out {обычно при помоши MIDIадаптера) соединяется со входом MIDI In синтезатора, и через порт подаются MIDI-команды синтезатору. Одновременно возможно принимать MIDI-сообщения от синтезатора, подключив его MIDI Out к MIDI In звуковой карты.

•

используя стандартный последовательный порт, если в BIOS Setup есть возможность переключить его в режим MIDI-совместимости (тактовая частота, при которой возможно получение скорости 31.25 Кбит/с). В этом случае понадобится самодельный адаптер для токовой петли,

•

используя специатьные карты-адаптеры — к примеру, Roland MPU-401.

451

Вопросы и ответы

Что такое tracker Любительская программа для записи и воспроизведения музыки на нескольких дорожках (треках); трекеры впервые появились на компьютере Amiga. Поскольку трекеры ориентированы на текстовое представление, в них, в отличие от принятой в музыке горизонтальной нотной записи, применяется вертикальная запись нот при помощи буквенно-цифровых обозначений (к примеру. D-5 — нота Ре пятой октавы, А#4 — нота Ля диез четвертой октавы, и так далее); при этом каждая дорожка представляется собственной колонкой, а совокупность дорожек образует партитуру. Кроме нот, в дорожках могут встречаться различные команды управления: фиксация ноты (педаль), вибрато, тремоло, портаменто, переход к другому участку партитуры. Кроме вертикальной записи, в трекерах применяется характерная для них структура музыки; вся партитура делится на кадры (pattern) обычно одинакового размера, а композиция представляет собой последовательность кадров, что очень удобно для организации повторяемых фрагментов. Каждый кадр состоит обычно из 64 строк, что удобно для принятого в трекерах шестнадцатеричного представления номеров и подходит для распространенных музыкальных размеров. В трекерах применяется два метода синтеза звука: FM — при использовании SB- или AdLib-совместимой звуковой карты, и самплерный при использовании PC Speaker, Covox, ЦАП или WT-синтезатора звуковой карты (последнее — обычно при работе с картой GLJS, поскольку она была первой относительно недорогой и распространенной WT-картой с загружаемыми сэмплами). FM-трекеры используют параметры инструментов для FM-синтезатора, а сэмплерные трекеры — записи звучаний инструментов (самплы) в собственном формате. В зависимости от сложности трекера могут использоваться 8- или 16-разрядные самплы с различными частотами дискретизации, по одному или по несколько самплов на инструмент, неизменные или с возможностью задания огибающих. эффектов. Современные трекеры (Fast Tracker II, Impulse Tracker) no возможностям не уступают многим концертным синтезаторам, исключая, конечно, качество самого звука и гибкость управления им. Каждый трекер хранит произведения в своем собственном формате, однако многие способны загружать файлы других трекеров. Ранние простые трекеры использовали формат MOD, пришедший с Amiga, более поздние ввели новые форматы (STM, S3M, ULT, XM, IT). В файл записывается вся необходимая для его воспроизведения информация — собственно партитура, описания инструментов, сами самплы, поэтому произведение будет звучать точно также при использовании другой аппаратуры вывода цифрового звука с тем же качеством, или в совместимом трекере. Имеется также большое количество проигрывателей (player) — программ для воспроизведения файлов, подготовленных в трекерах. Наиболее универсальный из них — Cubic Player. При наличии звуковой карты GUS или SB AWE32/SB 32 с установленным ОЗУ он использует для проигрывания инструментов аппаратн ы й WT-синтезатор карты, загружая самплы в ОЗУ синтезатора. На AWE32/SB 32 при этом также поддерживается регулировка глубины эффектов Reverb/Chorus. При проигрывании трекерных модулей на другой звуковой карте или через другой трекер/проигрыватель звук может отличаться — за счет различий в реализации вывода звука через карту или неточностей в отработке трекерных команд. 452

Вопросы и ответы Например, Fast Tracker II при работе с GUS использует его WT-синтезатор, с SB 16 — выводит звук через 16-разрядный цифровой канал, а на остальных картах — через 8-разрядный канал с соответствующим понижением качества звука.

Что такое MIDI MIDI — Musical Instrument Digital Interface (цифровой интерфейс музыкальных инструментов) — стандарт на соединение инструментов и передачи информации между ними. Каждый инструмент имеет три разъема: In (вход), Out (выход) и Thru (повторитель входного сигнала), что позволяет объединить в сеть практически любое количество инструментов. Способ передачи — токовая петля (5 мА). Информация передается байтами, в последовательном стартстопном коде (8 битов данных, один столовый., без четности — формат 8-N-1), со скоростью 31250 бит/с. В этом MIDI-интерфейс очень похож на последовательный интерфейс IBM PC отличие только в скорости и способе передачи: в PC используется интерфейс V24 (RS-232) с передачей сигналов путем изменения напряжения. Частоту 31250 бит/с на стандартном интерфейсе IBM PC получить нельзя. Поток данных, передаваемый по MIDI, состоит из сообщений (событий); нажатие/отпускание клавиш, изменение положений регуляторов (MIDI-контроллеров), смена режимов работы, синхронизация. Можно сказать, что по MIDI передается партитура музыкального произведения, однако есть и специальные виды сообщений — System Exclusive (SysEx) в которых может содержаться любая информация для инструмента к примеру, оцифрованный звук для загрузки в ОЗУ, партитура ритм-блока. Обычно SysEx уникальны для каждого инструмента и не совместимы с другими инструментами. Большинство сообщений содержит в себе номер канала (1..16) — это чаще всего условный номер инструмента в сети, для которого они предназначены. Однако один инструмент может «отзываться» и по нескольким каналам — именно так и работают звуковые карты и многие тонгенераторы (внешние модули синтеза). Прочие сообщения являются общими и воспринимаются всеми инструментами в сети. В сообщениях о нажатиях/отпусканиях клавиш передается номер ноты число в диапазоне 0..127, определяющее условный номер полутона: ноте До первой октавы соответствует номер 60. Отсюда происходит «компьютерная» нумерация октав, начинающаяся с нуля, в которой первой октаве соответствует номер 5, а нота До нулевой октавы имеет нулевой MIDI-номер. При записи MIDI-потока в файл (MID, RMI) он оформляется в один из трех стандартных форматов: •

0 — обычный MlDI-поток

•

1 — несколько параллельных потоков (дорожек)

•

2 — несколько независимых последовательных потоков

Разбиение на дорожки удобно для выделения партий отдельных инструментов — популярные MIDI-секвенсоры формируют файлы именно формата 1.

453

Вопросы и ответы

Форматы, использующиеся для представления звука и музыки В настоящее время стандартом де-факто стали два формата: Microsoft RIFF (Resource Interchange File Format — формат файлов передачи ресурсов) Wave (.WAV) и SMF (Standard MIDI File - стандартный MIDI-файл) (.MID). Первый содержит оцифрованный звук (моно/стерео, 8/16 разрядов, с разной частотой оцифровки), второй — «партитуру» для MIDI-инструментов (ноты, команды смены инструментов, управления). Поэтому WAV-файл на всех картах, поддерживающих нужный формат, разрядность и частоту оцифровки звучит совершенно одинаково (с точностью до качества преобразования и усилителя), а MID-файл в общем случае — по-разному. RAW — формат «чистой оцифровки», не содержащий заголовка. Обычно оцифровка хранится в 16-разрядном знаковом (signed) формате, хотя могут быть и исключения. VOC и CMF — форматы представления от фирмы Creative. VOC-файлы содержат оцифрованный звук, CMF-файлы — нотные партитуры и параметры инструментов для синтезаторов OPL3. AIFF (Audio-...) — формат звуковых файлов на Macintosh и SGI. AU — формат звуковых файлов SUN/NeXT. MOD — широко распространенный трекерный формат. Содержит оцифровки инструментов и партитуру для них, отчего звучит везде примерно одинаково (опять же — с точностью до способа и качества воспроизведения). В оригинале поддерживаются четыре канала, в расширениях — до восьми и более. STM — формат Scream Tracker, примерно того же уровня, что и MOD. S3M — формат Scream Tracker 3. Развитие STM в сторону увеличения разрядности инструментов и количества музыкальных эффектов. Сам ST3 поддерживает до 32 каналов, но не поддерживает предусмотренных в формате 16-разрядных самплов. ХМ — формат Fast Tracker. Один из наиболее высокоуровневых среди трекерных форматов. Поддерживаются 16-разрядные самплы, один инструмент может содержать различные самплы на разные диапазоны нот, возможно задание амплитудных и панорамных огибающих. IT — формат Impulse Tracker. Подобен ХМ, также поддерживает 16-разрядные самплы.

Преобразование цифрового звука из одного формата в другой Существует большое количество программ преобразования форматов. Наиболее известная из них — Convert. Она преобразует файлы нескольких десятков различных форматов — обычного цифрового звука (RAW, WAV, VOC), банков инструментов звуковых карт и синтезаторов (PAT, SBK, KRZ, SYW), партитур и инструментов трекеров (MOD, S3M, ХМ). Любые хотя бы частично совместимые форматы могут быть преобразованы один в другой в пределах общей совместимости. Недостаток программы Convert — невозможность ручного задания парамет454

Вопросы и ответы ров оцифровки, что не позволяет преобразовать форматы без заголовка (P.AW, SND и другие). Другая мощная программа преобразования — SOX (SOund eXchange). Существует под UNIX, OS/2 и DOS. Позволяет задать параметры оцифровки, а также сделать преобразования — усиление/ослабление и добавление эффекта эхо. Программа AWAVE также поддерживает множество форматов, но работает только под Windows с 32-разрядным интерфейсом.

Программы для синтеза звука Stomper, Rubber Duck, Orangator, Virtual Waves, Wave Craft, Synthic, Wave Gen, Rebirth, Sim Synth, Audio Architect, VAZ, Analogic, Sound Producer, Generator, Retro AS-1 и другие. Эти программы моделируют работу аддитивных, разностных и FM-синтезаторов, рассчитывая режимы работы и формируя звуковую волну. Многие из этих программ имеют встроенные секвенсоры, по командам которых сгенерированные звуки могут воспроизводиться в нужной последовательности, образуя ритмическо-басовую основу композиции.

Программы для обработки цифрового звука Сейчас популярны программы Cool Edit. Sound Forge, Gold Wave, Samplitude, Software Audio Workshop (SAW), WaveLab. Они дают возможность просматривать осциллограммы обоих стереоканалов, прослушивать выбранные участки, делать вырезки и вставки, амплитудные и частотные преобразования, звуковые эффекты (эхо, реверберацию, фленжер, дистошн}, наложение других оцифровок, изменение частоты оцифровки, генерировать рахчичные виды шумов, синтезировать звук по аддитивному и FM методам. Cool Edit содержит спектральный анализатор, отображающий спектр выбранного участка оцифровки. WaveLab пснволяет накладывать эффекты и управлять ими в реальном времени при помощи виртуальных панелей. Cool Edit Pro позволяет сводить подготовленные оцифровки, задавая для них положение, уровень и панораму в виртуальном микшерском пульте. Многие программы обработки звука позволяют загружать и сохранять оцифровки в различных форматах, что дает возможность преобразовывать файлы из одного формата в другой и разделять стереоканалы.

Программы, работающие с MIDI-форматом Это так называемые программы-секвенсоры (sequencer), аналогичные аппаратным MIDI-секвенсорам. В их функции входит запись и воспроизведение MIDI-партитур, отображение их в различных форматах, различное редактирование как нот (транспонирование (transposition), квантование (quantization), сдвиг фрагмента (sliding)), так и управляющих событий — смены инструментов, генерации серий значений контроллеров, имитирующих движение регуляторов, вставки SysEx. Обычно профессиональные секвенсоры поддерживают три основных формата отображения: нотный (staff). Изображается классический нотный стан, принятый в музыкальной практике. Однако в связи с тем, что MIDI-формат 455

Вопросы и ответы описывает события, а не нотную запись, многие принятые в музыке обозначения не допускаются (прежде всего это относится к лигам — некоторые секвенсоры расставляют их автоматически). •

Ефеменно-высотный (piano roll). Изображается временной график включения/выключения нот (нажатий/отпусканий), на котором активная нота выглядит горизонтальной линией соответствующей длины и в соответствующем временном положении. Слева для удобства определения высоты нот изображается фортепианная клавиатура.

•

событийный (events). Изображается список всех MIDI-событий с указанием времени появления каждого из них.

Профессиональные секвенсоры позволяют также присоединять к партитуре WAV-файлы, которые будут воспроизводиться вместе с нею в нужные моменты времени. Наиболее известны секвенсоры Voyetra Plus Gold — под DOS и Recording Session. Cakewalk, Cubase и Logic — под Windows. Первый и два последних относятся к профессиональным, хотя Cakewalk по некоторым своим возможностям уступает Voyetra и Cubase. Cakewalk и Cubase выпускаются в нескольких версиях: Cakewalk — Apprentice, Pro и Pro Auduo, Cubase — Lite, Score и Studio.

Преобразование звука (WAV) в партитуру (MID/MOD/XM/IT) Эта задача в общем случае принципиально нерешаема, а в частных сводится к распознаванию большого числа сложных звуковых образов и требует очень большого количества ресурсов. Для предельного случая (одноголосное исполнение тембром с выраженной звуковысотностью) возможно распознавание высоты отдельных нот и генерация партитуры (программы Baston, Sound2Midi, Recogn, AutoScore).

Программы, полезные при работе со звуком и музыкой Audio Compositor — секвенсор, объединенный с эмулятором синтезатора. Позволяет загрузить самплы инструментов в различных форматах и составить из них композицию, записываемую потом в WAV-файл. GigaSampler — виртуальный таблично-вол новой синтезатор, воспроизводящий самплы непосредственно с жесткого диска и потому не требующий значительной памяти для загрузки банков. Имеет развитые средства обработки звука — амплитудные и частотные вибрато, генераторы LFO, резонансные фильтры, поддерживает масштабирование громкости по высоте. Cylonix Vocoder — эмулятор вокодера. Effects Master — наложение эффектов в реальном времени на сигнал со входа карты или из WAV-файла. Joy2Mid/Joy4Mid — передача MIDI-сообщений при помощи джойстика. MediPlay — небольшой удобный проигрыватель для WAV/MIDl-файлов с возможностью передачи команд «GM Reset/GS Reset» между MIDI-файлами.

456

Вопросы и ответы MIDIMon, MIDT-OX, HUBI's Loopback и HUBI's MIDI Tools - средства для организации виртуальных MIDI-кабелей под Windows, отслеживания приходящих MIDl-сообщений, приема/передачи команд и SysEx. Virtual Audio Cable (VAC) — средство для организации виртуальных Waveкабелей под Windows с целью прямой записи на диск или обработки в реатьном времени результатов вывода звуковых программ. MuitiMid — драйвер для Windows, организующий множественный доступ к MIDl-портам. Spectra Lab — мощный анализатор спектра, SweepGen, Test Tone Generator — генераторы стационарных и изменяющихся во времени тестовых сигналов. DDCHp — программа для сведения нескольких видео- и звуковых дорожек с удобным интерфейсом и возможностью наложения эффектов в ре;ильном времени.

Секвенсоры, поддерживающие средства управления GSnXG Управление при помощи контроллеров поддерживают все MIDl-ссквенсоры, однако таблицы символических имен контроллеров (5 — Portamento Time, 71 — Harmonic Contents) из известных секвенсоров имеют только Cubase и Cakewalk. Таблицы для инструментов и контроллеров XG были добавлены в Cakewalk 5, Управление при помощи NRPN поддерживается последними версиями Cubase и версией Cakewalk 6. Используемые N RPN для GS и XG совпадают. Удобное управление параметрами эффектов через SysEx универсальными секвенсорами не поддерживается. Для Yamaha XG выпущен секвенсор XG Works (Yamaha). Для работы с SysEx в обычных секвенсорах возможно использовать различные программы подготовки пакетов SysEx для конкретных моделей синтезаторов — к примеру, GS Edit для Roland GS или XGEdit для Yamaha XG. Полученные пакеты могут затем использоваться в любом секвенсоре, который поддерживает SysEx.

Почему могут неправильно переключаться банки в Cakewalk Не все синтезаторы используют стандартный метод переключения банков передачу старшего байта номера банка контроллером 0 и младшего контроллером 32. Для этого в пунктах Settings — Instruments Configure — Define Instruments (а в CW 6.01 — и в диалоге Track Properties) есть пункт Bank Select Method — попробуйте переключение только контроллером 0 или контроллером 32.

Отличие разных версий Cakewalk Professional 3.0 — работа только с MIDI, общий план партитуры только на уровне пустых/заполненных тактов, настройка фильтров внутри операций редактирования. Pro Audio 4.0 — поддержка звуковых дорожек, минимальная обработка звука в них, дорожки могут делиться на участки (клипы), общий план партитуры и

457

Вопросы и ответы операции drag'n'drop на уровне клипов, независимая настройка фильтров, перетаскивание групп нот в Piano Roll и StafT. Pro Audio 5.0 — Персия для Windows 95, дополнительные операции для обработки звука (reverb, chorus, эквалайзер), оптимизирована работа со звуковыми дорожками. Не работает под Windows NT. Pro Audio 6.0 — поддержка эффектов на звуковых дорожках в реальном времени (CFX), возможность копирования ссылок на клип вместо содержимого, настраиваемые панели управления (StudioWare) вместо окна Faders, поддержка RPN/NRPN, упрощенная и более удобная панель настройки параметров инструмента, замена окна Controllers на универсальную панель Velocity/Controllers/ Wheel/RPN/NRPN в окне Piano Roll, работа с ударной нотацией в окне Staff, создание и использование типовых наборов параметров (Presets) в сложных операциях редактирования. Не работает под Windows NT. Pro Audio 6.01 — возможность смешивания звуковых дорожек на отдельную, дополнительные функции в редакторе звуковых дорожек и эффектов, экспорт звуковых дорожек в форматах RealAudio, автоматическая загрузка банков SoundFont для серии AWE. Может работать под Windows NT 4,0 и выше.

Почему при игре по MIDI «залипают» ноты, контроллеры Чаще всего — из-за превышения пропускной способности самого MIDIканала или конкретного инструмента. Например, при «рисовании» графика движения контроллера в секвенсоре генерируется достаточно большое количество MIDI-сообшений, которое при передаче по каналу может приводить к переполнению входного MIDI-буфера инструмента и потере идущих следом MIDI-сообщений. На некоторых инструментах это видно по миганию индикатора «MTDI Error». Для того, чтобы этого не случалось, серии посылок контроллеров необходимо «прореживать», оставляя только ощутимые на слух изменения. В Cakewalk для этого есть специальные CAL-программы thinaft, thinctrl и thinwhl. Подобные ошибки могут также возникать из-за ошибок в реализации MIDl-интерфейсаили его драйверов. Например, MlDI-интерфейс зв>ковыхкарт SB 32 РпР моделей СТ-3600 и CT-362Q спонтанно генерирует на выходе последний выведенный через интерфейс байт, нарушая правильность MIDI-сообщений, а драйверы SB 16, SB 32 и AWE32 версий 1996-1997 годов имеют обыкновение терять байты даже на быстрых машинах. Ошибку интерфейса возможно частично замаскировать, включив в секвенсоре вывод синхронизирующих сообщений (MIDI Clock).

Как программно сделать WT MIDI-синтезатор на карте без WT Это возможно сделать на любой звуковой карте, способной воспроизводить цифровой звук. Наиболее известны три программных продукта, реализующих программный WT-синтез с управлением по MIDI: Cubic Player, Yamaha Soft Synthesizer (S-YG20, S-YXG50, S-YXG70), Roland Virtual Sound Canvas 55/88, Reality, GigaSampler. Кроме этого, встроенный программный синтезатор имеется в Windows.

458

Вопросы и ответы Cubic Player— проигрыватель модулей большинства трекерных форматов и MIDI-файлов для DOS. Для проигрывания трекерных модулей используются их собственные инструменты и самплы, для проигрывания MIDI-файлов необходим комплект инструментов (patches) от карты GUS. состоящий из 190 файлов. PAT. содержащих самплы и параметры инструментов — по одному на инструмент, и файла конфигурации default.cfg, задающего соответствие номеров инструментов в MIDI и РАТ-файлов. Набор возможно скопировать с компьютера, на котором был установлен GUS, либо установить с дискет при помощи пункта Restore Files в инсталляторе для GUS. В файл конфигурации Cubic Player — ср.cfg (если его нет — создать) нужно внести строчку -тр Синтезаторы S-YG20, S-YXG50 и VSC-55/88 представляют собой драйверы для Windows 3.1/95, создающие виртуальные MIDI-устройства. S-YG20 реализует подмножество стандарта XG, S-YXG50 — полный стандарт XG (требует процессора Р5-166 или ММХ), VSC-55 — подмножество стандарта GS, VSC-88 полный стандарт GS. Для вывода звука используется стандартное устройство цифрового воспроизведения Windows. Из-за программной обработки самплов звук несколько отстает от MIDI-команд, из-за чего эти драйверы неудобно использовать для работы в реальном времени, однако при проигрывании MIDI-файлов отставание незаметно. Reality и GigaSampler представляют собой мощные и сложные программные синтезаторы, пригодные для профессиональной работы. Однако объем и сложность выполняемых ими вычислений требует значительных ресурсов процессора и памяти (GigaSampler работает только на ММХ-процессорах).

Что такое Drum Loop Дословно — «барабанная петля». Представляет собой файл-оцифровку, в котором записаны отдельные партии ударных или весь ритм целиком, сыгранные «живьем» на ударной установке. Готовые оцифровки вставляются в звуковые дорожки секвенсора и нужным образом зацикливаются, чтобы получилась цельная партия ударных. Drum Loop применяются в тех случаях, когда средствами MIDI трудно или невозможно воспроизвести нужные ударные тембры или манеру игры.

Зависимость естественности звучания акустических тембров Естественность звучания акустических тембров в синтезаторах зависит в основном от двух факторов: подобия тембров (спектральные характеристики звука) и подобия динамических характеристик (так называемые исполнительские воздействии щипок струны гитары или арфы, касание смычком струн виолончели, перегиб грифа), причем последние психоакустические исследования показывают, что даже великолепно оцифрованный инструмент без свойственных ему исполнительских воздействий звучит неестественно, а плохая оцифровка или даже имитация тембра, имеющая характерные признаки игры на данном инструменте воспринимается слухом, как гораздо более похожая. В большинстве случаев наиболее полную информацию о характере звучания несет фаза атаки звука, на которой сильнее всего отражается применяемый при игре способ звукоизвлечения.

459

Вопросы и ответы Когда оцифровка инструментов выполняется полностью (от начала атаки) полученное звучание уже несет в себе примененный при записи метод звукоизвлечения. При этом отдельные MIDI-ноты звучат достаточно естественно, однако звучание всегда имеет характер однажды записанного инструмента и с трудом поддается изменению, отчего приходится иметь множество оцифровок с разным характером звукоизвлечения. Когда оцифровка сделана в так называемой стационарной фазе звучания после прохождения атаки — звучание отдельной MIDI-ноты уже не будет таким похожим на исходный инструмент, как бы качественно не была выполнена сама запись. Этот метод рассчитан на имитацию исполнительского воздействия средствами MIDI — параметрами инструмента и контроллерами управления громкостью, высотой (pitch bend), модуляцией, фильтрами. Такой подход более трудоемок, однако дает возможность создавать на основе имеющегося стационарного тембра множество тембров со свойствами различных инструментов. Например. для имитации игры на щипковых струнных инструментах синхронно с началом атаки вставляется небольшое быстро спадающее повышение тона, имитирующее более высокое звучание струны в момент щипка; для имитации духовых — постепенно снижающаяся по мере расходования запаса воздуха в легких громкость звучания. Нужные исполнительские воздействия для имитации естественного звучания акустических инструментов могут вноситься как вручную при помощи MIDIредакторов, так и автоматически — для этого служит программа Style Enhancer (NTONYX Computer Laboratory). Она позволяет не только накладывать на MIDIпартитуру воздействия, свойственные тому или иному инструменту при заданной манере игры, но и автоматически распознавать отдельные музыкальные фразы и обороты, преобразуя их в соответствии с заданным стилем исполнения. Также могут быть автоматически рассчитаны такие параметры, как амплитуда замаха перед ударом по струнам, объем воздуха в легких, скорость движения смычка в момент касания струн. Многие MIDI-партитуры с правильно сделанной имитацией исполнительских воздействий звучат даже на синтезаторах среднего класса субъективно более естественно, чем «чистые» партитуры — на сложных профессиональных аппаратах.

Как пользоваться методами сжатия Audio MPEG Форматы Audio MPEG разработаны для воспроизведения сжатого звука в реальном времени при помощи аппаратного или программного декодера. Например, для воспроизведения наиболее популярного сейчас формата Audio MPEG-1 Layer 3, файлы которого обычно имеют расширение .МРЗ, достаточно процессора Р5-75. Существует несколько программ-проигрывателей: WinPlay, WinAmp, MacAmp и другие. Для сжатия звука в реальном времени мощности современных процессоров недостаточно, однако существуют программные преобразователи, сжимающие готовые звуковые файлы формата PCM (WAV) — к примеру, L3Enc (DOS), МРЗ Compressor, XING MPEG Encoder, BladeEnc (Windows) и другие. Другим, часто более удобным, способом работы с Audio MPEG под Windows является использование ACM Codec — автоматических преобразователей форматов, работающих на уровне системы. При установке в систему такого Codec'a (к примеру, Fraunhoter IIS) потоки сжатых кадров в формате Audio MPEG возможно оформлять в виде одного из подформатов RIFF/Wave (файл WAV) и ра460

Вопросы и ответы ботать с ними при помощи любой программы, поддерживающей ЛСМ (к примеру, стандартный Media Player, Sound Recorder, а также почти любой звуковой редактор). Для обратного преобразования файлов формата Audio MPEG в формат РСМ возможно воспользоваться либо декодером (L3Dec для DOS), либо «проиграть» файл с одновременной записью в WAV (WinAmp, либо другой проигрыватель MPEG вкупе с виртуальным звуковым кабелем VAC). Надо заметить, что популярные ныне методы сравнения кодировщиков МРЗ по спектру звука, АЧХ и прочим «формальным» параметрам в общем случае некорректны, Audio MPEG относится к разряду систем «кодирования воспринимаемого» (perceptual coding), ориентированных на передачу только эффективно воспринимаемой слухом части звукового сигнала. Сравнение таких кодировщиков должно проводиться только на слух, а «формальные» параметры имеет смысл принимать во внимание только в том случае, когда они откровенно плохи для самых разных видов звукового материала.

Что такое РСМ и ADPCM PCM (Pulse Code Modulation — импульс но-кодовая модуляция) стандартный способ цифрового представления сигнала при помощи последовательности импульсов, каждый из которых кодируется абсолютным числовым значением амплитуды. Различаются знаковое (signed) и беззнаковое (unsigned) представления: в первом случае представлен двуполярный сигнал и отсчеты могут меняться от -N до +N, где N максимально возможная амплитуда; во втором случае — однополярный, когда отсчеты меняются от нуля до N. При записи/воспроизведении с помощью звуковой карты эти форматы функционатьно равнозначны — первый приводится ко второму сдвигом на половину максимальной амплитуды, и наоборот. ADPCM (Adaptive Delia PCM — адаптивная относительная И КМ) разновидность ИКМ, когда отсчеты представляются не в абсолютной форме, а в виде относительных изменений (delta) амплитуды. Это позволяет сократить разрядность отсчета до 2-4 бит, уменьшив при этом общий размер оцифровки, однако не позволяет точно представить сигналы с быстро меняющейся амплитудой.

Методы синтеза звука в звуковых платах Сейчас таких методов два: WT (WaveTable — таблица волн) — воспроизведение заранее записанных н цифровом виде звучаний — самплов (samples). Инструменты с малой длительностью звучания обычно записываются полностью, а для остальных может записываться лишь начало/конец звука и небольшая «средняя* часть, которая затем проигрывается в цикле в течение нужного времени. Для изменения высоты звука оцифровка проигрывается с разной скоростью, а чтобы при этом сильно не изменялся характер звучания — инструменты составляются из нескольких фрагментов для разных диапазонов нот. В сложных синтезаторах используется параллельное проигрывание нескольких самплов на одну ноту и дополнительная обработка звука (модуляция, фильтрование, различные «оживляющие» эффекты). Большинство плат содержит встроенный набор инструментов в ПЗУ. некоторые платы позволяют дополнительно загружать собственные инструменты в ОЗУ платы, а платы семейства GUS (кроме GUS РпР) содержат только ОЗУ и набор стандартных ин-

461

Вопросы и ответы струментов на диске. Некоторые модели PCI-плат позволяют использовать для загрузки инструментов общее ОЗУ компьютера (UMA Unified Memory Architecture, унифицированная архитектура памяти), Достоинства метода — предельная реалистичность звучания классических инструментов и простота получения звука. Недостатки — наличие жесткого набора заранее подготовленных тембров, многие параметры которых нельзя изменять в реальном времени, большие объемы памяти для самплов (иногда — до мегабайт на инструмент), различия в звучаниях разных синтезаторов из-за разных наборов стандартных инструментов. Надо заметить, что в большинстве музыкальных плат, для которых заявлен метод синтеза WT, в том числе — наиболее популярных семейств GUS и AWE32, на самом леле реализован более старый и простой «самплерный» метод, поскольку звук в них формируется из непрерывных во времени самплов, отчего атака и затухание звука звучат всегда с одинаковой длительностью, и только средняя часть может быть произвольной длительности. В «настоящем» WT звук формируется как из параллельных, так и из последовательных участков, что дает значительно большее разнообразие, а главное — выразительность звуков. FM (Frequency Modulation — частотная модуляция) — синтез при помощи нескольких генераторов CHI нала (обычно синусоидального) со взаимной модуляцией. Каждый генератор снабжается схемой управления частотой и амплитудой сигнала и образует «оператор» — базовую единицу синтеза. Чаще всего в звуковых картах применяется 2-операторный (OPL2) синтез и иногда — 4-операторный (OPL3) (хотя большинство карт поддерживает режим OPL3, стандартное программное обеспечение для совместимости программирует их в режиме OPL2). Схема соединения операторов (алгоритм) и параметры каждого оператора (частота, амплитуда и закон их изменения но времени) определяет тембр звучания; количество операторов и степень тонкости управления ими определяет предельное количество синтезируемых тембров. Достоинства метода — отсутствие заранее записанных звуков и памяти для них, большое разнообразие получаемых звучаний, повторяемость тембров на различных картах с совместимыми синтезаторами. Недостатки — очень малое количество «благозвучных» тембров во всем возможном диапазоне звучаний, отсутствие какого-либо алгоритма для их поиска, крайне грубая имитация звучания реальных инструментов, сложность реализации тонкого управления операторами, из-за чего в звуковых картах используется сильно упрощенная схема со значительно меньшим диапазоном возможных звучаний. При использовании в музыке звучаний реальных инструментов для синтеза лучше всего подходит метод WT; для создания же новых тембров более удобен FM, хотя возможности FM-синтезаторов звуковых карт сильно ограничены из-за своей простоты.

Что такое MIDI Musical Instrument Digital Interface — цифровой интерфейс музыкальных инструментов. Разработан в 1982 г. фуппой ведущих производителей электронных инструментов для унификации методов управления ими и объединения нескольких инструментов в единую систему.

462

Вопросы и ответы Под MIDI понимается как способ соединения инструментов — кабели, разъемы, способ передачи сигналов — так и набор команд-сообщений, передаваемых между инструментами. Большинство сообщений передается и реальном времени и отражает воздействия исполнителя на клавиатуру, педали, регуляторы и прочие ортаны управления инструментом. Прочие сообщения служат для установки общих режимов работы инструмента, переноса параметров звука, оцифровок, партитур. В настоящее время MIDI является обязательным интерфейсом любого электронного инструмента и стандартным интерфейсом в музыкальных студиях. С его помощью соединяются не только музыкальные инструменты, но и средства записи, воспроизведения и обработки звука, вспомогательная аппаратура. Синтезаторы звуковых карт также управляются по MIDI — аппаратно или с помощью программного драйвера-интерпретатора. Важно понимать, что сам интерфейс MIDI никак не связан со звучанием синтезатора — он позволяет только универсальным способом управлять его работой, а параметры звучания определяются конструкцией самого синтезатора.

Что такое GM, GS и XG GM (General MIDI — единый MIDI) — стандарт на набор тембров («инструментов») в музыкальных синтезаторах. Синтезатор в стандарте GM обязан иметь 128 мелодических инструментов (которыми возможно играть ноты разной высоты) в каналах I..9 и 11..16, и 46 ударных инструментов в канале 10 (своя нота для каждого инструмента). Мелодический набор состоит из 16 групп инструментов (пианино, органы, гитары, струнные, духовые, ударные) по 8 в каждой группе. За всеми инструментами закреплены номера (к примеру. Melodic 0 — Acoustic Grand Piano, Melodic 66 — Alto Sax, Percussion 35 — Acoustic Bass, Percussion 50 — High Tom), так что партитура, подготовленная в GM, будет похоже звучать на разных GM-инструментах. К сожалению, похожесть распространяется только на «классические» тембры — большинство синтетических (Pad/FX) и многие ударные сильно отличаются по скорости нарастания/затухания, громкости, окраске. GS (General Synth — единый синтез) — стандарт на набор тембров фирмы Roland. Включает вместе с General M I D I дополнительные наборы мелодических и ударных инструментов, различные эффекты (скрип двери, звук мотора, крики), а также дополнительные способы управления инструментами через MIDl-контроллеры. Многие звуковые карты поддерживают GM по умолчанию, a GS — в порядке расширения. XG (Extended General — единый расширенный) — новый стандарт, включающий несколько сотен мелодических и ударных инструментов, применяемых в профессиональной музыке. Содержит значительно более развитые средства управления синтезом, чем GM и GS. В частности, стандарт обязывает синтезатор иметь по одному резонансному фильтру на канал и три независимых вида эффектобработки, и обеспечивает управление в реальном времени атакой/затуханием звуков, портаменто, параметрами резонансных фильтров, раздельную настройку ударных звуков, а также подключение множества звуковых эффектов. Любой MIDI-канал может быть независимо от других установлен в режим мелодических или ударных инструментов. Использование стандарта XG позволяет создавать переносимые MIDI-файлы со звучанием, приближенным к профессиональному.

463

Вопросы и ответы В XG используется три типа эффект-обработки: reverb, chorus и variation. Последний представляет собой набор специальных эффектов, включающий несколько видов reverb и chorus, а также echo, delay, flanger, phaser, rotary speaker, wan-wan, distortion, overdrive, equalizer. Параметры каждого типа обработки устанавливаются независимо; в простых XG-синтезаторах из набора variation в каждый момент времени может действовать только один вид эффекта, в более сложных моделях — два и более. Глубина каждого из эффектов регулируется независимо для каждого канала; эффект variation может применяться к одному или всем каналам одновременно.

Структура современных звуковых плат Все звуковые платы по назначению возможно разделить на три группы: •

чисто звуковые, содержащие только тракт цифровой записи/воспроизведения. Эти платы позволяют только записывать или воспроизводить непрерывный звуковой поток, наподобие магнитофона. Вся работа по запоминанию записываемого и подготовке воспроизводимого потока возлагается на программное обеспечение; оцифрованный звук при этом в самой плате не хранится. Некоторые звуковые платы имеют встроенные сигнальные процессоры для обработки звука в процессе его записи или воспроизведения. чисто музыкальные, содержащие только музыкальный синтезатор. Такие платы ориентированы прежде всего на генерацию относительно коротких музыкальных звуков по командам от центрального процессора; сами звуки при этом либо создаются параметрически, либо воспроизводятся оцифровки, заранее помешенные в память синтезатора (ПЗУ или ОЗУ). Музыкальные платы не имеют возможности записи звука и, даже при наличии ОЗУ в синтезаторе, не рассчитаны на воспроизведение непрерывного звукового потока, хотя иногда этого возможно добиться при помощи особых методов. Некоторые музыкальные платы содержат эффект-процессор для обработки создаваемого звука.

•

комбинированные, или звуко-музыкальные, с объединенным на одной плате цифровым трактом и музыкальным синтезатором. Обычно под словом «синтезатор* подразумевается WT; платы только с FM-синтезатором, который сильно ограничен для музыкального применения, чаще всего относят к категории чисто звуковых.

По конструкции все платы делятся на обычные, или основные, называемые по традиции «картами», которые вставляются в разъем системной магистрали (обычно ISA), и дочерние, подключаемые к специальному 26-контактному разъему на основной карте. По сути, дочерняя плата как бы «надевается* на разъем, удерживаясь на нем только силой трения контактов и фиксирующих штифтов, образуя с основной картой своеобразный «бутерброд». Из-за ограничений интерфейса между основной и дочерней платами дочерние платы могут быть только чисто музыкальными — никаких возможностей по записи/воспроизведению звукового потока они иметь не могут,

464

Вопросы и ответы В комбинированных картах возможно выделить четыре более-менее независимых блока: •

Блок цифровой записи/воспроизведения, называемый также цифровым каналом, или трактом, карты. Осуществляет преобразования аналог->цифра и цифра->аналог в режиме программной передачи или по DMA. Состоит из узла, непосредственно выполняющего аналогово-цифровые преобразования АЦП/ЦАП (международное обозначение — coder/decoder, codec), и узла управления. АЦП/ЦАП либо интегрируется в состав одной из микросхем карты, либо применяется отдельная микросхема (AD1848, CS4231, СТ1703). От качества применяемого АЦП/ЦАП во многом зависит качество оцифровки и воспроизведения звука; не меньше зависит она и от входных и выходных усилителей. Цифровой канал большинства распространенных карт (кроме GUS) совместим с Sound Blaster Pro (8 разрядов, 44 кГц — моно, 22 кГц — стерео). Разрядность оцифровки, передаваемой по каналу DMA, не зависит от разрядности самого канала и определяется только возможностями карты.

•

Блок синтезатора. Построен либо на базе микросхем FM-синте *а OPL2 (YM3812) или OPL3 (YM262), либо на базе микросхем WTсинтеза (GF1, WaveFront, EMU8000, Dream), либо того и другого вместе. Работает либо под управлением драйвера (FM, большинство WT) программная реализация MIDI, либо под управлением собственного процессора — аппаратная реализация. Почти все FM-синтезаторы совместимы между собой, различные WT-синтезаторы — нет. Большинство WT-синтезаторов содержит встроенное ПЗУ со стандартным набором инструментов General M I D I (128 мелодических и 37 ударных инструментов), некоторые также содержат ОЗУ для загрузки дополнительных оцифрованных звуков, которые будут использоваться при исполнении музыки. Загружаемые звуки обычно оформляются в наборы (банки), содержащие тематические или универсальные наборы звуков (инструментов). Для композиции или аранжировки в основном применяются различные тематические банки, многие из которых зачастую используются одновременно, для простого проигрывания MIDI-файлов — универсальные (GM, GS, МТ-32).

•

Блок MPU. Осуществляет прием/передачу данных по внешнему MIDI-интерфейсу, выведенному на разъем MIDl/Joystick и разъем для дочерних MIDI-плат. Обычно более или менее совместим с интерфейсом MPU-401, но чаще всего требуется программная поддержка.

•

Блок микшера. Осуществляет регулирование уровней, коммутацию и сведение используемых на карте аналоговых сигналов. В состав микшера входят предварительные, промежуточные и выходные усилители звуковых сигналов.

465

Вопросы и ответы В дочерних платах основными блоками являются собственно музыкальный синтезатор и блок MlDI-интерфейса, через который плата получает MIDl-сообщения с основной карты. Синтезатор обязательно имеет ПЗУ различного объема; наличие ОЗУ возможно, но неудобно, поскольку MIDI является достаточно медленным для загрузки оцифровок интерфейсом. Синтезированный звук возвращается в основную карту по аналоговому стереоканалу.

Разное звучание одного и того же MIDI-файла на разных картах Это объясняется тем, что даже в General MIDI стандартизованы только названия инструментов и тембров, а их окраска, яркость, развитие во времени, громкость по умолчанию и прочие «второстепенные» параметры выбираются по вкусу производителями карт. Из-за этого, к примеру, на другой карте фоновые скрипки могут оказаться существенно громче и «задавить» сольную партию, или чрезмерно сильная модуляция инструмента по умолчанию — вызвать биения и диссонансы в аккордах. «Синтетические» тембры могут оказаться совершенно другого вида, звонкий на одной карте звук может быть глухим на другой, спад громкости после нажатия клавиши может быть быстрее или медленнее, несоответствия ударных могут вообще испортить весь рисунок. В общем случае относительно похоже звучат только чисто фортепианные партитуры. Нередко бывает и так, что МID-файл, приятно звучащий на посредственной WT-карте, при воспроизведении на более дорогой и качественной превращается в какофонию — по той же причине. Это касается и загрузки новых универсальных банков инструментов в ОЗУ карт; при этом может совершенно измениться звучание карты — как в лучшую, так и в худшую сторону.

Почему один и тот же MIDI-файл в разное время звучит по-разному Многие MlDl-файлы используют команды смены режимов работы синтезатора (особенно сильно это делается в партитурах для GS и XG), и далеко не всегда возвращают их в стандартное значение в конце партитуры. Кроме этого, большинство файлов не делает полной предустановки всех параметров в надежде на то, что они уже установлены в стандартное значение. Поэтому в общем случае перед проигрыванием каждого MIDI-файла желательно подать синтезатору команду сброса в режим GM, GS или XG — в зависимости от типа файла. Существуют специальные MIDI-файлы GM_ON, GS_RESET и им подобные, а также — проигрыватели, выполняющие команды сброса между файлами (к примеру, MediPlay).

Что такое MPU-401 и МТ-32 Это продукты фирмы Roland, ставшие фактическим стандартом для многих звуковых карт IBM PC: •

MPU-401 (MIDI Processing Unit — устройство MIDI-обработки) — плата MIDI-интерфейса для IBM PC. Полный вариант MPU-401 содержит UART (Universal Asynchronous Receicer/Transmitter универсальный асинхронный приемопередатчик, УАПП), вход/выход сигналов токовой петли и встроенный процессор

466

Вопросы и ответы обработки MIDI-сообщений. Интерфейс может работать либо i; интеллектуальном (Smart, Intelligent) режиме, либо в базовом (Dump), называемом также режимом простого приемопередатчика UART. В режиме Smart задействуется встроенный процессор. способный выбирать из всего потока только нужные MIDIсообщения, преобразовывать формат сообщений, автоматически передавать сообщения синхронизации; в режиме Dump работает только приемопередатчик, передавая и принимая все MIDIсообщения без изменений. Компьютер с MIDI-интерфейсом становится полноправным устройством в MIDI-сети, и может соединяться с клавиатурами, секвенсорами, синтезаторами, другими компьютерами (не обязательно IBM-совместимый), и может выступать как источником MIDI-сообщений, так и их приемником (к примеру, игратьчерез звуковую карту по командам от другого MfDl-устройства). •

МТ-32 — тонгенератор (внешний модуль-синтезатор с MIDIинтерфейсом). Для сопряжения с компьютером поставляется с платой типа MPU-401, но может использоваться и самостоятельно, Содержит восьмиканальный WT-синтезатор, в каждом канале может одновременно звучать до 16 нот (всего может звучать до 32 нот). Частично совместим по раскладке инструментов с GM. Имеет 128 мелодических, 30 ударных инструментов и 33 звуковых эффекта. Содержит встроенный ревербератор.

В описаниях большинства звуковых карт упоминается о совместимости с MPU-40I и МТ-32. Однако аппаратный MlDI-интерфейс большинства карт реализован на сигналах ТТЛ, а не токовой петли, как в MPU-401, и для подключения MIDI-устройств необходим адаптер с преобразователем «ТТЛ токовая петля». Кроме этого, во многих простых картах реализован так называемый интерфейс SBMIDI. принципиально несовместимый по управлению с MPU-401. Обычно утверждение «MPU-401 compatible» означает программную совместимость с режимом простого приемопередатчика MPU-401. Совместимость с МТ-32 означает поддержку инструментов с теми же номерами и похожими тембрами, но не гарантирует отработку SysEx.

Звуковые эффекты Reverb и Chorus •

Reverberation (повторение) — эффект отзвука, эха, создающий впечатление «объемности» звука («эффект зала»). Реализуется при помощи многократных повторений звука с небольшой задержкой между ними. Chorus (хор) — эффект «размножения» инструмента, создающий впечатление игры ансамбля, а при воспроизведении голоса — хорового пения. Реализуется копированием сигнала с небольшим временным сдвигом, возможно — в разные стереоканалы для придания «объемности».

В GS (а также в GM многих карт) глубина этих эффектов регулируется MIDI-контроллерами 91 и 93.

467

Вопросы и ответы

Что такое Polyphony и Multi-timbral •

Polyphony (полифония, многоголосие) — максимальное количество простейших звуков, которое синтезатор может воспроизводить одновременно. Оно определяется количеством внутренних генераторов синтезатора (реачьных или виртуальных). Хорошей считается полифония 32 и больше.

Полифония не обязательно означает количество одновременно звучащих нот. Один инструмент может состоять более, чем из одного простого звука, причем количество звуков в различных инструментах может быть разным — это приводит к соответствующему уменьшению количества одновременно звучащих нот. •

Multi-timbral (многотембровость) — максимальное количество инструментов, которые могут использоваться одновременно, без переключений. Обычно это число равно 16 — количеству M1DIканалов. Напрямую оно никак не связано с полифонией, однако аппаратура синтезатора общая для всех инструментов, и игра большим количеством инструментов может приводить к переполнению голосов и пропаданию отдельных нот,

Параметры, характеризующие звуковую карту Основные параметры — разрядность, максимальная частота дискретизации, количество каналов (моно или стерео), параметры синтезатора, расширяемость, совместимость. Под разрядностью карты имеется в виду разрядность цифрового представления звука — 8 или 16 бит. 8-разрядные карты дают качество звука, близкое к телефонному; 16-разрядные уже подходят под определение «Hi-Fi» и теоретически могут обеспечить студийное качество звучания, хотя практически это реализуется очень редко. Разрядность представления звука не имеет никакой связи с разрядностью системной шины для карты, однако карта для 32-разрядной шины МСА, EISA, VLB или PCI будет работать с несколько меньшими накладными расходами на запись/вое произведение оцифрованного звука, чем карта для ISA. Максимальная частота дискретизации (оцифровки) определяет максимальную частоту записываемого/воспроизводимого сигнала, которая примерно равна половине частоты дискретизации. Для записи/воспроизведения речи может быть достаточно 6-8 кГц, для музыки среднего качества — 20-25 кГц, для высококачественного звучания необходимо 44 кГц и больше. В некоторых картах возможно повысить частоту дискретизации ценой отказа от стереозвука: два канала по 22 кГц, либо один канал на 44 кГи. Параметры синтезатора определяют возможности карты в синтезе звука и музыки. Тип синтеза — FM или WT — определяет вид звучания музыки: на FMсинтезаторе инструменты звучат очень бедно, со «звенящим» оттенком, имитация классических инструментов весьма условна; на WT-синтезаторе звучание более «живое», «сочное», классические инструменты звучат естественно, а синтетические — более приятно, на хороших WT-синтезаторах может даже создаться впечатление «живой игры» или «слушания CD». Число голосов (polyphony) определяет предельное количество элементарных звуков, могущих звучать одновременно. Объем ПЗУ или ОЗУ WT-синтезатора говорит о количестве различных инстру-

468

Вопросы и ответы ментов или качестве их звучания (ПЗУ на 4 Мб может содержать 500 инструментов среднего качества или обычный, но хороший GM), небольшой объем ПЗУ не означает автоматически хорошего качества самплов, и наоборот. Для собственного музыкального творчества большое значение имеют возможности синтезатора по обработке звука (огибающие, модуляция, фильтрование, наличие эффект-процессора), а также возможность загрузки новых инструментов. Расширяемость определяет возможности по подключению дополнительных устройств, установке микросхем, расширению объема ПЗУ или ОЗУ. На многих картах есть 26-разрядный внутренний разъем для подключения дочерней платы, представляющей собой дополнительный WT-синтезатор. Практически на каждой карте есть разъем для подключения CD-ROM с интерфейсом Sony, М itsumi, Panasonic или IDE (сейчас популярны в основном последние два; IDE-интерфейс многих карт допускает подключение винчестера), бывают разъемы цифрового выхода (SPD1F) для подключения к студийному оборудованию, разъемы для подключения модема и другие. Некоторые карты допускают установку DSP и дополнительной памяти для самплов WT-синтезатора. Под совместимостью сейчас чаще всего понимается совместимость с моделями Sound Blaster — обычно SB Pro и SB 16 (последняя — только для карт производства Creative и карт на микросхеме Creative Vibra 16). Совместимость с SB Pro подразумевает совместимость и с AdLib —одной из первых звуковых карт для IBM PC. Основные отличия SB 16 от SB Pro: SB Pro — 8-разрядная карта, допускает запись/воспроизведение одного канала с частотой дискретизации 44.1 кГц либо двух канатов с частотой 22.05 кГц; SB 16 — 16-разрядная карта, допускает запись/воспроизведение с частотой до 44.1 кГц, имеет автоматическую регулировку уровня с микрофона и программную регулировку тембра. Обе карты имеют стереофонический FM-синтезатор (OPL3). Многие SB Pro-совместимые карты на самом деле 16-разрядные, но большинство программ использует их только в 8разрядном режиме SB Pro. Определенное значение имеет программная совместимость MIDI-интерфейса с MPU-401, позволяющая использовать внешний инструмент с программами, не имеющими специальных драйверов для MIDI-интерфейса карты (в основном это — старые программы для DOS). При работе в Windows эта совместимость обычно несущественна, ибо почти каждая карта имеет в комплекте набор драйверов для Windows. Совместимость карты с Windows Sound System понимается двояко: программная — возможность работы под управлением собственных драйверов в 16-разрядном режиме на 48 кГц, и аппаратная — возможность настройки на стандартные для WSS параметры (порт 530, IRQ 10) и отработку команд стандарта WSS.

Что представляет собой дочерняя MIDI-плата Дополнительный MlDI-синтезатор, подключаемый к специальному 26-ти контактному разъему на основной карте, который обычно называется Wave::able Connector (название происходит от того, что большинство дочерних плат использует метод синтеза WT и предназначены для расширения простых карт с методом FM) или Daughterboard Connector. Еще одно название разъема — Waveblaster Connector (разъем был введен в модели Creative SB 16 и предназначался для подключения платы Creative Waveblaster).

469

Вопросы и ответы Интерфейс для дочерней платы состоит из цепей питания, MIDI-выхода (иногда — и MIDI-входа), и стереофонического аналогового входа для звукового сигнала с платы. Плата получает MIDl-сообщения, посылаемые основной картой, на их основе синтезирует звук и передает его по звуковым цепям в микшер основной карты. Конструктивно дочерние платы выполняются таким образом, чтобы их возможно было непосредственно надеть на разъем основной карты, закрепив специальными штифтами, для которых в большинстве карт предусмотрены отверстия. Однако существуют карты, разъемы для дочерних плат на которых рассчитаны только на миниатюрные платы и расположены нестандартно, что не позволяет надеть на них плату стандартного формата (140 х 90 мм). Поскольку дочерняя карта представляет собой самостоятельный синтезатор, аналогичный по принципу работы музыкальным тонгенераторам, эффект от подключения платы полностью аналогичен эффекту от подключения внешнего синтезатора или тонгенератора к разъему MIDI/Joystick. Никакого дополнительного программного обеспечения для работы с дочерней платой не требуется — предназначенные ей MIDI-сообщения просто посылаются на внешний MIDl-порт основной карты (на картах с раздельными MIDI-портами для этого нужно выбрать внутренний). Однако любая дочерняя плата, как и любой синтезатор, может иметь свои особенности в настройке, поэтому для удобства работы с такими платами могут существовать специальные драйверы и управляющие программы. Поскольку большинство дочерних плат работают только на прием MIDIсообщений, для них не существует возможности программно определить наличие платы на разъеме. Это означает, что после подключения карты никакие системные установки или списки ресурсов не могут измениться сами собой — необходима ручная перенастройка системы. Так как: подключение дочерней платы фактически добавляет в систему еще один независимый синтезатор, при этом расширяется набор встроенных инструментов, увеличивается количество одновременно звучащих нот, становятся доступными новые возможности. Появляется возможность использовать более одного синтезатора при проигрывании MIDI-файлов для этого нужно поменять раскладку инструментов по каналам (к примеру, в Windows это делается при помощи закладки MIDI в Control Panel Ф Multimedia). К сожалению, практически не имеет смысла подключать качественные дочерние платы к простым основным картам типа Sound Galaxy или Edison Gold, поскольку у них чаше всего низкокачественные аналоговые цепи, и хороший звук с дочерней платы будет безнадежно испорчен.

Назначение DSP, ASP и CSP DSP (Digital Signal Processor — цифровой сигнальный процессор) специализированный быстродействующий процессор, используемый для сложной обработки звука в реальном времени. При помощи DSP обычно реализуются звуковые эффекты типа Reverb/Chorus и других, а также другие виды обработки звука компрессия, распознавание/синтез речи, моделирование акустики помещений. DSP может быть встроенным или съемным — в последнем случае при его установ-

470

Вопросы и ответы ке у карты появляются дополнительные возможности или расширяются существующие. На всех SB-совместимых картах DSP (в виде отдельной микросхемы или встроенный в общий чип) управляет оцифровкой/воспроизведением, компрессией/декомпрессией, а также обменом по MIDI в обход схемы MPU-401. ASP (Advanced Signal Processor — продвинутый (усиленный) сигнальный процессор) и CSP (Creative Signal Processor — сигнальный процессор Creative) — названия одного и того же специализированного DSP фирмы Creative Labs (микросхема СТ1748), используемого в некоторых картах типа Sound Blaster. Его наличие позволяет использовать дополнительные методы сжатия звука, увеличить скорость сжатия, повысить скорость и надежность распознавания речи. В ранних моделях SB на ASP при помощи программной загрузки параметров был реализован QSound — алгоритм обработки звука для придания ему большей пространственности; в новых моделях SB PnP это делает процессор 3DSound. Для сжатия звука под Windows ASP не используется — там это делают универсальные программные обработчики (ACM Codec), версии которых для ASP не выпускаются. ASP обрабатывает только смешанный звук со всех источников карты, поэтому выборочного влияния на звучание встроенных FM- и WT-синтезаторов он не оказывает.

Что такое Full Duplex Полный дуплекс — способность карты и ее драйверов одновременно воспроизводить и записывать звук. Обычно для этого нужна одновременная поддержка картой двух каналов DMA, либо наличие больших буферов внутри звукового процессора. В картах, совместимых с SB 16, одновременные запись/воспроизведение возможны только с разной разрядностью звука (16 — в одну сторону и 8 — в другую); прочие типы карт такого ограничения не имеют. Ограничение также снято в картах SB 16 на микросхеме Vibral6x, не использующей старшие каналы DMA. Что такое S/PDIF и AES/EBU S/PDIF (Sony/Philips Digital Interface Format — формат цифрового интерфейса фирм Sony и Philips) — цифровой интерфейс для бытовой радиоаппаратуры. AES/EBU (Audio Engineers Society/ European Broadcast Union — общество звукомнженеров / европейское вещательное объединение) — цифровой интерфейс для студийной радиоаппаратуры. Цифровой интерфейс позволяет передавать звуковые сигналы в реальном времени без какой-либо потери качества, которое неизбежно теряется при передаче сигнаюв в аналоговой форме. Интерфейсы используются также в звуковых картах SB AWE32, AWE64 Gold,ТВ Malibu,Terratec EWS64XL, Event ElectronincsGina/Layla, в расширенных версиях ТВ Pinnacle и Fiji и других.

471

Вопросы и ответы

Методы снижения уровня наводок от аппаратуры компьютера на карту Универсального метода не существует. Каждый конкретный случай определяется типами и даже экземплярами конкретной карты, системной платы, видеоадаптера, блока питания. Вначале имеет смысл определить, по какой из цепей идут помехи, при помощи регуляторов уровней в микшере. Ненужные входы (особенно микрофонный) вообще рекомендуется сразу отключать или ставить на них нулевой уровень громкости. В случае, если при нулевых уровнях всех входов помехи остаются — скорее всего, дело в наводках на саму карту. Нужно поэкспериментировать с перестановкой карт в разъемах, к примеру, звуковую — в самый дальний, а все остальные — в другой конец, или наоборот. Нужно также попробовать отключить все дополнительные устройства — CDROM, стример, винчестер — которые могут служить источниками наводок; некоторые приводы генерируют помехи при наличии электрического контакта с корпусом компьютера — их придется установить через прокладки. Это относится и к системной плате — при наличии контакта с корпусом в точках крепления она также может способствовать помехам. Иногда помехи возникают в некачественных блоках питания, вентиляторах охлаждения блока питания или процессора, в плохо спроектированных видеокартах, системных платах. Внешние помехи чаще всего возникают при подключении CDROM к звуковому входу. Их источником может быть сам CDROM или звуковой кабель. Кабель желательно использовать экранированный — скрученные провода больше подвержены помехам извне. Можно попробовать отсоединить по очереди с одной из сторон общие провода (экран) кабеля, оставив соединение с корпусом только в одном из разъемов. Также имеет смысл проложить кабель так, чтобы он проходил максимально близко от корпуса и максимально далеко от устройств компьютера. Может случиться и так, что данная модель звуковой карты сама по себе плохо спроектирована или разведена, отчего ловит свои собственные наводки. От этого возможно избавиться только заменой карты.

Отличие PnP-карт от обычных Прежде всего — способом настройки адресов портов, линий IRq и каналов DMA. На обычных картах эти параметры задаются либо жестко, либо перемычками, либо записываются в EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory — электрически репрограммируемое постоянное запоминающее устройство, ЭРПЗУ). В PnP-картах они устанавливаются при инициализации диспетчером РпР; это может быть PnP BIOS, специальная утилита для конфигурации или драйвере поддержкой РпР. До этой иницишшзации РпР-карта«не видна» процессору, и обычные программы не смогут с нею работать. Кроме этого, PnP-карта часто представляет собой новый вариант обычной карты, поэтому может довольно сильно отличаться от нее своими возможностями и характеристиками.

472

Вопросы и ответы

Что такое Retail- и ОЕМ-варианты Retail — вариант для розничной продажи, состоящий из карты, полного комплекта программного обеспечения и документации, хорошей упаковки и возможных приложений (кабели, переходники, микрофон, дополнительные программы, CD). Объявленная производителем цена относится к этому варианту поставки. Original Equipment Manufacturer — производитель собственного оборудования. Поставка предназначена для организаций, выпускающих компьютеры собственного изготовления или сборки, и представляет собой саму карту в комплекте с минимальным набором программного обеспечения и документации, в простейшей упаковке или вообще без нее, и обходится дешевле, чем Retail-вариант. OEM-наборы, прошедшие цепочку продавцов, могут доходить до конечного покупателя перекомплектованными или некомплектными. OEM-платы, продаваемые в розницу, могут вообще не комплектоваться программным обеспечением — при поставке партии OEM-плат к ней прилагается только один комплект обеспечения, предназначенный для предпродажной установки на собранный компьютер. В таких случаях торгующие фирмы обычно записывают его на дискеты покупателя, хотя могут этого и не делать. Варианты Retail и OEM не имеют никакого отношения к конструктивному исполнению плат — это только способы их комплектации, поставки и гарантийного обслуживания фирмой-изготовителем. Однако не исключено подпольное копирование популярных плат и последующая продажа их под маркой фирменных ОЕМ-вариантов.

Назначение эффект-процессора Эффект-процессор — это один или несколько DSP, предназначенных для обработки звука. Эффекты Reverb и Chorus сейчас являются практически стандартными; мощные процессоры предоставляют и другие типы эффектов Flanger, Phaser, Distortion, Echo, Delay. В зависимости от сложности процессора может управляться только наличие/отсутствие эффекта, его глубина, а в наиболее сложных — и различные параметры, существенно влияющие на окраску звука. Одни эффект-процессоры требуют установки всех режимов до начала вывода звука, другие допускают их регулировку в реальном времени, что очень важно для управления динамикой звука. Различаются общие, поканальные и поголосовые эффект-процессоры. Первые обрабатывают звук, объединенный со всех каналов синтезатора, вторые звучание отдельных MlDI-каналов, третьи — звучание отдельных голосов синтезатора. Количество и типы эффектов, которые могут быть одновременно применены к различным каналам/голосам, зависит от мощности процессора; сложные эффекты обычно не могут быть применены к множеству каналов сразу. Многосекционные процессоры допускают разделение секций между каналами, позволяя задавать либо простые эффекты для многих каналов, либо сложные — для одного-двух. Эффект-процессор может также иметь отдельные секции для каждого голоса — в этом случае все голоса могут иметь независимую глубину или параметры эффектов.

473

Вопросы и ответы

Почему звук в играх и трекерах звучит через GUS лучше, чем через AWE32 или ТВ Tropez? Вывод звука в трекерах и звуковых эффектов в большинстве игр реализован через цифровой канал. Все широко распространенные непрофессиональные звуковые карты с цифровым каналом, кроме GUS, совместимы в этом качестве с линией Sound Blaster. В качестве базовой для большинства игр была выбрана модель SB Pro — 22050 кГц в стереорежиме, 8-разрядная оцифровка. В связи с этим любая совместимая карта, даже SB 16 или AWE32, в режиме вывода звука для простоты трактуется программами, как SB Pro — с соответствующими ограничениями. Необходимость сводить в реальном времени несколько звуков в один цифровой канал еще больше ухудшает качество звучания. Для GIJS потребовалось создать собственный интерфейс, и при этом были задействованы его внутренние возможности по одновременному проигрыванию нескольких звуков — оцифровки загружаются в память его синтезатора, и затем воспроизводятся, как обычные MIDI-инструменты, либо идет обычное проигрывание, но 16-разрядного звука на частоте до 44 кГц, что дает значительно большую точность воспроизведения. Реализация такой же системы вывода возможна и на любых других картах с WT-синтезатором, однако она сложнее технически и требует поддержки сразу нескольких аппаратных WT-синтезаторов, что большинством производителей игр было признано невыгодным благодаря наличию на этих картах цифрового канала воспроизведения, совместимого с SB Pro. Для ряда трекеров и проигрывателей модулей выпускаются драйверы, позволяющие проигрывать звук через WT-синтезаторы, отличные от GF1.

Что представляет собой MIDI-клавиатура Образно говоря — устройство MIDI-ввода. Содержит собственно клавиатуру (4-6 октав), схему преобразования воздействий в MIDI-сообщения и адаптер с выходом MIDI Out. Основные параметры клавиатур: • •

количество клавиш. Большинство моделей имеет 49, 61 или 88; размер клавиш: полноразмерные (full-size) или уменьшенные; механические характеристики — упругость клавиш, реакция на воздействие, конструкция привода. Различаются простая пружинная конструкция, «взвешенные» (weighted) клавиши с грузиками различной массы на ближнем и дальнем концах, и клавиши с молоточковой системой (hammer action), наиболее близкие по ошушению к фортепианным; чувствительность к скорости нажатия/отпускания (velocity). пропорциональной силе удара по клавишам. У различных клавиатур разная крутизна зависимости выдаваемого значения скорости от силы удара;

•

чувствительность к общему давлению на клавиатуру (channel aftertouch) после нажатия клавиш. Измеряется общее давление, оказываемое исполнителем на всю клавиатуру в целом;

474

Вопросы и ответы •

чувствительность к давлению на отдельные клавиши (polyphonic aftertouch). Измеряется отдельно для каждой клавиши с момента ее нажатия;

•

наличие основных органов управления — колес (wheels) глубины модуляции (modulation) и смещения по высоте (pitch bend), педали удержания нот (sustain);

•

наличие дополнительных органов управления и индикации — движка ввода данных (data entry), индикатора режимов работы, средств передачи дополнительных MlDI-команд, октавной перестройки (transpose), дополнительных педалей,

Характеристики распространенных моделей MIDI-клавиатур (все клавиатуры, если не указано явно, имеют полноразмерные клавиши, чувствительны к скорости нажатия и могут работать от внешнего источника питания): •

Terratec MidiSmart TMS3: 49 пружинных узких клавиш, без чувствительности к силе удара. Питание — 9 В постоянного тока, в комплекте — источник питания, MIDI-адаптер и программа Steinberg Music Station. Quick Shot MIDI Composer: 49 пружинных клавиш, Modulation/Pitch Bend, Data Entry, октавная перестройка, перестройка по каналам, режим передачи команд, индикатор режима работы, педаль Sustain, встроенный адаптер для подключения к SBMIDI с выходом для джойстика, возможность питания от SBMIDI или батарей.

•

Roland PC-200mkII: 49 пружинных клавиш, Modulation/Pitch Bend, Data Entry, октавная перестройка, перестройка по каналам, режим передачи команд, индикатор режима работы. Fatar Studio 37: 37 пружинных клавиш, передача по каналу 1, питание 9 В постоянного/переменного тока.

•

Fatar Studio 49: 49 пружинных клавиш, передача по каналу 1, питание 9 В постоянного/переменного тока. Fatar Studio 490: 49 пружинных клавиш, передача по каналу 1, питание 9 В постоянного тока (источник — в комплекте). Fatar Studio 490 Plus: 49 пружинных клавиш, два MIDI-выхода, гнездо для педалей Sustain и Volume, октавная перестройка, переключение каналов, режим передачи команд, питание — 9 В постоянного тока (источник — в комплекте).

•

Fatar Studio 610: 61 пружинная клавиша, колеса Pitch Bend и программируемого контроллера, два MIDI-выхода, гнездо для педалей Sustain и Volume, октавная перестройка, переключение каналов, режим передачи команд, питание — 9 В постоянного тока (источник — в комплекте). Fatar StudioLogic 61: новый вариант модели 610. 61 пружинная клавиша, колеса Pitch Bend и программируемого контроллера, два MIDI-выхода, гнездо для педалей Sustain и Volume, октавная перестройка, переключение каналов, режим передачи команд, 475

Вопросы и ответы деление клавиатуры на две зоны, питание — 9 В постоянного тока (в комплекте). •

Fatar Studio 610 Plus: 61 взвешенная клавиша, Channel Aftertouch, колеса Pitch Bend и программируемого контроллера, два MIDIвыхода, гнездо для педалей Sustain и Volume, октавная перестройка, переключение каналов, режим передачи команд, питание — 9 В постоянного тока (источник — в комплекте).

•

Fatar StudioLogic 161: новый вариант модели 610 Plus. 61 взвешенная клавиша. Channel Aftertouch, колеса Pitch Bend и программируемого контроллера, два MlDI-выхода, гнездо для педалей Sustain и Volume, октавная перестройка, переключение каналов, режим передачи команд, деление клавиатуры на две зоны, питание — 9 В постоянного тока (источник — в комплекте, вместе с педалью Sustain.

•

Fatar Studio 900: 88 взвешенных клавиш с молоточковым механизмом, колеса Pitch Bend и программируемого контроллера, два MlDI-выхода, гнездо для педалей Sustain и Volume, октавная перестройка, переключение каналов, режим передачи команд, питание — 9 В постоянного тока (источник — в комплекте).

•

Yamaha CBX-K1 (Mike Sirotkin): мини-клавиатура, ориентированная на управление XG-модулями. 37 пружинных клавиш уменьшенного размера, октавный сдвиг +/- 4 октавы, два колеса: Pitch Bend и Assignable control (любой из 53-х контроллеров), дополнительный вход MIDI IN, режим передачи команд, в том числе ОМ ON, XG ON, Control Change (32 функции), питание от батарей или адаптера (в комплект не входит).

Возможность подключения дочерней платы, если на основной нет WT-разъема Это возможно, если на основной есть разъем MIDI/Joystick. В этом случае, руководствуясь разводкой разъемов, нужно подключить MIDI Out основной карты к MIDI In дочерней, a Audio Out дочерней — к любому Audio-входу основной (Line In, CD In, Aux In), обеспечить дочернюю плату питанием +5 и +/- 12 В и сигналом Reset с низким активным уровнем, и как-то закрепить ее в корпусе компьютера. При отсутствии на основной плате отрицательного сигнала Reset его возможно получить инверсией магистрального сигнала Reset Drv (к примеру, инвертором на транзисторе). Возможен вариант с размещением дочерней платы в отдельном корпусе с собственным блоком питания и схемой генерации Reset — в этом случае получается независимый тонгенератор (внешний MIDI-синтезатор), который соединяется с основной картой MIDI- и Audio-кабелями. В случае, если снабдить такой синтезатор адаптером стандартного MIDI-входа (токовая петля), то его возможно будет включать в сеть стандартных MIDI-инструментов.

476

Вопросы и ответы

Как заставить GUS РпР работать с загружаемыми инструментами Для этого нужны банки инструментов в формате InterWave — .FFF/.DAT, которых в первых поставках не было. Необходимо либо найти банки FFF (к примеру, с новых комплектах программного обеспечения), либо преобразовать файлы *.РАТ в формат InterWave программой GIPC, которую возможно найти на различных ftp-серверах.

Значение параметров среды BLASTER и SOUND Параметр BLASTER задает строку основных параметров SB-совместимой звуковой карты, представляемую в виде списка значений через пробел: А — адрес основного порта карты; 1 — линия прерывания; D — основной (восьмиразрядный) канал DMA (low DMA); Т - тип карты: 1 - SB (SB 1.0) 2 - SB Pro 3 - SB 2.0 4 - SB Pro 2

5 — SB MCV (Micro Channel Version) 6 - S B 16, AWE 32 или SB 32

H — дополнительный (шестнадцатиразрядный) канал DMA (high DMA); P — адрес порта MIDI-интерфейса; M — адрес набора портов микшера; Е — адрес младшего порта EMU8000 для AWE32/SB 32. Стандартные значения — А220 15 Dl H5 РЗЗО. Регистр букв и порядок параметров несущественны (это соглашение соблюдается не всеми программами). Параметр «Н» задается только для моделей типа 6; если его значение равно нулю - 16-разрядный канал не используется и все передачи идут по 8-разрядному каналу. Параметр «М» задается в том случае, если карта содержит микшер с отдельным набором портов (к примеру, выпускавшиеся ранее модели SB 2.0 CD). Практически все SB Pro-совместимые карты отождествляются с типом 4, и стандартная строка параметров для них имеет вид А220 15 DI T4. Часто такие карты по умолчанию используют IRq 7, что может приводить к конфликтам с контроллером LPT-порта. Многие программы, работающие со звуком, используют параметр BLASTER для автоматической настройки на карту или установки умолчаний при ручной настройке, Значением параметра SOUND является полное имя каталога, в котором размешено программное обеспечение карты. Служебные программы и некоторые библиотеки используют его для поиска динамически загружаемых драйверов. 477

Вопросы и ответы

Микрофоны для звуковой карты Распространенные микрофоны делятся на электродинамические и электретные. Электродинамический микрофон создает электрический сигнал за счет колебаний катушки в постоянном магнитном поле, отчего он обладает низким выходным сопротивлением и генерирует слабый сигнал (единицы мВ). Для получения хорошего звука такие микрофоны лучше подключать к картам с высокоомным усилителем, имеющим большой коэффициент усиления. В электретном (конденсаторном) микрофоне звуковая мембрана является одной из обкладок конденсатора, находящегося под действием электростатического поля за счет нанесенного на обкладки поляризующего слоя электрета. При колебании мембраны изменяется емкость конденсатора и напряжение на нем; колебания напряжения усиливаются встроенным усилителем. Такой микрофон имеет высокое выходное сопротивление и генерирует достаточно сильный сигнал (десятки мВ), однако он нуждается во внешнем источнике питания усилителя (обычно около 3-4 В). В некоторых микрофонах используется встроенная батарейка. Многие карты имеют переключатели типа «Dynamic/Condenser* для установки нужного типа микрофона. Карты Creative Sound Blaster рассчитаны на подключение электретного микрофона — на средний контакт штекера подается питающее напряжение +5 В, а с концевого контакта снимается звуковой сигнал. В случае, если на штекере микрофона концевой и средний контакт соединены уровень сигнала может упасть. Избежать этого возможно, обернув средний контакт узкой полоской тонкой липкой ленты.

Почему уровень шума карты часто гораздо выше паспортного Паспортный уровень шума измеряется при тестировании карты в «правильном* компьютере, где все компоненты (в основном — системная плата и блок питания) сделаны с соблюдением технологий минимизации уровня помех — тщательная фильтрация напряжений в блоке питания, грамотная разводка системной платы, фильтрующие емкости на шине, сертифицированные видеокарты. При установке карты в компьютер, собранный из компонент среднего и низкого качества, не согласованных друг с другом, уровень шума и помех может быть намного выше.

Можно ли иметь два WT-синтезатора, и зачем это может быть нужно Можно иметь сколько угодно WT-синтезаторов — как и любых других аппаратных или программных MIDI-устройств. WT — это метод синтеза, который никак не влияет на способ реализации МШ1-устройства. Различные синтезаторы (любые, а не только WT) имеют разные по объему и качеству наборы тембров, разные способы управления ими и самим процессом синтеза, и дополнительный синтезатор дает те же преимущества, что и дополнительный инструмент в оркестре.

478

Вопросы и ответы

Способы измерения соотношения сигнал/шум карты Точно это возможно сделать только с помощью специальных приборов, реализующих усреднение шума как по времени, так и по полосе частот, однако для приблизительной оценки возможно обойтись осциллографом, измерив амплитуду As синусоидачьного сигнала 1000 Гц и чистого шума An на выходе карты. Регулятор громкости карты при этом должен находиться в положении, обеспечивающем максимальный неискаженный уровень сигнала. Сам воспроизводимый сигнал должен иметь уровень 0 дБ (максимально возможная амплитуда синусоиды для выбранного разрешения квантования). Отношение сигнал/шум в децибелах будет приблизительно равно 20!g(As/An).

Почему звук PCI-карт прерывается при активной работе видеосистемы Многие PCI-видеокарты используют «нечестный» метод работы, захватывая шину PCI на длительное время и игнорируя требования арбитра освободить ее, достигая таким образом предельно возможной производительности видеосистемы. При параллельной работе звуковой PCI-карты это может приводить к невозможности извлечь из памяти очередную порцию звуковых данных или поместить ее туда. В настоящее время многие производители видеокарт выпустили драйверы, исправляющие эту проблему; в ряде случаев может потребоваться замена видеокарты.

Какие звуковые карты называются Sound Blaster Так называются только карты производства Creative — фирмы, состоящей из основной — Creative Labs, и научно-исследовательской — Creative Technology. Sound Blaster — одна из торговых марок Creative. Для всех остальных карт используется обозначение «Sound Blaster Compatible» «Совместимая с SB». Везде, где речь идет о Sound Blaster, должна подразумеваться только продукция Creative, иначе используется обозначение Sound Card.

Для чего нужен выход S/PDIF Это выход звука в цифровом виде с эквалайзера EMU8000 (в AWE64 Gold также с общего цифрового канала) — в 20-разрядном (для AWE64 Gold) или 18разрядном (для остальных моделей) формате на частоте 44.1 кГц, который возможно подать на вход внешнего ЦАП или усилителя со входом S/PDIF, получив более качественный звук с WT-синтезатора. На картах AWE32 с этого выхода снимается также сигнал FM-синтезатора. Сигнал S/PDIF есть только на микросхеме СТ1971; с микросхем СТ8903 и СТ8920 цифровой сигнал снимается во внутреннем формате, а в AWE64 Gold для формирования S/PDlF-выхода имеется специальный преобразователь. Таким образом, на картах AWE64 Value и поздних SB 32, не содержащих микросхемы СТ1971, сигнал S/PDIF недоступен. В последних моделях SB 32 на СТ1971 разъем S/PDIF не впаян, однако есть разводка для него. В большинстве моделей AWE выход сделан в виде двухконтактного внутреннего разъема (сигнальный + общий) с амплитудой ТТЛ (5 В). В AWE64 Gold

479

Вопросы и ответы амплитуда сигнала приведена к стандарту (0.5 В) и в комплект включена дополнительная планка с разъемом типа RCA. При наличии ТТЛ-выхода его возможно нагрузить на инфракрасный или красный светодиод (к примеру, АЛ307БМ, АЛ336) через токоограничительный резистор порядка 300 Ом, получив таким образом излучатель, вставляемый в оптический цифровой вход бытовой или студийной аппаратуры.

Что такое SoundFont Архитектура и формат банков загружаемых инструментов для EMU 8000. Различаются две разновидности: •

SoundFont 1: Три уровня — Sample, Layer и Instrument. Sample — сампл с собственной частотой дискретизации, основным тоном и точками зацикливания; Layer (слой) — сампл, воспроизводимый в заданном диапазоне нот, с собственными установками модуляторов (Env/LFO, высота/амплитуда/фильтр) Instrument — совокупность слоев, которые могут как стыковаться по высоте нот, так и перекрываться для одной ноты. При запуске звучания ноты запускаются все слои, относящиеся к данной ноте — каждый на своем голосе, с собственными параметрами звучания и модуляции, Уровень Instrument непосредственно «виден» по MIDI в виде номеров программ, или патчей. Тип файла — SBK.

•

SoundFont 2: Уровень Sample остался без изменения, уровням Layer и Instrument соответствуют Instrument и Preset, для которых введен дополнительный уровень Zone — совокупность самплов (для Instrument) или инструментов (для Preset) в пределах диапазона нот или скоростей удара, с индивидуальными характеристиками звучания и модуляции для каждого сампла. Соответственно, Instrument состоит из набора зон с самплами, a Preset — из набора зон с инструментами; плюс каждый из наборов зон может содержать глобальную зону, определяющую параметры по умолчанию для остальных зон. При задании параметров для уровня, уже имеющего подобный параметр, возможна как замена параметра нижнего уровня, так и его относительное изменение. Тип файла — SF2.

В SoundFont используются монофонические 16-разрядные самплы с частотой дискретизации 44.1 кГц. Однако с целью экономии памяти в банк могут включаться самплы с более низкими частотами дискретизации, принудительно описанные как 44.1, с последующим заданием более высокого основного тона. Каждый файл SoundFont может содержать определения одного или более банков инструментов, использующих как собственные самплы, так и ссылки на стандартные самплы из ПЗУ. Для создания и редактирования банков SoundFont служит программа Vienna SoundFont Studio, а также программа EsBeeKay.

Загрузка банков SoundFont Загрузка банков SounFont выполняется при помощи AWE Control Panel из стандартного комплекта профамм, либо программ AWE Piano, AWEPC,

480

Вопросы и ответы EsBeeKay и других, работающих с интерфейсом AWE Manager. В память ЕМШООО загружаются только сами самплы — все остальные параметры загружаются в системную память драйвера. В случае использования только самплов из ПЗУ банк не занимает места в памяти EMU8000, и может загружаться даже в карты без ОЗУ (SB 32). Драйвер AWE32 различает два вида банков: основной, или банк синтезатора (Synthesizer Bank) и дополнительные, или пользовательские банки (User Banks). Это отвечает системе банков, принятой в MIDI: основной банк имеет номер 0 и всегда должен быть загружен — он используется по умолчанию, когда банк явно не указан; дополнительные банки имеют номера 1..127 и могут загружаться в любой момент, до фактического использования. Для каждого загружаемого дополнительного банка нужно указать номер, под которым он будет использоваться, и 5ВК/5Р2-файл. При последующих запусках Windows эти банки будут загружаться автоматически, пока не будут очищены. Для того, чтобы подключить новый банк в качестве основного, нужно установить его в закладке «Synth» AWE Control Panel, желательно — в режиме «User v nth >

Использование банков SoundFont в MIDI-файлах Разместить в файле MIDI-команды смены банка и тембра (Bank/Patch Change). Драйвер AWE использует для смены банка только контроллер 0 (опция Controller 0 only в Cakewalk). Перед проигрыванием MIDI-файла нужно загрузить используемые им банки любым доступным способом, соблюдая соответствие номеров загружаемых и используемых в файле банков. Cakewalk с версии 6.01 поддерживает закрепление за WRK-файлами для AWE банков SoundFont, которые автоматически загружаются в нужные банки синтезатора при открытии WRK-файла (меню File "^ SoundFonts).

Преобразование банков других синтезаторов в SoundFont Это возможно сделать с помощью программ Convert, AWave, EsBeeKay и нескольких менее известных, однако после преобразования может понадобиться ручное редактирование банка, поскольку из-за различий в архитектурах синтезаторов точное преобразование в общем случае невозможно.

Возможно ли в AWE кэширование инструментов, как в GUS Стандартный драйвер этого не поддерживает. Существуют программы, позволяющие выборочно загружать инструменты из банков: AWEVBank общего назначения, реализующая идею «виртуального банка», содержащего только ссылки на инструменты в реальных банках, и AWEPC, самостоятельно проигрывающая MIDI-файл. предварительно загрузив в память нужные инструменты. Сделать полную поддержку кэширования возможно только доработкой драйвера или созданием драйвера более высокого уровня.

481

Вопросы и ответы

Как работает MIDI-синтезатор AWE В AWE используется программная интерпретация MIDI-сообщений. Сообшения получает драйвер, расшифровывает их и управляет работой EMU8000 для достижения нужного эффекта. Например, при получении сообщения Note On драйвер запускает по одному генератору EMU8000 на каждый слой ноты, при Note Off— отключает все генераторы этой ноты, по сообшению Pitch Bend — перестраивает частоту генераторов. Программная интерпретация MIDI позволяет сделать MIDI-синтезатор достаточно гибким, однако затрудняет реализацию некоторых видов управления EI реальном времени.

Способы переадресации вывода в MPU-401 на синтезатор EMU8000 При работе под DOS для этого служит перемычка MFBEN (MIDI FeedBack ENable — разрешение перехвата MIDI-сообщений). Кроме этого, нужно резидентно (с ключом /ЕМ) загрузить МIDI-интерпретатор AWEUTIL, который будет перехватывать сообщения, выводимые во внешний MIDI-порт (которые в норме направляются на внешний MIDI-интерфейс и разъем для дочерней платы), и отрабатывать их на синтезаторе ЕМШООО; при этом сообщения уже не будут проходить ни на внешний выход, ни на дочернюю плату.

Можно ли получить в EMU8000 другие типы эффектов В ЕМШООО реализован микропрограммный эффект-процессор с загружаемой извне микропрограммой, официальной документации на которую нет. Отдельные поля программы управляют работой цифрового эквалайзера EMU8000, однако подъем/ослабление по НЧ и ВЧ зависимы друг от друга и не могут регулироваться раздельно. Эмпирическим путем возможно подобрать новые режимы работы эффект-процессора (программы AWEFX, AWE Piano). На что действуют эффекты EMU8000 Только на звук, синтезируемый в нем самом — обычно по MIDI-сообщениям. В AWE32 два голоса EMU8000 были зарезервированы для регенерации его ОЗУ и попутно вводили в ЕМШООО сигналы левого и правого каналов FM-синтезатора, на которые возможно было накладывать эффекты. В SB 32 и AWE64 регенерация делается независимо, и все 32 канала работают только на синтез музыкальных звуков.

Отличие цифрового представления сигналов от аналогового Традиционное аналоговое представление сигналов основано на подобии (аналогичности) электрических сигналов {изменений тока и напряжения) представленным ими исходным сигналам (звуковому давлению, температуре, скорости), а также подобии форм электрических сигналов в различных точках усилительного или передающего тракта. Форма электрической кривой, описывающей (также говорят — переносящей) исходный сигнал, максимально приближена к форме кривой этого сигнала. Такое предстаатение наиболее точно, однако малейшее искажение формы несущего электрического сигнала неизбежно повлечет за собой такое же искаже482

Вопросы и ответы ние формы и сигнала переносимого. В терминах теории информации, количество информации в несущем сигнале в точности равно количеству информации в сигнале исходном, и электрическое представление не содержит избыточности, которая могла бы защитить переносимый сигнал от искажений при хранении, передаче и усилении. Цифровое представление электрических сигналов призвано внести в них избыточность, предохраняющую от воздействия паразитных помех. Для этого на несущий электрический сигнал накладываются серьезные ограничения — его амплитуда может принимать только два предельных значения — 0 и 1. Вся зона возможных амплитуд в этом случае делится на три зоны; нижняя представляет нулевые значения, верхняя — единичные, а промежуточная является запрещенной — внутрь нее могут попадать только помехи. Таким образом, любая помеха, амплитуда которой меньше половины амплитуды несущего сигнала, не оказывает влияния на правильность передачи значении 0 и 1. Помехи с большей амплитудой также не оказывают влияния, если длительность импульса помехи ощутимо меньше длительности информационного импульса, а на входе приемника установлен фильтр импульсных помех. Сформированный таким образом цифровой сигнал может переносить любую полезную информацию, которая закодирована в виде последовательности битов — нулей и единиц; частным случаем такой информации являются электрические и звуковые сигналы. Здесь количество информации в несущем цифровом сигнале значительно больше, нежели в кодированном исходном, так что несущий сигнал имеет определенную избыточность относительно исходного, и любые искажения формы кривой несущего сигнала, при которых еще сохраняется способность приемника правильно различать нули и единицы, не влияют на достоверность передаваемой этим сигналом информации, Однако в случае воздействия значительных помех форма сигнала может искажаться настолько, что точная передача переносимой информации становится невозможной — в ней появляются ошибки, которые при простом способе кодирования приемник не сможет не только исправить, но и обнаружить. Для еще большего повышения стойкости цифрового сигнала к помехам и искажениям применяется цифровое избыточное кодирование двух типов: проверочные (EDC — Error Detection Code, обнаруживающий ошибку код) и корректирующие (ЕСС — Error Correction Code, исправляющий ошибку код) коды. Цифровое кодирование состоит в простом добавлении к исходной информации дополнительных битов и/или преобразовании исходной битовой цепочки в цепочку большей длины и другой структуры. EDC позволяет просто обнаружить факт ошибки — искажение или выпадение полезной либо появление ложной цифры, однако переносимая информация в этом случае также искажается; ЕСС позволяет сразу же исправлять обнаруженные ошибки, сохраняя переносимую информацию неизменной. Для удобства и надежности передаваемую информацию разбивают на блоки (кадры), каждый из которых снабжается собственным набором этих кодов. Каждый вид EDC/ECC имеет свой предел способности обнаруживать и исправлять ошибки, за которым опять начинаются необнаруженные ошибки и искажения переносимой информации. Увеличение объема EDC/ECC относительно объема исход ной информации в общем случае повышает обнаруживающую и корректирующую способность этих кодов. 483

Вопросы и ответы В качестве EDC популярен циклический избыточный код CRC (Cyclic Redundancy Check), суть которого состоит в сложном перемешивании исходной информации в блоке и формированию коротких двоичных слов, разряды которых находятся в сильной перекрестной зависимости от каждого бита блока. Изменение даже одного бита в блоке вызывает значительное изменение вычисленного по нему CRC, и вероятность такого искажения битов, при котором CRC не изменится, исчезающе мала даже при коротких (единицы процентов от длины блока) словах CRC. В качестве ЕСС используются коды Хэмминга (Hamming) и Рида-Соломона (Reed-Solomon), которые также включают в себя и функции EDC. Информационная избыточность несущего цифрового сигнала приводит к значительному (на порядок и более) расширению полосы частот, требуемой для его успешной передачи, по сравнению с передачей исходного сигнала в аналоговой форме. Кроме собственно информационной избыточности, к расширению полосы приводит необходимость сохранения достаточно крутых фронтов цифровых импульсов. Кроме целей помехозашиты, информация в цифровом сигнале может быть подвергнута также линейному или канальному кодированию, задача которого — оптимизировать электрические параметры сигнала (полосу частот, постоянную составляющую, минимальное и максимальное количество нулевых/единичных импульсов в серии) под характеристики реального канала передачи или записи сигнала. Полученный несущий сигнал, в свою очередь, также является обычным электрическим сигналом, и к нему применимы любые операции с такими сигналами — передача по кабелю, усиление, фильтрование, модуляция, запись на магнитный, оптический или другой носитель. Единственным ограничением является сохранение информационного содержимого — так, чтобы при последующем анализе возможно было однозначно выделить и декодировать переносимую информацию, а из нее — исходный сигнал.

Как звук представляется в цифровом виде Исходная форма звукового сигнала — непрерывное изменение амплитуды во времени — представляется в цифровой форме с помощью «перекрестной дискретизации» — по времени и по уровню. Строго говоря, любой аналоговый сигнал в конечном счете тоже дискретен как по времени, так и по величине — к примеру, звуковой сигнал является результатом взаимодействия конечного числа атомов или молекул газов и твердых тел, электрический сигнал — результатом перемещения конечного числа элементарных зарядов (электронов). Поэтому, говоря о дискретизации аналогового сигнала, имеют в виду значительно большую степень дискретности, которая поддается измерению приборами средней точности. Согласно теореме Котельникова, любой непрерывный процесс с ограниченным спектром может быть полностью описан дискретной последовательностью его мгновенных значений, следующих с частотой, как минимум вдвое превышающей частоту наивысшей гармоники процесса; частота Fd выборки мгновенных значений (отсчетов) называется частотой дискретизации. Из теоремы следует, что сигнал с частотой Fa может быть успешно дискретизирован по времени на частоте 2Fa только в том случае, если он является чис-

484

Вопросы и ответы той синусоидой, ибо любое отклонение от синусоидальной формы приводит к выходу спектра за пределы частоты Fa. Таким образом, для временной дискретизации произвольного звукового сигнала (обычно имеющего, как известно, плавно спадающий спектр), необходим либо выбор частоты дискретизации с запасом, либо принудительное ограничение спектра входного сигнала ниже половины частоты дискретизации. Одновременно с временной дискретизацией выполняется амплитудная измерение мгновенных значений амплитуды и их представление в виде числовых величин с определенной точностью (квантование). Точность измерения (двоичная разрядность N получаемого дискретного значения) определяет уровень шума, вносимого квантованием, и динамический диапазон цифрового сигнала (теоретически, для цифрового сигнала в чистом виде, это взаимнообратные величины, однако любой реальный тракт имеет также и собственный уровень шумов и помех). Полученный поток чисел (серий двоичных цифр), описывающий звуковой сигнал, называют импульсно-кодовой модуляцией или ИКМ (Pulse Code Modulation, PCM), так как каждый импульс дискретизованного по времени сигнала представляется собственным цифровым кодом. Чаше всего применяютлинейное квантование, когда числовое значение отсчета пропорционально амплитуде сигнала. Из-за логарифмической природы слуха более целесообразным было бы логарифмическое квантование, когда числовое значение пропорционально величине сигнала в децибелах, однако это сопряжено с трудностями чисто технического характера. Временная дискретизация и амплитудное квантование сигнала неизбежно вносят в сигнал шумовые искажения, уровень которых принято оценивать по формуле 6N + lOlg (Рдискр/2Рмакс) + С (дБ), где константа С варьируется для разных типов сигналов: для чистой синусоиды это 1.7 дБ, для звуковых сигналов — от -15 до 2 дБ. Отсюда видно, что к снижению шумов в рабочей полосе частот И.Рмакс приводит не только увеличение разрядности отсчета, но и повышение частоты дискретизации относительно 2Рмакс, поскольку шумы квантования «размазываются» по всей полосе вплоть до частоты дискретизации, а звуковая информация занимает только нижнюю часть этой полосы. В большинстве современных цифровых звуковых систем используются стандартные частоты дискретизации 44.1 и 48 кГц, однако частотный диапазон сигнала обычно ограничивается возле 20 кГц для оставления запаса по отношению к теоретическому пределу. Также наиболее распространено 16-разрядное квантование по уровню, что дает предельное соотношение сигнал/шум около 98 дБ. В студийной аппаратуре используются более высокие разрешения — 18-, 20и 24-разрядное квантование при частотах дискретизации 56, 96 и 192 кГц. Это делается для того, чтобы сохранить высшие гармоники звукового сигнала, которые непосредственно не воспринимаются слухом, но влияют на формирование общей звуковой картины. Для оцифровки более узкололосных и менее качественных сигналов частота и разрядность дискретизации могут снижаться; к примеру, в телефонных линиях применяется 7- или 8-разрядная оцифровка с частотами 8..12 кГц.

485

Вопросы и ответы Представление аналогового сигнала в цифровом виде называется также импульс но-кодовой модуляцией >, раздельные источники питиния. питание критичных схем от аккумулятора. Хорошие результаты дают внешние модули ЦАП, в которых реализованы описанные методы — к примеру. Audio Alchemy DAC-in-the-Box и другие. Необходимо различать «пограничный» джиттер, действуюший на границах аналоговой и цифровой части схемы — в области АЦП или ЦАП, и «внутренчий», возникающий в любых других участках чисто цифровой схемы. Влияние на звуковой сигнал имеет только «пограничный» джиттер, ибо только он непосредственно связан с преобразованием аналогового звукового сигнала. Весь «внугренний» джиттер при грамотном построении схемы должен полностью подавляться в интерфейсных цепях, однако некорректная реализация может пропускать его и непосредственно на ЦАП/АЦП.

503

Вопросы и ответы

Может ли джиттер передаваться при копировании Возникающий в цепях формирования, обработки, передачи, записи и чтения цифровых сигналов «внутренний» джиттер вполне может распространяться по системе, выходить за ее пределы и переноситься между системами через цифровые интерфейсы передачи или цифровые же носители информации. При этом вел ичинаджиттера может как ослабляться, так и усиливаться, При использовании интерфейсов передачи со «встроенным» (embedded) синхросигналом, а также при чтении с любого носителя, приемная сторона вынуждена синхронизироваться с передатчиком путем использования систем фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ, Phase Locked Loop — PLL), которая вносит дополнительные дрожания, будучи не в состоянии мгновенно отслеживать изменения фазы и частоты принимаемого сигнала. Один из возможных способов ослабления джиттера при передаче использование синхронных интерфейсов с отдельным тактовым сигналом (Word Clock), а еще лучше — асинхронных двунаправленных с возможностью согласования темпа передачи, наподобие RS-232. В этом случае стороны могут не опасаться возможного опустения или переполнения буфера на приемном конце, передача может выполняться блоками с более высокой скоростью, чем идет вывод звука, а приемная сторона может использовать полностью независимый стабильный генератор для извлечения отсчетов из буфера. Однако все это имеет смысл только в том случае, когда приемник работает непосредственно на ЦАП —- при записи на носитель неравномерности такой величины влияния на качество звука не оказывают. Таким образом, в корректно реализованной системе все виды джиттера, возникающие в чисто цифровых блоках и между ними, являются «внутренними» и должны быть подавлены до передачи цифрового сигнала на ЦАП для оконечного преобразования. Это может быть сделано при помощи промежуточного буфера, схемы ФАПЧ с плавным изменением частоты генератора (медленное изменение в небольших пределах, в отличие от дрожания, практически не ощущается на слух), или каким-либо другим метолом.

Может ли один и тот же цифровой сигнал звучать по-разному Для слуховой оценки звукового сигнала его необходимо воспроизвести либо одновременно на двух разных системах, либо последовательно — на одной. Даже если в обоих случаях сам цифровой сигнал будет одинаковым, набор сопутствующих условий — аппарат, носитель, его микроструктура, первичные сигналы при считывании информации, особенности работы декодеров, спектр аналоговых шумов и помех — почти всегда будет различен. Все эти побочные процессы могут создавать паразитные наводки, искажающие форму цифрового сигнала, порождающие джиттер. воздействующие на цепи питания и прочие аналоговые компоненты системы. В правильно сконструированных и тщательно выполненных аппаратах все эти влияния должны быть подавлены до уровня, недоступного восприятию, однако для большинства бытовых и особенно бюджетных аппаратов это не так. Могут быть и более прозаичные причины для возникновения разницы такие, как неустойчивое считывание цифрового носителя, при котором декодер не

504

Вопросы и ответы в состоянии однозначно восстановить закодированный звуковой сигнал и вынужден прибегать к его интерполяции, ухудшающей качество звучания. Такая же интерполяция или гашение отсчетов происходит в случае ошибочного их приема по цифровым межсистемным интерфейсам, что может быть вызвано плохим качеством или чрезмерной длиной кабеля, воздействием на него сильных помех, неисправностью приемника или передатчика, плохой их совместимостью. Поэтому вопрос о сравнении звучания должен рассматриваться только после того, как доказана идентичность цифровых потоков, поступающих на оконечный 11АП. Под ЦАП здесь должен пониматься именно неделимый, «самый последний» преобразователь, а не произвольное сложное устройство, получающее на входе цифровой сигнал и выдающее на выходе аналоговый.

Проверка идентичности двух цифровых звуковых сигналов Наиболее универсальным и удобным является сложение в противофазе, когда один сигнал складывается с другим, предварительно инвертированным, Для синхронных одинаковых сигналов такая операция даст абсолютную тишину. В случае различных сигналов результат будет различаться от эффекта гребенчатого фильтра (небольшой постоянный временной сдвиг между одинаковыми сигналами, на слух напоминает перекос головки в магнитофоне) до обычного смешивания {совершенно различные сигналы или временной сдвиг более нескольких десятков микросекунд). Для получения этим методом корректного результата необходимо, чтобы оба сигнала были синхронны — начинались в один и тот же момент времени и имели одинаковую длину. Для двух сигналов, записанных с реального источника через АЦП, этого достичь принципиально невозможно, поэтому имеет смысл подвергать сравнению исходный сигнал (полученный любым способом) и его цифровую копию — сделанную внутри рабочей станции, пропущенную через цифровой интерфейс, записанную на цифровой носитель. В этом случае сравнение покажет правильность копирования и передачи цифровых сигналов. Синхронность сигнала и копии обеспечивается удалением из них участка начальной тишины (серии нулевых отсчетов) — такая операция имеется во многих цифровых станциях. В противном случае тишину возможно убрать вручную, удалив начальный участок до первого ненулевого отсчета. Одинаковой длины сигналов добиваться не обязательно — это повлияет лишь на слышимость концевого участка результата, соответствующего более длинному из сигналов.

Носители информации Физическое устройство жесткого диска Почему же его называют жестким? Возьмите обычную 3-х дюймовую дискету. В случае, если вы вскроете ее корпус (желательно это проделывать над испорченной дискетой не содержащей важной информации, то вы увидите, что непосредственно сам диск выполнен из гибкого материала. Может кто еще помнит, что в свое время в ходу были 5-ти и 8-ми дюймовые дискеты. Корпус их был выполнен из непрочного гибкого материала, в отличие от 3-х дюймовых дискет, где

505

Вопросы и ответы корпус сделан из пластика. Отсюда и идет название — «гибкий диск». Жесткий диск, как возможно догадаться изготовлен по совершенно другой технологи и. Основу его составляет алюминий. Реже используется керамика или стекло, но диски на основе этого материала достаточно дороги и предназначены для использования в дорогих моделях винчестеров. В первых моделях жестких, в качестве магнитного покрытия использовался материал на основе окиси железа. Сейчас производители используют окись хрома, которая имеет большую износостойкость. Состоит жесткий диск из двух основных блоков. Первый — это механический блок, включающий в себя непосредственно сами диски, двигатель вращения, блок магнитных головок и привод перемещения головок. Этот блок является герметичным и даже из любопытства не рекомендуется изучать его устройство на работающем винчестере. В противном случае, вы потеряете не только данные, но и само устройство. Второй блок — блок электроники. Представляет из себя плату с напаянными элементами. На плате расположены микросхемы ОЗУ (рабочая память винчестера), ПЗУ с управляющей программой, DSP (цифровой сигнальный процессор) для обработки сигналов и основной управляющий процессор. Сам термин «жесткий диск» является несколько неправильным. Сегодня только винчестеры с наименьшим выпускаемым объемом соответствуют этому термину. Дело в том, что в винчестерах с большим объемом используются нееколько пластин объединенных в один блок. Пример: Quantum Fireball 4,3 Gb LT — использует один диск, а та же модель, но объемом 8,4 Gb уже два диска. Именно поэтому вы никогда не сможете встретить у этой модели объем в 5,1 или 3,2Gb. Отсюда следует, что чем больше объем винчестера, тем большее количество дисков там используется. Фактически все это выглядит следующим образом. Представьте себе шпиндельна который на одинаковом расстоянии друг от друга насажены диски. С каждой стороны диска расположены магнитные головки осуществляющие чтение и запись данных (запись информации выполняется на обе стороны диска). Головки укреплены на специальных держателях, и перемещаются между центром и краем диска. Во время работы, головки за счет своей конструкции, «плавают» над поверхностью диска. При падении скорости вращения ниже нормы или выключения питания, процессор винчестера отводит их ближе к шпинделю, в так называемую «парковочную зону», где головки ложатся на поверхность диска. Запись информации в этой зоне не производится. Предварительная парковка необходима для сохранности головок и поверхности дисков, иначе при соприкосновении головки с поверхностью диска на такой скорости будет выведена из строя рабочая поверхность диска и сама головка. Во время работы винчестера, скорость вращения шпинделя очень высока (в современных моделях это 5400, 7200 и 10000 об/мин), а расстояние между поверхностью диска и головкой составляет от единиц до нескольких долей микрона. Поэтому блок дисков и делается герметичным. При попадании пыли между головкой и диском возможен сбой в работе, а вероятнее всего и выход из строя винчестера. Логическая структура винчестера такова. Каждый диск делится на сектора и дорожки. Думаю, объяснять что такое сектор не надо — вспомните хотя бы гео506

Вопросы и ответы метрию. А дорожки представляют собой концентрические окружности, вдоль которых размешается информация. Дорожки с одинаковыми номерами с двух сторон диска и во всем пакете дисков называются цилиндром. Эти три параметра необходимы для правильной установки винчестера в BlOS'e компьютера. Сейчас это особой сложности не вызывает, так как любой современный BIOS имеет функцию автодетектирования параметров винчестера. Также на диске существует так называемый «инженерный цилиндр». В нем хранится служебная информация (серийный номер, модель, в некоторых моделях часть программы ПЗУ). Ранее винчестеры изготавливались «чистыми», как и дискеты. То есть, первоначальное форматирование было возложено конечного потребителя. Сейчас эта операция производится непосредственно на стадии изготовления. Поэтому, если вы обнаружите в вашем BIOS или какой-либо утилите пункт low level format HDD, ни в коем случае не пользуйтесь им! При форматировании в заводских условиях, на диск записывается специальная информация icepвоинформация). Это специальные метки, необходимые для поиска секторон, отслеживания положения головок и стабилизации частоты вращения диска. На современных винчестерах эти метки наносятся между секторами, а в более ранних моделях для них была предназначена отдельная поверхность пакета дисков. Сервоинформация является основой разметки диска и при ее порче контроллер винчестера не сможет восстановить ее самостоятельно! Даже при уровне современных технологий, любой новый винчестер содержит неисправные блоки (bad block). Неисправный блок (или сектор) не позволяет считывать из него записанную ранее информацию. При первоначальной разметке, обнаруженные дефектные блоки заносятся в специальную таблицу переназначения. Далее контроллер винчестера, при работе, подменяет их на резервные, которые специально оставляются для этих целей. Сама работа винчестера, в общих чертах выглядит следующим образом. При включении питания, процессор винчестера сначала тестирует электронику, после этого дает команду на включение двигателя шпинделя. По достижении критической скорости вращения, воздух увлекаемый поверхностями дисков заставляет головки «всплывать» над поверхностью диска. И все время работы винчестера головки висят над поверхностью на воздушной подушке. По достижении скорости вращения близкой к номинальной, головки выводятся из парковочной зоны и контроллер винчестера осуществляет поиск сервометок, для стабилизации частоты вращения. Далее производится поиск различной служебной информации, к примеру таблицы переназначения неисправных участков. Последней стадией инициализации жесткого диска является проверка позиционирования головок. Проверяется это установкой головок на заранее заданную последовательность дорожек. В случае, если все эти этапы проходят успешно, контроллер выдает сигнал готовности и переходит в режим нормальной работы.

Что у диска внутри Жесткий диск, как и всякое другое блочное устройство, хранит информацию фиксированными порциями, которые называются блоками. Блок явллется наименьшей порцией данных, имеющей уникальный адрес на жестком диске. Обмен информацией с жестким диском предполагает указание этого адреса в каче-

507

Вопросы и ответы стве параметра команды, выдаваемой контроллеру. Размер блока со временем стал стандартным для всех жестких дисков — 512 байт. Исторически сложилось так, что информация на диске хранилась в секторах. Сектора располагались на дорожках (цилиндрах), дорожки в свою очередь на сторонах диска, так что адрес блока на диске составлялся из трех чисел. Такой способ адресации диска был широко распространен и получил впоследствии обозначение аббревиатурой CHS {cylinder, head, sector). Именно этот способ был первоначально реализован в BIOS, поэтому впоследствии возникли ограничения, связанные с ним. Дело в том, что BIOS определил разрядную сетку адресов на 63 сектора, 1024 цилиндра и 255 головок. Однако развитие жестких дисков ограничилось использованием лишь 16 головок. Отсюда появилось первое ограничение на максимально допустимую для адресации емкость жесткого диска: 1024*16*63*512 = 504 Mb

Разумеется, настали времена, когда такой емкости диска стало не хватать. Диски стали становится больше, число цилиндров на них превысило 1024, максимально допустимое число цилиндров. Однако, адресуемая часть диска продолжала равняться 504 Мбайтам, при условии, что обращение к диску велось средствами BIOS. Это ограничение со временем было снято введением так называемого механизма трансляции адресов. Проблемы, возникшие с ограниченностью BIOS по части физической геометрии дисков, привели в конце концов к появлению нового способа адресации блоков на диске. Этот способ довольно прост. Блоки на диске описываются одним параметром — линейным адресом блока. Адресация диска линейно получила аббревиатуру LBA (logical block addressing). Линейный адрес блока однозначно связан с его CHS адресом: Iba = (cyl*HEADS + head)*SECTORS + (sector-1) Введение поддержки линейной адресации в контроллеры жестких дисков дало возможность BIOS'aM заняться трансляцией адресов. Суть этого метода состоит в том, что если в приведенной выше формуле увеличить параметр HEADS, то потребуется меньше цилиндров, чтобы адресовать то же самое количество блоков диска. Но зато потребуется больше головок. Однако головок-то как раз использовалось всего 16 из 255. Поэтому ВЮЗ'ы стали переводить избыточные цилиндры в головки, уменьшая число одних и увеличивая число других. Это позволило им использовать разрядную сетку головок целиком. Это отодвинуло границу адресуемого ВЮ5'ом дискового пространства до 8 Gb. Дальнейшее увеличение адресуемых объемов диска с использованием прежних сервисов BIOS стало принципиально невозможным. Тогда был разработан новый расширенный интерфейс BIOS, учитывающий возможность очень больших адресов блоков. Однако этот интерфейс уже не совместим с прежним, вследствие чего старые операционные системы, такие как DOS, которые пользуются старыми интерфейсами BIOS, не смогли и не смогут переступить границы в 8 Gb. Современные системы уже не пользуются BIOS'oM, а используют собственные драйвера для работы с дисками. Поэтому данное ограничение на них не распространяется. Но следует понимать, что прежде чем система сможет использовать собственный драйвер, она должна как м и н и м у м его загрузить. Поэтому на этапе на-

508

Вопросы и ответы чальной загрузки любая система вынуждена пользоваться ВЮЗ'ом. Это и вы швает ограничения на размещение многих систем за пределами 8 Gb, они не могут оттуда загружаться, но могут читать и писать информацию. Обратимся теперь к размещению операционных систем на жестких лисках. Для организации систем дисковое адресное пространство блоков разделяется на части, называемые разделами (partitions). Разделы полностью подобны целому диску в том, что они состоят из смежных блоков. Благодаря такой организации для описания раздела достаточно указания начала раздела и его длины в блоках. Разделы являются контейнерами всего своего содержимого. Этим содержимым является, как правило, файловая система. Под файловой системой с ючки зрения диска понимается система разметки блоков для хранения файлов. После того, как на разделе создана файловая система и в ней размещены файлы операционной системы, раздел может стать загружаемым. Загружаемый раздел имеет в своем первом блоке небольшую программу, которая производит загрузку операционной системы. Однако для загрузки определенной системы нужно явно запустить ее загрузочную программу из первого блока. Разделы с файловыми системами не должны пересекаться. Это связано с тем, что две разные файловые системы имеют каждая свое представление о размещении файлов, но когда это размещение приходится на одно и то же физическое место на диске, между файловыми системами возникает конфликт. Этот конфликт возникает не сразу, а лишь по мере того, как файлы начинают размещаться в том месте диска, где разделы пересекаются. Поэтому следует внимательно относиться к разделению диска на разделы. Само по себе пересечение разделов не опасно. Опасно именно размещение нескольких файловых систем на пересекающихся разделах. Разметка диска на разделы еше не означает создания файловых систем. Однако, уже сама попытка создания пустой файловой системы (то есть форматирование), на одном из пересекающихся разделов может привести к возникновению ошибок в файловой системе другого раздела. Все сказанное относится в одинаковой степени ко всем операционным системам, а не только самым популярным. Диск разбивается на разделы программным путем. То есть вы можете создать произвольную конфигурацию разделов. Информация о разбиении диска хранится в самом первом блоке жесткого диска, называемым главной зафузочнои записью (Master Boot Record (MBR)). MBR является основным средством зафузки с жесткого диска, поддерживаемым BIOS. В MBR находятся три важных элемента: •

Программа начальной загрузки. Именно она запускается BIOS'oM после успешной загрузки в память первого блока (MBR). Она. очевидно, не превышает 512 байт и ее хватает только на то. чтобы загрузить стартовый сектор операционной системы и передать гуда управление;

•

Таблица описания разделов диска. Располагается по смещению O x l B E в MBR. Таблица описывает четыре раздела. Только один из четырех разделов имеет право быть помеченным как активный, что будет означать, что программа загрузки должна загрузить в память первый сектор именно этого раздела и передать туда управление: 509

Вопросы и ответы •

Сигнатура MBR. Последние два байта MBR должны содержать число ОхАА55. По наличию этой сигнатуры биос проверяет, что первый блок был загружен успешно. Сигнатура эта выбрана не случайно. Ее успешная проверка позволяет установить, что все линии данных могут передавать и нули, и единицы.

Программа загрузки просматривает таблицу разделов, выбирает из них активный, загружает первый блок этого раздела и передает туда управление. С точки зрения разделов диска наиболее популярной до недавнего времени была и остается MS-DOS. Она забирает в свое пользование два из четырех разделов: Primary DOS partition, Extended DOS partition. Первый из них, (primary) это обычный досовый диск С:. Второй — это контейнер логических дисков. Они все болтаются там в виде цепочки подразделов, которые так и именуются: D:, Е:, ... Логические диски могут иметь и инородные файловые системы, отличные от файловой системы DOS. Однако, как правило, инородность файловой системы связана присутствием еще одной операционной системы, которую, вообще говоря, следовало бы поместить в свой собственный раздел (не extended DOS), но для таких выходок часто оказывается слишком маленькой таблица разделов. Отметим еще одно важное обстоятельство. Когда на чистый жесткий диск устанавливается DOS, то при загрузке нет никаких альтернатив в выборе операционных систем. Поэтому загрузчик выглядит весьма примитивно, ему не надо спрашивать у пользователя, какую систему тот хочет загрузить. С желанием иметь сразу несколько систем возникает необходимость заводить программу, позволяющую выбирать систему для загрузки. В случае OS/2 предлагается ставить Boot Manager, который умеет выбирать системы, но он занимает один цилиндр диска и один раздел в таблице разделов. В более общем случае возможно поставить System Commander, но эта программа тоже довольно громоздка и, что более критично, она располагается в разделе DOS, что может привести к печальным последствиям в случае вирусов или просто сбоев в файловой системе DOS. Довольно много программ работает напрямую с таблицей разделов диска. Это делает каждая операционная система при старте, программы типа Norton disk doctor, fdisk и др. Поэтому проблема совместимости заставляет использовать только четыре раздела после загрузки операционной системы. У систем со сродственными файловыми системами (таких как DOS и Windows) может возникнуть проблема перемены местами дисковых разделов. Такое возможно в случае, когда DOS есть отдельно от Windows. Появляется проблема перестановки разделов, чтобы обеспечить ра:шичные диски С: при загрузке. Вот основные проблемы, встающие перед пользователем при желании завести несколько операционных систем.

Интерфейсы жестких дисков Наиболее распространены два стандарта на подключение винчестера к компьютеру. Первый, наиболее распространенный среди домашних и офисных ПК — IDE (Integrated Device Electronics — устройство со встроенным контроллером), также именуемый как ATA (AT Attachment — подключаемый к AT). Второй чаще всего возможно встретить в серверах и высокопроизводительных рабочих

510

Вопросы и ответы станциях — SCSI (Small Computer System Interface, произносится как «скази»), Стоит отметить, что этот интерфейс не является специализированным для дисковых устройств. Помимо жестких дисков и CD-ROM приводов, существует огромная масса устройств, работающих по этому стандарту. Стандарт интерфейса IDE был разработан по некоторым причинам. Наиболее существенными являются: •

Более простой способ подключения винчестера к шине компьютера. Жесткий диск стандарта IDE с одинаковой легкостью возможно подключить к высокопроизводительной системной шине компьютера и медленному LPT-порту. Конечно, в последнем случае обмен данными будет гораздо ниже, но такая возможность есть.

•

Повышение быстродействия. Контроллер диска расположен непосредственно на устройстве, что позволяет передавать минуя длинные интерфейсные провода.

Подключить IDE-устройство к компьютеру возможно несколькими способами. Наиболее распространенный — подключение с помощью 40-проводного кабеля (тип интерфейса AT-BUS). Интерфейс 16-битный. Второй тип — PC Card ATA — с помощью PC Card (PCMCIA), также имеющий 16-битный интерфейс. Этот тип используется в основном в переносных компьютерах. Существуют также и XT IDE и MCA IDE, но рассматривать мы их здесь не будем, так как XT уже достаточно стар и встретить его возможно очень редко, а МСА используется только для PS/2 машин, которые в нашей стране практически не встречаются. Кроме подключения, типы интерфейса АТА различаются также и по скорости передачи данных. Основной — САМ ATA (Common Access Method) — стандарт определенный ANSI. Обеспечивает совместимость IDE-устройств на уровне сигналов и команд. Также позволяет подключать до двух устройств на один кабель. Длина кабеля составляет не более 46 см, АТА-2 является расширением спецификации АТА. Имеет два канала, что позволяет подключать до 4-х устройств, поддержка дисков объемом до 8 Гб. Поддерживает режимы работы PIO Mode 3, DMA Mode 1, Block mode. Об этих терминах мы поговорим чуть ниже. Следующим расширением является Fast АТА-2. Отличается только поддержкой DMA Mode 2, что позволяет достичь скорости передачи данных до 13.3 Мбайт/сек и наличием PIO Mode 4. Этот тип наиболее часто встречается в моделях компьютеров на основе 486-х и Pentium процессоров. АТА-3. Это расширение больше направленно на повышение надежности. Включается в себя улучшенное средство управлением питания и технологию SMART (Self Monitoring Analysis and Report Technology — технология слежения, анализа и предупреждения). Ultra DMA/33 — скорость обмена данными по шине составляет 33 Мбайт/ сек. Кроме этого добавлен контроль передаваемых данных. В стандарте UDMA/ 66 скорость увеличена до 66 Мбайт/сек, а в UDMA/100 — 100. Следует отметить, что указанные цифры, являются лишь максимально возможными значениями. Реально скорость передачи данных может быть суикст511

Вопросы и ответы венно ниже. Это зависит от частоты вращения дисков, скорости работы электроники, работы памяти и процессора. Помимо вышеперечисленных типов, существует еще расширение АТАР1 (ATA Package Interface). Это расширение предназначено для подключения к интерфейсу АТА накопителей CD-ROM, CDRW, стримеров (накопителей на магнитных лентах), ZIP дисководов и других устройств. Все вышеперечисленные стандарты между собой электрически совместимы. Теперь немного поговорим о тех терминах, которые используют при описании режимов работы винчестера. PIO (Programmed Input/Output — программный ввод-вывод) — при работе в этом режиме, процессом обмена информацией с буфером жесткого диска занимается центральный процессор системы. Это, соответственно, отнимает какую-то часть процессорного времени. Существует шесть режимов работы Р1О, отличающихся скоростью передачи данных. При PIO Mode О скорость составляет всего 3,3 Мбайт/сек. А в случае с PIO Mode 5 уже 20 Мбайт/сек. Режимы с 0 по 2 относятся к обычному АТА, 3 и 4 — к АТА-2, а 5 к АТА-3. DMA (Direct Memory' Access — прямой доступ к памяти). При работе в этом режиме, обмен данными между буфером винчестера и памятью компьютера осуществляется непосредственно контроллером винчестера. Режимы DMA подразделяются на однословные (single word) и многословные (multi word), в зависимости от количества слов передаваемых за один сеанс работы с шиной. В случае однословного режима, максимальная скорость обмена составляет до 8.3 Мбайт/сек. При использовании многословного режима — до 20 Мбайт/сек, Обращения производятся в паузах между обращениями центрального процессора к памяти. Такой режим экономит процессорное время, но несколько снижает скорость обмена. При использовании однозадачной операционной системы, к примеру MSDOS более предпочтителен режим PIO, в случае использования многозадачных систем лучше использовать режим DMA. Но в этом случае поддержка этого режима должна осуществляться на уровне драйверов и специальных контроллеров. LBA (Logical Block Addressing) — адресация логических блоков. Стандарт АТА адресует сектор по классической схеме — номер цилиндра, головки и сектора. Однако, из-за исторически сложившихся причин, BIOS компьютера и операционная система DOS ограничивали количество секторов (63) и цилиндров (1024). В результате этого и появилось ограничение на объем жесткого диска в 540Мб. При режиме LBA, адрес передается в виде линейного абсолютного номера сектора. Винчестер в этом случае сам преобразует его в нужные ему номера цилиндров, головок и секторов. Это позволило обойти ограничения на объем жесткого диска, однако для DOS оно по прежнему составляет 8 Гб. Работа устройства возможна только в случае поддержки этого режима драйвером (BIOS) и самим устройством. Существует также и режим Large — этот режим используется Award BIOS для работы с жесткими дисками до I Гб, не поддерживающими режим LBA. Использовать этот режим с дисками более 1 Гб не рекомендуется.

512

Вопросы и ответы Block Mode — режим блочного обмена. При использовании обычного режима, винчестер, получив команду на считывание сектора, помещает его в свой буфер, откуда он перемещается в память и ожидает команды на чтение следующего. В случае блочного обмена, винчестер сначала получает количество считываемых сектором, после чего он их считывает в буфер, откуда они перемешаются в память. Разные модели винчестеров имеют разный объем буфера, и соответственно могут считывать разное количество секторов за раз. Максимальный выигрыш от работы в этом режиме возможен только если основная работа идет с объемами данных не меньшим чем количество считываемых секторов. В случае, если фрагменты данных минимальны (к примеру не более одного сектора), использование этого режима сходит на нет. Напоследок несколько слов о том. как подключаются IDE устройства. На один IDE-кабель возможно подключить не более двух устройств. Одно из устройств должно быть выставлено в режим Master (ведущий), а второе — Slave (ведомый). Установка режимов осуществляется с помощью выставления перемычек на самих устройствах. Все современные IDE-устройства, как правило, имеют таблицу установки перемычек. В случае, если у вас два жестких диска, то система будет грузится только с Master устройства. Обычно работа устройства в slave режиме не допускается при отсутствии master устройства. Однако, современные накопители и BIOS позволяют такую работу. Существует еще один режим — Cable Select. В этом случае, определение master и slave устройства производится автоматически исходя из очередности подключенных разъемов. Для использования этого режима необходим специальный кабель и оба устройства должны быть установлены в CS.

Зачем разбивать диски Раньше основную роль играли различные ограничения, накладываемые системой адресации BIOS, которая поочередно «воздвигала барьеры» на размерах в 528 Мб, 2.1 Гб, 3.27 Гб... Сейчас, для многих машин остается актуальным ограничение в 8.4 Гб на физический диск и 2 Гб на раздел. Вкратце, эти ограничения сводятся к тому, что несмотря на физическую возможность диска записывать и считывать большие объемы информации, компьютер не мог описать адрес того сектора, куда надо было писать данные — ему просто не хватало выделенной памяти для хранения таких больших адресов. Скажем, самый первый барьер возник из-за несоответствия адресации BIOS (функции 13h. которая «занимается» записью на диск) и стандарта IDE. Изза этого несоответствия приходилось для значения каждой переменной выбирать самые маленькие значения, которые понимались бы и BIOS и диском. Каждый раз эти ограничения обходились с помощью различных «извра шений», а новые компьютеры выходили уже с обновленным BIOS. Таким обраюм, некоторые неудобства испытывали только владельцы морально устаревших компьютеров, остальные же радовались возросшим возможностям. Потом наступал очередной... барьер и все начиналось по новой. Другой причиной для разбиения дисков являлся размер кластеров. Кластер - это как бы квант дискового пространства, то есть, минимальный логический блок, в котором могут храниться данные. Для больших дисков размер кластера может быть, к примеру, 32 Кб (для FAT-16), то есть, если вы сохраните на диске файл 513

Вопросы и ответы размером в 1 Кб, то на диске вес-равно «потратятся» 32К.6. Для маленьких дисков размер кластера, соответственно, меньше, таким образом, если вам надо хранить много-много маленьких файлов, то имеет смысл разбивать большой диск на несколько маленьких. Но с появлением FAT-32 и резким удешевлением дисков (задумайтесь, что всего несколько лет назад мегабайт дискового пространства стоил около доллара!) большинство этих проблем потеряли свою актуальность и разбивка на логические диски производится просто для удобства пользователя. Действительно, чем ползать по длиннющему дереву директорий на диске С:, намного проще запомнить, к примеру, что ваши данные хранятся на диске D:, игрушки — на Е: и так далее. Кстати, это даст еще и дополнительную гарантию того, что, к примеру, игрушки не «сожрут» место, необходимое для работы. Еще одно удобство — при клонировании (или создании резервной копии) системы — сохраняя диск вам не придется «выковыривать» из него часто изменяющиеся данные... Ну и напоследок, хотелось бы упомянуть о такой ДОСовой команде, как subst. Занимается она тем, что создает из указанной вами директории виртуальный диск. То есть, напечатав в командной строке «subst W: C:\temp» вы обнаружите в проводнике новый диск W:, содержимое которого будет таким же, как и содержимое директории C:\temp. Иногда это может оказаться полезным, к примеру, при установке каких-нибудь старых программ, которые хотят ставиться исключительно с диска А: Для того, чтобы посмотреть список подключенных виртуальных дисков возможно ввести subst без параметров, а для удаления уже существующего — subst W: /D

Устройство компакт-диска Стандартный диск состоит из трех слоев: подложка из поликарбоната, на которой отштампован рельеф диска, напыленное на нее отражающее покрытие из алюминия, золота, серебра или какого-либо сплава, и более тонкий защитный слой поликарбоната или лака, на который наносятся надписи и рисунки. Некоторые диски «подпольных» производителей имеют очень тонкий защитный слой, либо не имеют его вовсе, отчего отражающее покрытие довольно легко повредить. Информационный рельеф диска состоит из спиральной дорожки, идущей от центра к периферии, вдоль которой расположены углубления (питы). Информация кодируется чередованием питов и промежутков между ними. В CD-ROM используется та же технология, что и в обычной звуковой системе CD-DA, описанной в FAQ по звуковым дискам (файл CDDAFAQ.TXT). Первый стандарт серии CD-ROM, описывающий систему записи на компактдиск произвольных цифровых данных, выпущен в 1984 году фирмами Philips и Sony под названием Yellow Book («желтая книга»); последующие расширения известны под названиями Green Book («зеленая книга»), Orange Book («оранжевая книга»), White Book («белая книга») и Blue Book («синяя книга»). Все они дополняют основной стандарт CD-DA, описанный в Red Book («красной книге»). Диск содержит вводную зону (Lead In), собственно данные (Program) и выводную зону (Lead Out). Вводная зона содержит оглавление диска (Table Of Contents — ТОС), в котором перечислены адреса дорожек диска и их параметры. Выводная зона играет роль ограничителя записанной области диска и необходи514

Вопросы и ответы ма для полной совместимости с Red Book, хотя все современные приводы CDROM и большинство бытовых проигрывателей не нуждаются в ее наличии. Для записи данных используются отдельные «звуковые дорожки». Упомянутые стандарты относятся не к диску в целом, а только к формату отдельных дорожек, причем на одном диске могут сосуществовать дорожки различных форматов. Для их чтения необходим проигрыватель, поддерживающий либо все представленные на диске форматы, либо пропускающий неизвестные (многие проигрыватели и приводы CD-ROM не умеют пропускать дорожки неизвестных форматов). Адресация дорожек ведется в формате MSF (Minuce:Second:Frame минута:секунда:кадр), где под кадром понимается стандартный кадр CD-DA (2352 байта, 1/75 сек). В интерфейсах приводов используется также абсолютная адресация номерами кадров. Первая дорожка по стандарту начинается по адресу 0:2:0 MISF. Yellow Book определяет базовые форматы записи данных на диск: CD-ROM mode 1 и CD-ROM mode 2. В обоих форматах внутри каждого из кадров дорожки, объемом по 2352 байта, выделяется 12 байт синхронизации. 4 байта заголовка сектора и область размером 2336 байт для записи данных, которая называется сектором или блоком. Благодаря наличию байтов синхронизации и заголовка возможно точное нахождение нужного блока данных, которое в обычном звуковом диске требует слежения за каналом субкода Q. В формате mode 1, используемом в большинстве CD-ROM, из области данных выделяется 288 байт для записи кодов EDC/ECC (Error Detection Code/Error Correction Code — коды обнаружения и исправления ошибок), благодаря которым диски с д а н н ы м и считываются гораздо надежнее, чем звуковые диски при том же качестве изготовления. Оставшиеся 2048 байт отводятся для хранения блока данных. В формате mode 2 корректирующие коды не используются, и все 2336 байт данных сектора отводятся для записи информации. Предполагается, что записываемая информация либо уже содержит корректирующие коды, либо нечувствительна к незначительным ошибкам, оставшимся после коррекции низкоуровневым кодом Рила-Соломона. Этот формат предназначен в основном для записи сжатых звуковых сигналов и изображений. Диск формата mode 1, на котором совмещены звуковые программы и данные, называется Mixed Mode Disk. При этом на первой дорожке записываются данные, а на всех последующих — звуковая информация. Некоторые бытовые проигрыватели, особенно прежних лет выпуска, не различают формат дорожек и при попадании на дорожку данных пытаются ее воспроизвести, что может привести к повреждению усилителей и акустических систем. Большинство современных проигрывателей либо игнорирует дорожки с данными, либо имитирует их «воспроизведение» без звука. Формат mode 2 в чистом виде практически не применяется — на его основе разработаны форматы CD-ROM/XA (extended Architecture — расширенная архитектура) двух вариантов (Green Book). В первом варианте из блока данных объемом 2336 байт выделяется 8 байт подзаголовка. 4 байта EDC и 276 байт ЕСС, оставляя для данных 2048 байт, как и в формате «mode 1»; во втором варианте Б.СС не используется и для данных остается 2324 байт. На одной дорожке формата ХА

515

Вопросы и ответы могут встречаться секторы как первого, так и второго вариантов. Достоинством такого подхода является возможность одновременного считывания в реальном времени данных и звуковой и/или видеоинформации, без лишних перемещений между дорожками. Формат CD-I {CD-Interactive — интерактивный CD), описанный в Orange Book, предусматривает запись видеоизображения на дорожках формата ХА и его воспроизведение при помощи специального проигрывателя CD-I на бытовом телевизоре параллельно с прослушиванием звуковой программы. Дорожки формата CD-I не включаются в оглавление диска (ТОС), поэтому они не видны на аппаратуре, не поддерживающей этого формата. Для совместимости со стандартными звуковыми проигрывателями был предложен формат CD-I Ready («готовый к воспроизведению на проигрывателе CD-I»), в котором для записи изображения используется растянутая пауза перед первой звуковой дорожкой, игнорируемая большинством обычных проигрывателей. Для совместимости с аппаратурой чтения дисков в формате ХА был предложен формат CD-Bridge («CD-мост»), представляющий собой включенные в общее оглавление диска дорожки формата CD-I, содержащие адресные метки обоих форматов — CD-I и ХА. Orange Book определяет также технологию и формат записываемых дисков CD-R (CD-Recordable), которые могут записываться в несколько приемов (сессий^ а также иметь отштампованную при изготовлении начальную сессию (так называемый Hybrid Disk — гибридный диск). Каждая сессия содержит свои зоны Lead In, Program и Lead Out. Третья часть {Part HI) Orange Book описывает технологию и формат перезаписываемых дисков CD-RW (CD-Re Writable), позволяющих многократно записывать и стирать информацию на диске. White Book описывает формат VideoCD, основанный на CD-Bridge и используемый для хранения движущихся изображений в кодировках AVI, MPEG и им подобных. Blue Book описывает формат CD-Xtra, состоящий из двух сеансов — звукового и сеанса данных. Организацию файловой системы на CD-ROM описывает стандарт ISO 9660. Уровень (level) 1 этого стандарта включает форматы файловых систем MSDOS и HFS (Apple Macintosh). Файлы записываются непрерывно, в виде последовательностей смежных секторов, вложенность каталогов MS-DOS не может превышать 8, длина имени — 8+3 символа. В именах и расширениях файлов допускаются только заглавные буквы A..Z, цифры 0..9 и знак «_». Уровень 2 описывает файловую систему с длинны ми именами без ограничений на набор сим волов и уровнем вложенности до 32. Уровень 3 дополнительно разрешает прерывистую запись файлов — к примеру, в случае пакетной записи в несколько этапов. Файловое оглавление сессии (VTOC Volume Table Of Contents) записывается в начале дорожки обычными блоками данных, в отличие от ТОС диска, записываемого в субканале Q зоны Lead In. Расширение Rock Ridge описывает формат файловой системы UNIX. Microsoft (Windows) использует систему Joliet с поддержкой имен до 256 символов.

516

Вопросы и ответы Система частично совместима с ISO 9660 подобно VFAT для магнитных дисков — в ISO дли иные имена выглядят своими начальными символами с добавлением порядкового номера в случае коллизий. Частным случаем CD-R является формат Kodak Photo CD, используемый для многосеансовой записи коллекций фотографий. Photo CD использует формат CD-Bridge, оформленный в файловую систему ISO 9660. Диски Photo CD могут воспроизводиться специальными проигрывателями на бытовой телевизор или считываться компьютерными приводами CD-ROM. Формат CD-Text подразумевает кодирование текстовой информации в битах субкодов R..W. Это может быть информация о названии, авторах и содержании диска, а также любая другая текстовая информация. Привод CD-ROM Типовой привод состоит из платы электроники, шпиндельного двигателя, системы оптической считывающей головки и системы загрузки диска. На плате электроники размешены все управляющие схемы привода, интерфейс с контроллером компьютера, разъемы интерфейса и выхода звукового сигнала. Большинство приводов использует одну плату электроники, однако в некоторых моделях отдельные схемы выносятся на вспомогательные небольшие платы. Шпиндельный двигатель служит для приведения диска во вращение и постоянной линейной или угловой скоростью (CLV — Constant Linear Velocity, CAV — Constant Angular Velocity). Сохранение постоянной линейной скорости требует изменения угловой скорости диска в зависимости от положения оптической головки. При поиске фрагментов диск может вращаться с большей скоростью, нежели при считывании, поэтому от шпиндельного двигателя требуется хорошая динамическая характеристика; двигатель используется как для разгона, так и для торможения диска. На оси шпиндельного двигателя закреплена подставка, к когорой после загрузки прижимается диск. Поверхность подставки обычно покрыта резиной или мягким пластиком для устранения проскальзывания диска. Прижим диска к подставке осуществляется при помощи шайбы, расположенной с другой стороны диска; подставка и шайба содержат постоянные магниты, сила притяжения которых прижимает шайбу через диск к подставке. Система оптической головки состоит из самой головки и системы ее перемещения. В головке размещены лазерный излучатель на основе инфракрасного лазерного светодиода с типовой длиной волны 780 нм и мощностью 0.2-0.5 мВт, система фокусировки, фотоприемники предварительный усилитель. Система фокусировки представляет собой подвижную линзу, приводимую в движение электромагнитной системой voice coil (звуковая катушка), сделанной по аналогии с подвижной системой громкоговорителя. Изменение напряженности магнитного поля вызывают псремешение линзы и пере фокусировку лазерного луча. Благодаря малой инерционности такая система эффективно отслеживает вертикальные биения диска даже при значительных скоростях вращения. Система перемещения головки имеет собственный приводной двигатель, приводящий в движение каретку с оптической головкой при помощи зубчатой ли517

Вопросы и ответы бо червячной передачи. Для исключения люфта используется соединение с начальным напряжением; при червячной передаче подпружиненные шарики, при зубчатой — подпружиненные в разные стороны пары шестерней. Система загрузки диска выполняется в трех вариантах: с использованием специального футляра для диска (caddy), вставляемого в приемное отверстие привода, с использованием выдвижного лотка (tray), на который кладется сам диск, и путем прямой вставки диска в приемную щель привода. Во всех случаях система содержит двигатель для втягивания/выдвигания лотка, футляра или самого диска, а также механизм перемещения рамы, на которой закреплена вся механическая система вместе со шпиндельным двигателем и приводом оптической головки, в рабочее положение, когда диск ложится на подставку шпиндельного двигателя. В некоторых приводах рама неподвижно установлена на амортизаторах, а диск опускается при помощи подвижной подставки, находящейся на лотке. В ряде приводов (к примеру, Samsung 2432, 3231) привод лотка осуществляется системой перемещения головки, где для этого предусмотрено переключение передаточного механизма. При использовании обычного лотка привод невозможно установить в иное положение, кроме горизонтального. В приводах, допускающих монтаж в вертикальном положении, конструкция лотка предусматривает фиксаторы, удерживающие диск при выдвинутом лотке. На передней панели привода обычно расположены кнопка Eject для загрузки/выгрузки диска, индикатор обращения к приводу и гнездо для подключения наушников с электронным или механическим регулятором громкости. В ряде моделей добавлена кнопка Play/Next для запуска проигрывания звуковых дисков и перехода между звуковыми дорожками; кнопка Eject при этом обычно используется для остановки проигрывания без выбрасывания диска. На некоторых моделях с механическим регулятором громкости, выполненным в виде ручки, проигрывание и переход осуществляются при нажатии на торец регулятора. Электронный регулятор громкости может поддерживать управление по интерфейсу. В Windows для этого предусмотрен отдельный регулятор громкости выхода на наушники в свойствах привода (Control Panel Ф Multimedia ^ CD Music), Большинство приводов также имеет на передней панели небольшое отверстие, предназначенное для аварийного извлечения диска в тех случаях, когда обычным способом это сделать невозможно — к примеру, при выходе из строя привода лотка или всего CD-ROM, при пропадании питания. В отверстие нужно вставить шпильку или распрямленную скрепку и аккуратно нажать — при этом снимается блокировка лотка или дискового футляра, и его возможно выдвинуть вручную.

Интерфейсы CD-ROM SCSI, IDE — CD-ROM подключается непосредственно к магистрали SCSI или IDE (ATA) с заданием номера устройства для SCSI или Master/Slave — для IDE. IDE CD-ROM обычно работают в стандарте ATAPI (ATA Packet Interface — пакетный интерфейс АТА). Sony, Mitsumi, Panasonic — три наиболее распространенных интерфейса, поддерживаемые многими звуковыми картами и отдельными адаптерами. Mitsumi

518

Вопросы и ответы и Panasonic используют 40-контактный соединительный кабель, как для IDE, а Sony — 34-контактный, как для дисководов гибких дисков. Также бывают CD-ROM с так называемыми Proprietary Interface собственным интерфейсом изготовителя, поставляемые в комплекте с адаптером и соединительным кабелем. В настоящее время CD-ROM выпускаются только с интерфейсами SCSI и IDE.

Скорость вращения диска в устройстве CD-ROM Информация на компакт-диске записана с постоянной линейной плотностью, поэтому для достижения постоянной скорости считывания скорость вращения изменяется в зависимости от перемещения считывающей головки. Стандартная скорость вращения диска — 500 об/мин при чтении с внутренних зон и 200 об/мин — при чтении с внешних (информация записывается изнутри наружу)-

«n-скоростной» CD-ROM При стандартной скорости вращения скорость передачи данных составляет около 150 Кб/с. В двух- и более скоростных CD-ROM диск вращается с пропорционально большей скоростью, и пропорционально повышается скорость передачи (к примеру, 1200 Кб/с для 8-скоростного). Из-за того, что физические параметры диска (неоднородность массы, эксцентриситет) стандартизированы для основной скорости вращения, на скоростях, больших 4-6, уже возникают значительные колебания диска, и надежность сч итывания, особенно для дисков нелегального производства, может ухудшаться. Некоторые CD-ROM при ошибках чтения могут снижать скорость вращения диска, однако большинство из них после этого не могут возвращаться к максимальной скорости вплоть до смены диска. На скоростях свыше 5000-6000 об/мин надежное считывание становится практически невозможным, поэтому последние модели 12- и более скоростных CD-ROM при чтении данных работают в режиме CAV (постоянная угловая скорость), врашая диск с максимально возможной скоростью. В этом режиме скорость поступления данных с диска меняется в зависимости от положения головки, увеличиваясь от начала к концу диска. Указанная в паспорте скорость (к примеру, 24х) достигается только на внешних участках диска, а на внутренних она падает примерно до 1200-1500 Кб/с.

Почему «нелегальные» диски часто читаются хуже «фирменных» Стандарт на компакт-диски определяет их физические и оптические параметры: толщину и отражающую способность алюминиевого слоя, глубину и форму питов (элементов записи), расстояние между дорожками, прозрачность защитного слоя, эксцентриситет. Ведущие фирмы, производящие компакт-диски, имеют отработанные технологии и надежное оборудование, позволяющие соблюсти эти параметры; аппаратура и технологии нелегальных производителей нередко этого не обеспечивают. Механика и оптика различных моделей CD-ROM имеет разные допуски и возможности подстройки, из-за чего одни модели могут уверенно читать диски,

519

Вопросы и ответы практически не читаемые другими моделями. Также, в результате эксплуатационного износа, параметры привода со временем ухудшаются, что приводит к ухудшению чтения дисков, которые уверенно читались на новом приводе,

Визуальное определение качества диска Нужно внимательно рассмотреть рабочую поверхность диска — она должна быть ровной, и на ней не должно быть царапин, замутненных участков, выпуклостей или впадин, а также «разводов» на отражающем слое. Затем посмотреть диск на свет (рабочей стороной к себе) — он может быть слегка прозрачным, но без явных отверстий в отражающем слое. Чем прозрачнее диск — тем выше вероятность его неуверенного считывания. Дешевые диски (особенно производства Китая) обычно не имеют с обратной стороны защитного лакового слоя — даже мелкая царапина на этой стороне может привести к полному отказу чтения соответствующей области диска.

Качество проигрывания звуковых дисков на CD-ROM Проигрывание звуковых дисков является побочной для CD-ROM функцией, и делается обычно «по остаточному принципу» — простейший (часто эквивалентный 12- или 14-разрядному) ЦАП и несложный выходной усилитель. Массовые CD-ROM значительно уступают стационарным проигрывателям Hi-Fi, отдельные модели приближаются к недорогим переносным проигрывателям. Б любом случае, качество сигнала на выходе для наушников (передняя панель) хуже, чем на линейном выходе (задняя стенка) — за счет дополнительных искажений при усилении. Кроме качества ЦАП, многие CD-ROM не выполняют ни передискретизации цифрового сигнала для улучшения соотношения сигнал/шум, ни интерполяции и маскирования — для сглаживания кривой и частичной компенсации неисправленных ошибок. Отсутствие интерполяции и маскирования приводит к заметным искажениям и щелчкам при ошибочном считывании дисков, в то время как на звуковом проигрывателе ошибки считывания не так заметны. Многие современные CD-ROM имеют на задней стенке дополнительный выход звука в цифровом формате (S/PDIF — Sony/Philips Digital Interface Format — формат цифрового интерфейса Sony/Philips), который возможно подключить к студийной или бытовой аппаратуре, имеющей вход S/PDIF или AES/EBU, что позволяет воспроизводить :шук с диска практически без искажений (некоторые искажения могут вноситься декодером CD-ROM). Выход имеет вид двухконтактного разъема и чаше всего обозначается «Digital Audio». Аппаратный цифровой выход, если он есть, работает всегда и не требует наличия каких-либо драйверов или программного включения.

Емкость компакт-диска Приблизительно 650 Мб — 74 минуты записи, поток данных — 153600 байт/с. Такая продолжится Е>НОСТЬ записи определена стандартом, однако при более плотном расположении дорожек или самих питов на диске может быть получено большее время звучания или объем данных. Подобные диски с отклонения520

Вопросы и ответы ми от стандарта могут неустойчиво считываться некоторыми приводами, лиоо не считываться вовсе.

Можно ли считать со звукового диска «чистый» звук в цифровом виде Можно — для этого нужен CD-ROM, поддерживающий команду Read Long и способный находить звуковые сектора в режиме прямого доступа (к примеру, многие из дисководов со SCSI-интерфейсом, большинство моделей Panasonic), и специальная программа — grabber или ripper — для считывания полных звуковых секторов, к примеру, CDGRAB, CDDA, CDT, CD2HDD, CD2WAV - для DOS; WinDAC, CD Copy, CDDA32, CD Worx или Audio Catalyst — для Windows. WinDAC, помимо простого чтения звуковых дорожек, позволяет одновременно преобразовывать их в другие форматы посредством системы АСМ (к примеру — в MPEG-3 при установленном Fraunhofer IIS ACM Codec). CDDA32 может самостоятельно преобразовывать звук в формат ReadAudio. Часто к таким программам прилагается список моделей CD-ROM, по.держивающих команду длинного чтения. Из-за небольших различий в интерфейсах некоторые дисководы не работают с одними из таких программ, но могут работать с другими, Под DOS желательно иметь «родной» драйвер используемого CD-ROM, либо один из универсальных драйверов, поддерживающих Read Long — к примеру, vide-cdd. Для контроллеров РПХ (системные платы на Intel Triton) возможно рекомендовать универсальный драйвер TriCD.sys от Triones. Под Windows, если используется контроллер РПХ и стандартный драйвер IDE AT API его распознает - это чаще всего мешает нормальному чтению звуковых дисков. В этом случае также нужно установить либо собственный драйвер CD-ROM под Windows, либо драйвер от Triones версии 3.22 или старше. Можно также попробовать установить драйвер MKEATAPI от серии CD-ROM Panasonic ATAPI. Для Windows существует переработанный драйвер CDFS.VXD неизвестного происхождения, представляющий дорожки на звуковом диске в виде обычных дисковых файлов с расширением WAV. Драйвер копируется в каталог SYSTEM\IOSUBSYS, заменяя собой стандартный драйвер CDFS.VXD (старый драйвер нужно либо удалить, либо переименовать, изменив расширение). При активном новом драйвере в оглавлении звукового диска, кроме файлов Tracks. С DA. появляется дерево каталогов — Mono/Stereo, 8bit/16bit, 11025/22050/44100, в нижних уровнях которых находятся сами файлы в соответствующих форматах. По непонятной причине драйвер не может читать со многих дисков первую звуковую дорожку. Обычные программы чтения для DOS чаще всего не работают в DOS-сеансе Windows — в этом случае нужно использовать «родные» программы — с GUI либо консольные (CDDA32). Одна из основных проблем при считывании звуковых дисков — ошибки синхронизация между кадрами. Они возникают главным образом по той причине, что большинство приводов CD-ROM ориентировано на чтение дисков с данными (Data CD), а возможность чтения «сырых» звуковых кадров является побочной функцией. Благодаря тому, что в формате сектора Data CD всегда есть

521

Вопросы и ответы заголовок, содержащий его адрес и тип, привод может уверенно находить нужный сектор без точного слежения за информацией субканала Q, в которой записаны адреса кадров формата CD-DA. В результате привод, корректно позиционирующийся на сектор с данными, часто не в состоянии сделать это для кадра CD-DA; в ряде случаев причиной служит внутренний буфер, в который считанные кадры попадают уже без временных меток, считанных из субканала Q. Программа, читаюшая кадры, получит в таком случае данные, смешенные вперед или назад — на несколько отсчетов или даже целых кадров. Многие приводы, не умеющие корректно позиционироваться на звуковые кадры, тем не менее дают удовлетворительные результаты при аккуратном непрерывном чтении, когда программа успевает забирать данные из буфера примерно с той же скоростью, с которой они туда поступают. Нарушение этого баланса — медленный процессор, частое переключение задач, конкуренция устройств на одном интерфейсе, повторение чтения из-за сбоя — приводит к перепозиционированию и ошибкам. Для борьбы с ошибками синхронизации большинство программ имеет режим, в котором проверяется правильность стыковки соседних секторов путем их чтения с перекрытием (overlapping). При использовании CD-ROM с большим объемом буфера вероятность ошибок снижается, а на приводах с корректно реализованным чтением их не возникает вообще. При чтении звуковых дисков на различной аппаратуре, с помощью различных программ и даже при повторном чтении начало звуковых данных в файле может сдвигаться — за счет той же невозможности точного позиционирования на нужный сектор дорожки в большинстве приводов. Нарушения синхронизации в результате позиционирования часто ошибочно называют «джиггер» (jitter). На самом деле термином jitter принято обозначать дрожание фазы цифрового сигнала из-за быстрых колебаний скорости потока, порожденных работой схем фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), нестабильностью генераторов, помехами, наводками. В некотором смысле нарушения синхронизации тоже являются фазовыми ошибками более высокого уровня, однако применение к ним термина jitter не совсем корректно.

Работа режима цифрового воспроизведения в OS/2 и Windows В OS/2 «Merlin» и Windows реализован режим Digital Transfer (Digital Audio), когда для проигрывания CD вместо «родного» для привода режима воспроизведения используется цифровое чтение, результат которого воспроизводится через Wave-канал звуковой карты. По сути, проигрыватель при этом работает подобно программе прямого чтения звуковых дорожек, а вся требуемая поддержка реализована на уровне ОС. В отличие от классической схемы, когда сигнал преобразуется в аналоговую форму в ЦАП привода, после чего по соединительному кабелю поступает в микшер звуковой карты, откуда передается на ее выход, в этом режиме звуковая дорожка считывается непосредственно в цифровом виде, подается на ЦАП звуковой карты, откуда звук передается в микшер и далее на выход. Таким образом, заменяется ЦАП и исключается выходной усилитель привода.

522

Вопросы и ответы В тех случаях, когда качество ЦАП и усилителя звуковой карты выше, чем в CD-ROM, это может дать заметное улучшение звука; однако параметры большинства простых звуковых карт гораздо хуже, чем в CD-ROM даже среднего класса. Сравнить звук возможно, подав сигнал непосредственно с линейного выхода CD-ROM на внешний усилитель, а затем воспроизведя через звуковую карту туже дорожку, считанную в файл. Режим цифровой передачи включается только для тех приводов, коюрые способны считывать звуковые кадры в реальном времени, пусть и не совсем идеально. Windows использует только один из возможных способов чтения звуковых кадров, поэтому нередко для приводов, успешно работающих с программами прямого чтения, режим Digital Transfer оказывается недоступным. В русской версии Windows термин Digital Audior, как и многие другие, переведен в корне неправильно — как «цифровой выход», отчего многие поль юватели путают этот режим с использованием аппаратного выхода S/PDIF. На самом деле поддержка цифровой передачи и наличие/работа аппаратного цифрового выхода никак не связаны между собой. Некоторые приводы, следуя соглашениям о защите авторских прав, при чтении звуковых секторов могут выдавать их содержимое в измененном виде (к примеру, с применением сглаживающих полиномов); при однократном копировании эти различия практически незаметны на слух.

Как узнать способность привода аккуратно читать звуковые секторы В общем случае — только путем экспериментов, так как в спецификации приводов это никак не отражается. Поддержка Read Long есть в большинстве приводов, однако лишь некоторые способны точно позиционироваться на них в режиме прямого доступа (без программной синхронизации). Проверка привода заключается в многократном (два-четыре раза) считывании без программной синхронизации одних и тех же звуковых дорожек (желательно длинных, по 10-15 минут) с начала и конца диска, желательно — с активной параллельной работой других программ и нагрузкой на винчестер, с последующим двоичным сравнением файлов. В случае, если и длины файлов, и их содержимое из раза в раз совпадают — привод работает предельно аккуратно, В ряде случаев начал о дорожки в файле может иметь переменное смещение, но остальные части файлов полностью совпадают — такой привод тоже возможно считать достаточно точным. В случае, если же различаются и длина, и содержимое — возможно попробовать сменить драйвер, установить MKEATAPI.MPD, сменить программу чтения. В случае, если и это не приводит к успеху помочь может только программная синхронизация, да и то не всегда, поскольку некоторые приводы могут выдавать по интерфейсу результаты работы интерполятора, которые на дисках низкого качества будут различаться от чтения к чтению. В крайнем случае, когда даже с программной синхронизацией возникают щелчки и провалы — возможно попробовать программу CD Worx. читающую дорожки в виртуальную память. За счет исключения параллельных обращений к винчестеру это может помочь достаточно чисто прочитать дорожку или ее члсть, однако свободного объема ОЗУ должно хватать для размещения всего читаемого 523

Вопросы и ответы звука. В случае исчерпания физической памяти начинается откачка (свопинг) на винчестер, что снова вносит сбои в процесс чтения, и к тому же требует значительного (от десятков минут до нескольких часов) времени для переноса звука из файла подкачки в WAV-файл. Даже если достигнута надежная повторяемость результатов чтения, необходимо подтвердить или исключить возможность намеренного искажения приводом считываемых данных. Для этого полученные файлы нужно сравнить с файлами, считанными на других приводах с доказанной повторяемостью, учтя при необходимости возможный разброс в начальном смешении и длинах файлов.

Почему звуковой диск, хорошо играющий в CD-ROM, плохо читается При воспроизведении звуковых дисков для неисправленных ошибок включается механизм подстановки соседних верных отсчетов сигнала или интерполяции, когда ошибочные отсчеты вычисляются по верным так, что образуют с ними плавную кривую. Это исключает щелчки и явные помехи, хотя и вносит в звук некоторые искажения, малозаметные или вовсе незаметные в устройствах такого качества, как CD-ROM. При чтении же диска большинство приводов отдает кадры непосредственно после декодера, минуя интерполятор, и неисправленные ошибки при этом проявляются в виде тресков и провалов в звуке. Интерфейс не предусматривает пометки отдельных ошибочных отсчетов в кадре — привод может пометить только весь кадр как верный либо как ошибочный. Ряд приводов всегда возврашаег признак верного кадра, если при чтении не было сбоев синхронизации, независимо от наличия в кадре неисправленных ошибок.

Время жизни компакт-дисков Это время для дисков, изготовленных и используемых в полном соответствии с технологией, приблизительно оценивается в несколько десятков лет. Однако сравнительная молодость даже технологий CD-DA и CD-ROM, не говоря уже о CD-R и CD-RW, не позволяет учесть все возможные факторы (различные нарушения технологии изготовления и записи, помутнение пол и карбонатного прозрачного слоя, окисление отражающей фольги в результате диффузии кислорода из органических слоев, проникновение кислорода воздуха и влаги через торцы диска), поэтому реальная цифра оценивается примерно в 10-15 лет. В случае дисков невысокого качества наблюдается снижение надежности чтения штампованных дисков после 5-6 лет эксплуатации, а записываемых — после одного-двух лет.

Почему надежность работы многих приводов ухудшается со временем В основном это вызывается двумя причинами: загрязнением фокусирующей линзы и деградацией лазерного излучателя (светодиода). Линза чаше всего загрязняется в результате попадания на нее пыли и табачного дыма. Для чистки линз возможно использовать специальные чистящие диски, однако некоторые из них имеют жесткие кисточки, способные поцарапать пластмассу линзы. Более аккуратно линза очищается путем разборки привода и промывания тампоном из натуральной ваты, смоченным теплой водой с мылом,

524

Вопросы и ответы с последующей протиркой таким же сухим тампоном. Обращаться с линзой нужно предельно аккуратно, чтобы не повредить ее мягкую пластмассу и дета™ подвески. Деградация (уменьшение светимости) лазерного излучателя возникает в тех случаях, когда в приводе использован светодиод низкого качества, либо он работает в предельном для него режиме. В ряде случаев положение возможно улучшить, увеличив мощность излучения подстроенным резистором, который имеется на головках большинства приводов, однако через некоторое время мощность снова упадет ниже нормы. Чрезмерное увеличение мощности также снижает надежность считывания дисков, и к тому же ускоряет деградацию излучателя. Еще одна возможная причина — износ механических частей привода и ухудшение точности позиционирования, однако такое происходит в основном лишь в очень простых и дешевых приводах, где не приняты меры для устранения люфтов передаточного механизма.

Почему видеодиски не читаются Для чтения видеодисков необходима поддержка со стороны самого дисковола и его драйвера, а также программы распаковки (проигрывателя) видеоформата. Некоторые комбинации из привода, контроллера, драйвера и программы распаковки друг с другом. Можно попробовать сменить драйвер или программу распаковки. Встречаются также случаи, когда при установке CD-ROM на один канал с HDD видеодиски воспроизводятся значительно медленнее.

Что такое DVD Первоначально Digital Video Disk — цифровой видеодиск, затем Digital Versatile Disk — цифровой многоцелевой диск. Система записи подобна CD, но имеет гораздо большую плотность записи, что дает емкость самого простого лиска около 4.7 Гб. DVD могут быть двухслойными, содержащими два различных информационных слоя, расположенных на разной глубине и считываемых независимо, а также двусторонними. Введение второго слоя сопряжено с некоторыми накладными расходами на независимую обработку слоев, и увеличивает емкость диска в 1.S раза, а организация второй стороны удваивает емкость. Таким образом, двухслойный двусторонний диск имеет емкость 17 Гб. В настоящее время DVD ориентированы в основном на запись видеофильмов со встроенной локализацией (звуковое сопровождение и субтитры на различных языках, из которых проигрывателем автоматически выбирается нужный язык), Диск минимальной емкости вмешает 133-минутный фильм в формате MPEG-2. DVD с произвольными данными обозначаются DVD-ROM, записываемые DVD-R, перезаписываемые — DVD-RAM. DVD-R имеют максимальную емкость около 3.9 Гб, DVD-RAM - 2.6 Гб. Большинство приводов DVD может читать и обычные CD, однако для считывания слоев DVD используются лазеры с длиной волны 650 и 635 нм (видимый красный цвет), что может создать проблемы чтению обычных дисков в этих приводах. 525

Вопросы и ответы

Коммуникации Модем и его функции Слово «модем» (modem) происходит от сочетания «модулятор/демодулятор» и используется для обозначения широкого спектра устройств передачи цифровой информации при помощи аналоговых сигналов путем их модуляции — изменения во времени одной или нескольких характеристик аналогового сигнала: частоты, амплитуды и фазы. При эюм модулируемый аналоговый сигнал называется несушим (carrier) и обычно представляет собой сигнал постоянной частоты и амплитуды (несущая частота). Количество модуляций в секунду называется скоростью модуляции и измеряется в бодах (Бод); количество переданной при этом информации измеряется в битах в секунду (бит/с или BPS — Bits Per Second). Одна модуляция может передавать как один бит, так и большее или меньшее их количество. В новых модемных протоколах единица информации, передаваемая за одну модуляцию, называется символом (character), «Модемный» символ может в общем случае иметь любой размер. Исходный цифровой сигнал подается на модулятор, преобразующий его в серию изменений несущего аналогового сигнала, по линии связи передаваемого демодулятору, который по этим изменениям воссоздает исходный цифровой сигнал. Для получения симметричной двунаправленной линии связи модулятор и демодулятор объединяются в одном устройстве модеме. Несмотря на то, что модуляторы/демодуляторы применяются во множестве устройств — сетевых адаптерах, дисководах, CD-рекордерах, термин «модем» (modem) закрепился для обозначения в основном интеллектуальных модемов для телефонных линий. Такой модем является сложным устройством, в который собственно модулятор и демодулятор входят л и ш ь в качестве основных по смыслу функциональных узлов. Модемы применяются там, где линия связи не позволяет надежно передавать цифровой сигнал простым изменением амплитуды. Наиболее надежно передаются изменения частоты — частотная модуляция, однако для фиксации такого изменения на приемном конце требуется несколько периодов сигнала, что требует использования несущих частот, значительно больших частоты цифрового сигнала. Для увеличения количества информации, передаваемой за одну модуляцию, используются параллельная фазовая и амплитудная модуляции. Аббревиатурой DTE (Data Terminal Equipment — оконечное оборудование передачи данных) в терминологии систем связи обозначаются оконечные цифровые устройства, генерирующие или получающие данные. Аббревиатурой DCE (Data Communication Equipment — оборудование передачи данных) обозначаются модемы. Линия связи между DCE — аналоговая, между DCE и DTE — цифровая. В случае, если для связи DTE и DCE используется унифицированный цифровой интерфейс, это зачастую дает возможность связать два расположенных рядом DTE прямой цифровой линией — так называемым нуль-модемным кабелем. В случае разнесения DTE на большое расстояние в разрыв вместо нуль-мо-

526

Вопросы и ответы демного кабеля включается пара модемов и аналоговая линия связи, обеспечивая прозрачное соединение и передачу данных, Практически все современные модемы имеют похожие функциональные схемы, состоящие из основного процессора, сигнального процессора, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ, RAM), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ, ROM), перепрограммируемого запоминающего устройства (Non-Volatile RAM. NVRAM — неразрушающаяся память с прямым доступом), собственно модулятора/демодулятора, схемы согласования с линией и динамика. Основной процессор фактически является встроенным микрокомпьютером, отвечающим за прием и выполнение команд, буферизацию и обработку данных — кодирование, декодирование, сжатие/распаковку, а также за управление сигнальным процессором. В большинстве модемов используются специали шрованные процессоры на основе типовых наборов микросхем, а в некоторых (US Robotics, ZyXEL) — процессоры общего назначения (Intel, Zilog, Motorola). Сигнальный процессор (DSP, Digital Signal Processor — цифровой сигнальный процессор) и модулятор/демодулятор занимаются непосредственно операциями с сигналом — модуляцией/демодуляцией, разделением частотных полос, подавлением эхо. В качестве таких процессоров также используются либо специализированные, ориентированные на конкретный набор способов и протоколов модуляции (AT&T, Rockwell, Ехаг), либо универсальные со сменной микропрограммой (к примеру, TMS), позволяющие впоследствии дорабатывать и изменять алгоритмы работы. В зависимости от типа и сложности модема основная интеллектуальная нагрузка смешается в сторону DSP или модулятора/демодулятора. В низкоскоростных (300..2400 бит/с) модемах основную работу выполняет модулятор/демодулятор, в скоростных (4800 бит/с и выше) — DSP. В ПЗУ хранятся программы для основного и сигнального процессоров (firmware). ПЗУ может быть однократно программируемым (PROM), перепрограммируемым со стиранием ультрафиолетом (EPROM) или перепрограммируемым электрически (EEPROM, Flash ROM). Последний тип ПЗУ позволяет оперативно менять прошивки по мере исправления ошибок или появления новых возможностей. ОЗУ используется в качестве временной памяти при работе основного и сигнального процессоров; оно может быть как раздельным, так и общим. В ОЗУ хранится также текущий набор параметров модема (active profile). В NVRAM хранятся сохраненные наборы параметров модема (stored profiles), один из которых загружается в текущий набор при каждом включении или сбросе. Обычно имеется два сохраненных набора — основной (profile 0) и дополнительный (profile 1). По умолчанию для инициализации используется основной набор, но есть возможность переключиться на дополнительный. Ряд модемов имеет более двух сохраненных наборов. Схемы согласования с линией включают разделительный трансформатор для передачи сигнала, оптопару для опознания сигнала звонка (Ring), реле подключения к линии («поднятия трубки», off-hook) и набора номера, а также элементы создания нагрузки в линии и защиты от перенапряжений. Вместо реле

527

Вопросы и ответы могут применяться бесшумные электронные ключи. В некоторых модемах применяются дополнительные оптогтары для контроля напряжения линии. Подключение к линии и набор номера могут выполняться как одним, так и раздельными ключами. На динамик (speaker) выводится усиленный сигнал с линии для слухового контроля ее состояния. Динамик может быть включен на время набора номера и соединения, во время всего соединения, а также отключен совсем. Внешние модемы дополнительно содержат схему формирования питающих напряжений (обычно +5, +12 и -12 В) из одного переменного (реже постоянного) напряжения источника питания. Кроме этого, внешние модемы содержат интерфейсные цепи для связи с DTE.

Внутренние и внешние модемы Внутренний модем выполняется в виде платы расширения, размещаемой в корпусе компьютера, подключаемой напрямую к системной шине и используюшей общий источник питания компьютера. Внешний модем выполняется в виде отдельного устройства, подключаемого к одному из портов — последовательному или параллельному, и питаемый от собственного сетевого источника. Внешний модем также имеет индикаторы режимов работы в виде набора светодиодов или жидкокристаллического дисплея. Достоинства внутреннего модема: •

меньшая сложность и цена за счет отсутствия корпуса, преобразователя питания, индикаторов и интерфейсных схем;

•

отсутствие проблем с питанием в случае использования UPS;

•

отсутствие необходимости в свободном порте; меньшее количество внешних соединений и разъемов питания.

Недостатки внутреннего модема: •

внесение в систему дополнительного порта, что может быть чревато конфликтами с другими системными устройствами;

•

большая подверженность помехам как от компьютерного источника питания, так и от соседних блоков компьютера, что может сказываться на качестве связи;

•

отсутствие индикаторов режимов работы, что затрудняет контроль состояния модема и сеанса связи;

•

необходимость вскрытия компьютера для установки и снятия модема, а также для настройки конфигурации порта;

•

невозможность использования модема с компьютером другого типа или другим интеллектуальным устройством;

•

невозможность надежного сброса модема в случае «зависания» встроенной микропрограммы, кроме как через глобальный сброс компьютера;

•

невозможность использования синхронного режима работы.

528

Вопросы и ответы Достоинства внешнего модема: •

оптимальное по помехозащищенности исполнение с собственным источником питания;

•

наличие индикаторов;

•

возможность аварийного сброса в любой момент путем отключения питания;

•

возможность использования с любым типом оконечных устройств компьютерами, терминалами, принтерами, кассовыми аппаратами;

•

возможность использования синхронного режима работы, при котором данные передаются на уровне битов, а не байтов; этот режим применяется в бит-ориентированных оконечных устройствах.

•

простое и быстрое подключение, и также — переключение между оконечными устройствами.

Недостатки внешних модемов: более высокая сложность и цена: •

большее количество внешних устройств (модем и блок питания);

•

необходимость дополнительной розетки питающей сети, а в случае подключения к UPS — специального переходника;

•

необходимость свободного порта и интерфейсного кабеля.

Способы модуляции в модемной связи При частотной модуляции ЧМ (Frequency Shift Keying — FSK) элементы передаются различными частотами несущего сигнала. Это наиболее надежный и помехоустойчивый способ модуляции, однако наименее скоростной. При относительной фазовой модуляции ОФМ (Differential Phase Shift Keying — DPSK) информация передается путем сдвига фазы несущего сигнала. Квадратурно-амплитудная КАМ (Quadrature Amplitude Modulation — QAM) сочетает изменение фазы и амплитуды сигнала. Квадратурной этот вид модуляции называется потому, что сигнал представляется суммой синусоидальной и косинусоидальной составляющих, которые находятся в квадратуре по отношению друг к ДругуДля увеличения помехоустойчивости при многопозиционной модуляции применяется предварительное кодирование информации. Без кодирования появление в сигнале каждой очередной позиции модуляции равновероятно, и при большом количестве позиций сильно возрастает вероятность ошибки демодулятора. Кодирование изменяет статистические свойства потока информации так, что вероятность появления каждой позиции зависит от предыстории, позволяя демодулятору принимать более надежные решения. Такие методы кодирования носят название сверточных, или Trellis Encoding.

529

Вопросы и ответы

Организация передачи данных посредством модемов Передача данных организуется на основе набора протоколов, каждый из которых устанавливает правила взаимодействия связывающихся устройств. Протоколы, используемые в модемах, делятся на четыре основные группы: •

протоколы модуляции и передачи данных;

•

протоколы коррекции ошибок;

•

протоколы сжатия передаваемых данных;

•

протоколы связи DTE и ОСЕ.

Первые три группы относятся только к связи DCE-DCE, последняя только к связи DCE-DTE. Первая группа протоколов устанавливает правила вхождения модемов в связь, ее поддержания и разрыва, параметры аналоговых сигналов, правила кодирования и модуляции. Эти протоколы непосредственно относятся к сигналам, передаваемым по межмодемной аналоговой линии связи. Соединение двух модемов возможно только в случае поддержки ими каких-либо общих или совместимых протоколов этой группы. В семиуровневой иерархии протоколов связи OSI эта группа протоколов имеет уровень 1 (физический) и формирует канал цифровой связи в реальном времени, однако не защищенный от ошибок передачи. Протоколы физической связи могут быть симплексными (simplex) реализующими в каждый момент времени передачу только в одну сторону, и дуплексными (duplex) — с одновременной двунаправленной передачей. Чаше всего применяются дуплексные протоколы, которые могут быть симметричными, когда скорости передачи в обоих направлениях равны, и несимметричными, когда скорости различаются, Несимметричный дуплекс применяется для повышения скорости передачи в одну сторону за счет ее снижения в обратную сторону, когда поток передаваемых данных имеет выраженную асимметрию. Для определения направления передачи в физическом канале используются понятия вызывающего (инициирующего соединение) и отвечающего модемов; направление передачи определяется со стороны вызывающего модема. Вторая группа устанавливает правила обнаружения и коррекции ошибок, возникающих на этапе передачи с помощью протоколов первой группы. Эти протоколы имеют дело только с цифровой информацией; для проверки целостности информации она разделяется на блоки (пакеты), снабжаемые контрольными избыточными кодами (CRC — Cyclic Redundancy Check). При несовпадении контрольного кода на приемном конце переданный пакет считается ошибочным и запрашивается его повторная передача. Эта группа протоколов формирует из ненадежного физического каната надежный (защищенный от ошибок) канал более высокого уровня, однако это приводит к потере связи в реальном времени и дается ценой определенных накладных расходов. В модели OSI эта группа соответствует уровню 2 (канальный). Третья группа устанавливает правила сжатия передаваемых данных путем уменьшения их избыточности. При этом на передающем конце происходит их анализ и упаковка, а на приемном — распаковка в исходный вид. Сжатие позволяет повысить скорость передачи сверх физической пропускной способности ка-

530

Вопросы и ответы нала за счет уменьшения объема реально передаваемых данных. Реализация сжатия также требует некоторых накладных расходов на анализ информации и формирование пакетов; в случае неэффективного сжатия скорость передачи может оказаться ниже скорости физического канала. Последняя группа протоколов задает правила взаимодействия DCE и DTE. Они подразделяются на физические, касающиеся кабелей, разъемов и сигналов взаимодействия, и информационные, относящиеся к формату и смыслу передаваемых сообщений. Посредством этих протоколов реализуется общение DTE и DCE во время подготовки к вхождению в связь, организации вызова и ответа, а также в процессе самого обмена данными.

Как скорость передачи зависит от параметров канала Для оценки теоретической пропускной способности идеального канала связи, единственной формой помех в котором является чистый белый шум (равномерно распределенный по всей полосе частот), применяется формула Шеннона: V = dF * Iog2 (SNR + 1),

где V— скорость передачи, бит/с; dF— ширина полосы частот, Гц, SNR соотношение сигнал/шум (Signal to Noise Ratio), отношение мощности несущего сигнала к мощности белого шума в канале, iog2 — двоичный логарифм. Синонимом SNR является понятие «уровень шума» (Noise Level), обозначающее отношение мощности шума к мощности сигнала, выраженное в децибелах: NL = -10 1д (SNR)

При стандартной для телефонии полосе частот ЗЮО Гц (300..3400) и SNR свыше Ш дБ теоретический предел скорости в килобитах в секунду, приблизительно равен SNR в децибелах, Предел допустимого уровня шума на внутригородских линиях России установлен в -25 дБ; реально он составляет более 30 дБ на хороших и менее 20 дБ на плохих линиях. Используемая в настоящее время система цифрового уплотнения линий е импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ, Pulse Code Modulation — PCM), передающая 8-разрядные цифровые отсчеты на частоте дискретизации 8 кГц, имеет предельно возможное соотношение сигнал/шум около -48 (6.02 * 8) дБ; реально предел оценивается примерно в -38 дБ, что соответствует скорости 35 Кбит/с. Шум, возникающий в линиях передачи, не является чисто белым и нередко в значительной мере зависит от передаваемого сигнала (коррелирован с ним), что сильно снижает реально достижимые скорости передачи. Для снижения влияния шумов и помех в канале применяется помехоустойчивое кодирование, повышающее различимость сигнальных элементов; при повышении скорости ] iepeдачи в пределах одной системы кодирования надежность передачи снижается. однако с переходом на более рациональную систему она может оставаться неизменной и даже возрастать.

Почему сигнал модема похож на шипение Это происходит в результате скремблирования (scrambling) — придания сигналу в л и н и и связи параметров псевдослучайного, имеющего равномерный

531

Вопросы и ответы спектр и по звуку напоминающего шипение. Скремблирование применяется для снижения влияния структуры исходного цифрового сигнала на спектр выходного аналогового, что облегчает декодеру выделение несущей частоты и декодирование сигнальных элементов.

Протоколы модуляции, использующиеся в модемной связи Большинство используемых протоколов стандартизировано Международным Союзом Связи (International Telecommunications Union — ITU), ранее носившим название Международный Консультативный Комитет по Телеграфии и Телефонии, МККТТ (Comite Consultatif Internationale de Telegraphic et Telephonic — CCITT). Отдел ITU, относящийся к телефонной связи, обозначается ITU-T. Рекомендации ITU-T в области передачи данных по телефонным линиям собраны в разделе «V». рекомендации по общему построению систем передачи данных — в разделе «X». Из протоколов физической связи наибольшее распространение получили следующие: Bell 103J (American Telephone & Telegraph, AT&T), V.21 (International Telecommunications Union — Telecommunications, ITU-T). Дуплексные, симметричные, используют ЧМ. Для организации дуплекса полоса частот канала делится на два подканала — нижний для передачи и верхний для приема данных. За одну модуляцию частоты передается один бит; таким образом, скорости модуляции и передачи равны и составляют 300 Бод и бит/с. V.22 (ITU-T). Дуплексный, симметричный, использует относительную фазовую модуляцию ОФМ (Differential Phase Shift Keying — DPSK), передающую информацию путем сдвига фазы несущего сигнала. Несущие частоты — 1200 и 2400 Тц, скорость модуляции — 600 Бод. Протокол имеет два режима, в одном из которых одной модуляцией передается один бит, а в другом — два бита (дибит). Соответственно, в первом случае имеется дне, а во втором — четыре позиции модуляции с относительным сдвигом фазы на 180 и 90 градусов, а скорость передачи равна 600 и 1200 бит/с. Реализация протокола предусматривает наличие эквалайзера, корректирующего частотные и фазовые характеристики сигнала. •

V.22bis (ITU-T). Развитие V.22 путем исключения однопозиционной и введения шестнадцатипозиционной квадратурно-амплитудной модуляции с передачей четырех битов (квадбита) за одну модуляцию сигнала. Соответственно, максимальная скорость передачи увеличена до 2400 бит/с.

•

V.32 (ITU-T). Использует шестнадцати позиционную КАМ и Trellisкодирование, скорости передачи — 4800 и 9600 бит/с.

•

V.32bis (ITU-T). Расширение V.32 со скоростью передачи до 14400 бит/с, введены промежуточные скорости 7200 и 12000 бит/с. В 532

Вопросы и ответы протокол включена поддержка процедур автоматического изменения скорости во время сеанса при изменении качества линии, однако в ряде модемов реатизованы лишь процедуры ее снижения без возврата к исходной скорости. HST (US Robotics). Оригинальный помехоустойчивый несимметричный протокол с передачей в одну сторону со скоростью до 16800 бит/с, в обратном канале скорость фиксирована — 300 или 450 бит/с. Протокол автоматически ориентируется в сторону наиболее плотного потока данных; при потоках сравнимой плотности происходит периодический «разворот» протокола. V.32terbo (AT&T). Расширение V,32bis со скоростью передачи до 19200 бит/с, промежуточная скорость — 16800 бит/с. V.32terbo/ASL (USR). Расширение V.32bis со скоростью до 21600 бит/с. ASL — Adaptive Speed Leveling, адаптивная коррекция скорости в зависимости от качества передачи. Управление осуществляется по протоколу V.42. Поддерживаются быстрые пересоединения (retrain) без полной настройки систем эхоподавления. Начальное соединение для надежности выполняется на скорости 7200. ZYX (ZyXEL). Оригинальный протокол со скоростью передачи от 7200 до 16800 бит/с в обычных моделях, и до 19200 бит/с — в моделях Plus. Дискретность изменения скорости — 2400 бит/с. ZyCELL, Оригинальный помехоустойчивый протокол, ориентированный на работу по сотовым (cellular) линиям связи, V.34 (ITU-T). Протокол последнего поколения со скоростью передачи до 28800 бит/с, промежуточные скорости — 2400..26400 бит/с с дискретностью 2400. Принятию стандарта ITU предшествовали протоколы ряда производителей под названиями V. Fast и V. FC. Модуляция 256-позиционная КАМ с дополнительным временным кодированием, при котором решение на приемном конце принимается по двум смежным состояниям сигнала. В связи с увеличением размера передаваемого за одну модуляцию элемента данных вместо понятия «бод» используется «символ в секунду»; в данном случае размер символа равен 8 битам, или одному байту. Соответственно, введено понятие «символьная скорость* 2400, 2743, 2800, 3000, 3200, 3429 симв/с. Две последние скорости формально не укладываются в стандартную полосу пропускания телефонного тракта, однако ряд телефонных линий реально обладает нужной пропускной способностью. V.34bis (ITU-T). Расширение V.34 до скорости 33600 бит/с с промежуточной скоростью 31200 бит/с. V.90 (ITU-T). Несимметричный, «полуцифровой» скоростной протокол, позволяющий поднять скорость передачи в одну сторону до 56 Кбит/с, Стандарту предшествовали протоколы х2 (USR/3COM) и k56flex (Rockwell/Lucent). Данная группа

533

Вопросы и ответы протоколов известна также под названиями V. РСМ и 56k. Протоколы 56k реализуются только на несимметричных линиях, когда с одной стороны устанавливается блок прямого сопряжения («цифровой модем») с подключением к цифровому каналу Т1/Е1, ISDN, а с другой — аналоговый модем с поддержкой V.90. При таком соединении сигнал со стороны цифрового канала большую часть расстояния передастся в неизменной цифровой форме, и только от абонентского комплекта до обычного модема — в аналоговой. Поскольку преобразование из цифровой формы в аналоговую сопряжено с меньшими потерями информации, чем обратно, предельная пропускная способность цифрового канала (64 Кбит/с) понижается только до 56 Кбит/с (реально обычно до 45-53 Кбит/с). В обратную сторону предельной является скорость 33.6 Кбит/с. Протоколы 56k ориентированы в первую очередь на централизованные системы связи — провайдеры Internet (ISP — Internet Service Provider), банковские и информационные сети, где преобладает передача информации от центра к абоненту (download), а передача от абонента к центру (upload) встречается гораздо реже,

Что такое CPS Это исторически укоренившаяся единица измерения скорости передачи данных между программами (Characters Per Second — символов в секунду), которая обозначает скорость передачи «компьютерных» {восьмибитовых) символов (байтов) между оконечными программами. «Модемная» скорость в BPS для этого не подходит, так как обозначает скорость передачи данных между модемами в физическом канале, а на реальную скорость передачи по полному каналу (между программами) влияют коррекция ошибок, сжатие данных, тонкости аппаратных и системных протоколов, настройки портов. CPS — чисто «компьютерная» единица, не имеющая отношения к «модемным» символам модуляции, введенным в V.FC, V.34 и более поздних протоколах.

Работа протоколов коррекции ошибок Практически все протоколы коррекции ошибок основаны на повторении передачи ошибочного блока (кадра) по запросу от принимающего модема. Каждый блок снабжается контрольной суммой, которая проверяется на приемном конце, и блок не отдается потребителю до тех пор, пока не будет принят в правильном виде. Это порождает возможные задержки передачи, однако практически гарантирует безошибочную передачу данных без дополнительного контроля более высокого уровня. Для увеличения эффективности передачи протоколы коррекции устанавливают соединение в синхронном режиме, в котором передаваемые по физическому каналу биты уже не делятся на байты, а оформляются в пакеты большего размера. За счет этого одна и та же пара модемов по чистому качественному каналу на протоколах с коррекцией чаще всего передает данные быстрее, нежели на низкоуровневых асинхронных протоколах без коррекции.

534

Вопросы и ответы Наиболее распространенные протоколы коррекции — MNP (Microcom Networking Protocol) уровня 4 (MNP4), введенный фирмой Microcom и ставший стандартом де-факто, и включающий его более поздний V.42, называемый также LAP-M (Link Access Procedure — Modems), введенный ITU-T. Последний Еюлее эффективен, поэтому при установлении связи модемы в первую очередь пытаются использовать V.42, а при неудаче MNP4. И в MNP4, и в V.42 отвергание (reject) принимающим модемом ошибочного кадра может быть как индивидуальным, так и включать в себя все последующие кадры, которые к этому моменту успел передать удаленный модем. Чаще всеюреализуется вторая схема, как более простая, однако в ряде моделей используется выборочный повтор кадров — Selective Reject (SREJ), заметно повышающий скорость передачи на каначах с частыми ошибками связи. Еще более позднее расширение MNP уровня 10 ориентировано на каналы с быстро меняющимися параметрами (радиочастотные, сотовые) и оптимизировано для снижения потерь от таких изменений, Кроме исправления ошибок, протоколы коррекции могут передавать ряд служебных сообщений между модемами. В основном используется два типа таких сообщений — сигнал временного перерыва в передаче (Break), передаваемый между компьютером и модемом в виде длинной серии без стопового бита в конце, и сигнал разрыва связи (Link Disconnect), передаваемый одним модемом другому при прекращении связи (многократная неудача приема блока, падение DTR, команда АТН и ей подобные). Первое сообщение позволяет передавать между компьютерами «несимвольный» сигнал, который часто называется сигналом типа «внимание», а второе облегчить и ускорить процедуру разрыва связи, чтобы удаленный модем не пытался се восстановить.

Работа протоколов сжатия данных Сжатие данных выполняется путем обнаружения и частичного устранения избыточности информации во входном потоке передающего модема, после чего закодированные блоки данных уменьшенного размера направляются принимающему модему, который восстанавливает их исходный вид. Принцип действия алгоритмов сжатия во многом похож на работу архиваторов. Наиболее распространены протоколы сжатия MNP5, введенный фирмой Microcom. и V.42bis, введенный 1TU-T. Алгоритм MNP5 основан на относительно простых методах сжатия, его эффективность в лучших случаях редко превышает 2. V.42bis основан на популярном методе сжатия LZW, применяемом в большинстве архиваторов, и в удачных случаях обеспечивает сжатие до четырех раз. В модемах, где реализованы оба протокола, предпочтение при соединении по умолчанию отдается V.42bis. В протоколе MNP5 алгоритм сжатия не отключается, и протокол всегда пытается кодировать поступающие данные. Это часто приводит к тому, что данные, не поддающиеся сжатию, за счет кодирования увеличиваются в размере, и эффективная скорость передачи падает. Протокол V.42bis следит за эффективностью сжатия потока, и временно прекращает работу, если сжатие не достигает своих цедей. В случае, если в модеме реализован только протокол MNP5, рекомендуется отключать его для сеансов, в которых преобладают данные с низкой избыточностью (архивы, дистрибутивы, изображения, явук. 535

Вопросы и ответы видео), и включать — для сеансов передачи текстов, HTML-страниц, непакованных баз данных. Алгоритм сжатия в модеме всегда имеет дело с непрерывным потоком данных, из-за чего сжатию подвергаются лишь отдельные, относительно небольшие и независимые фрагменты потока, а это не позволяет достичь столь же высокой степени сжатия, как в архиваторах. Например, текст на русском языке большинством архиваторов сжимается в 4-5 раз, в то время как реальная эффективность лучших модемных протоколов сжатия не превышает 2-3, а более высокая степень достигается лишь при передаче повторяющихся серий (таблиц, непакованных баз данных с высокой избыточностью).

Устройство интерфейса модема и DTE Чаще всего используется интерфейс RS-232C, на модеме устанавливается 25-контактный или 9-контактный разъем типа DB female (гнездо). Данные по линиям передаются двуполярными посылками напряжения +/- 12 В относительно общего провода (GND). Допускается снижение амплитуды напряжения на входах модема до +/- 5 В. Активный уровень напряжения положительный, кроме линий TxD и RxD. Сигналы DSR (модем) и DTR (DTE) показывают базовую готовность устройств, устанавливаются в начале сеанса работы и снимаются в его конце. Сигнал DTR может влиять на режим работы модема — его снятие по умолчанию вызывает разрыв связи, отключение от линии и переход модема в командный режим. Сигналы CTS (модем) и RTS (DTE) относятся к сигналам аппаратного управления потоком (hardware flow control, RTS/CTS) и отражают готовность устройств к приему или передаче в каждый конкретный момент. DTE устанавливает RTS, когда готово к приему очередного байта, и снимает его в случае неготовности; модем аналогичным образом устанавливает CTS. Сигнал DCD устанавливается модемом при обнаружении несущей. Ряд модемов выдает в линию DCD реальное состояние несущей, однако большинство модемов фактически выдает состояние связи: DCD устанавливается, когда процесс вхождения в связь завершен, и снимается при разрыве связи. Сигнал RI устанавливается модемом при обнаружении в линии вызывного звонка и удерживается в течение каждого периода звонка. Вместо аппаратного управления потоком может использоваться программное (software, XOn/XOff), при котором каждое устройство посылает символ XOff (код по умолчанию — J 7 hex) для прекращения передачи со стороны другого устройства, и символ ХОп (код по умолчанию — 15 hex) для ее возобновления. Из-за наличия этих резервных символов программное управление потоком используется только там,, где невозможно аппаратное управление.

Каким образом происходит общение DTE с модемом Практически все телефонные модемы общего назначения имеют унифицированный набор команд, предложенный и закрепленный фирмой Hayes, по имени которой назван и сам набор. Другое название набора АТ-набор (AT-set), поскольку большинство команд начинается с префикса AT (ATtcntion — внимание). Ряд специализирован536

Вопросы и ответы ных модемов имеет собственные наборы команд, несовместимые с Hayes и между собой. Различаются два основных режиме работы модема: режим команд и режим данных. В первом режиме DTE передает модему команды и получает сообщения. во втором модем прозрачно передает данные между DTE и удаленным модемом. В командном режиме процессор Hayes-модема постоянно следит за потоком битов от DTE и пытается обнаружить сочетание «AT» или «at», переданное на одной из допустимых скоростей. Как только такое сочетание обнаружено — процессор фиксирует данную скорость и переходит в режим ввода командной строки, записывая получаемые символы во внутренний буфер, объем которого обычно равен 40 символам. Пробелы в командах игнорируются, если это не оговорено особо для отдельных команд. Неправильно набранные символы возможно стирать символом «забоя» (по умолчанию — BS, код 08 hex), однако префикс AT в буфер не заносится, поэтому невозможно ни его стирание, ни отмена режима ввода командной строки Командный режим модема изначально был ориентирован на ручной ввод команд с простого терминала, поэтому способ ввода и структура команд разработаны в «человеческой» форме. По той же причине модем в командном режиме по умолчанию возвращает (эхо-режим) каждый полученный от DTE символ, позволяя визуально контролировать правильность набора команд. В режиме данных полученные символы по умолчанию не возвращаются. Большинство команд Hayes-модемов обозначаются буквой — «А», «Р»„ или символом с буквой — &С, %Т. Команда может иметь параметр (обычно числовой) - XI, &D2. В случае, если числовой параметр опущен, он полагается нулеиым. Ряд команд имеет синтаксис, не подчиняющийся этим правилам. В одной командной строке может быть записана как одна, так и несколько команд; исключение составляют случаи, когда очередная команда приводит к смене режимов, делающей следующие за ней команды бессмысленными. Выполнение каждой команды происходит после завершения ее выделения из командной строки и синтаксического разбора. В случае успешного выполнения командной строки выдается сообщение ОК; перед ним могут быть выданы строки дополнительной информации, запрошенные введенными командами. При обнаружении ошибки выдается сообщение ERROR и обработка строки прекращается, но все предшествующие правильные команды к этому моменту будут выполнены, Примеры командных строк: ' i

at&d1 at 11 m3 e1 &c Каждая строка АТ-команд завершается символом CR (код по умолчанию — OD hex, клавиша Enter). После получения CR процессор модема анализирует командную строку и по возможности выполняет каждую команду в ней, после чего выдает сообщение о подтверждении, ошибке или запрошенную командами информацию. Диагностические сообщения Hayes-модемов по умолчанию выдаются в текстовой форме, но могут выдаваться и в виде трехзначных десятичных кодов,

537

Вопросы и ответы АТ-команды служат для получения сведений о состоянии модема, изменения режимов его работы, набора номера, установки/завершения связи и тестирования модема и линии. Для изменения основных параметров имеются отдельные команды, прочие параметры хранятся в так называемых S-регистрах, принимающих значения от 0 до 255. Значения S-регистров могут использоваться как полностью, так и раздельно по полям и отдельным битам. На самом деле все или большая часть параметров хранятся в S-регистрах, а отдельные команды управления ими введены исключительно для удобства. За редкими исключениями, команды изменения состояния действуют только на текущий набор параметров, теряющий свои значения при отключении или сбросе модема. Содержимое текущего набора может быть записано в один из сохраненных наборов в NVRAM; кроме этого, ряд команд может непосредственно изменять содержимое NVRAM. Кроме командных строк, начинающихся с AT, Hayes-модемы поддерживают также команду «А/». Она повторяет последнюю введенную командную строку; исполнение начинается сразу после получения символа «/», кода CR не требуется. При выполнении команд соединения (вызов, ответ, тестирование) происходит соединение модемов и переход в режим данных, сопровождаемый выдачей сообщения CONNECT. В режиме данных все поступающие символы прозрачно пересылаются модемом. Исключение составляет так называемая Escape-последовательность из трех одинаковых символов (по умолчанию «+»), перед и после которой должны: быть выдержаны охранные интервалы (по умолчанию — 1 сек). При получении такой последовательности модем переходит в командный режим, не разрывая соединения; впоследствии возможно как вернуться в режим данных, так и разорвать соединение любой из подходящих команд.

Основные команды, использующиеся в Hayes-модемах •

А — переход в режим ответа (Answer). Модем выдает оговоренную для разрешенных протоколов последовательность тональных сигналов ответа, ожидая подтверждения от вызывающего модема. В случае, если подтверждение получено — модемы переходят к установлению соединения, успешное завершение которого приводит к выдаче сообщения CONNECT и переходу в режим данных.

•

D — переход в режим вызова и набор номера (Dial). Команда имеет сложный синтаксис, который подробно рассмотрен далее,

•

En — возврат символов (Echo) в командном режиме. О запрещает эхо, 1 разрешает (стандарт).

•

Нп — состояние подключения к линии (Hook). О (стандарт) — модем отключен от линии («трубка висит на крючке» — on-hook), 1 — модем подключен к линии («трубка снята с крючка» — off-hook),

•

In — запрос информации (Information) о модеме. О — тип модема, 1 контрольная сумма ПЗУ, 2 — проверка правильности контрольной суммы, 3 и более — запрос информации, зависящей от типа модема.

538

Вопросы и ответы Ln — громкость динамика (voLume). О — минимальная громкость, 1 и 2 (стандарт) — средняя, 3 — высокая. Мп — режим (Mode) работы динамика. О — отключен, 1 (стандарт) включен на время набора и установки соединения, 2 — включен всегда, 3 — отключен на время набора и включен на время установки соединения. On — возврат в режим данных (On line) после временного перехода в командный режим по Escape-последовательности. О — немедленный возврат, 1 — повторение процедуры установки связи и перенастройка эквалайзера (retrain). He все модемы в состоянии надежно возвращаться в режим данных после выхода в командный режим. Р — установка по умолчанию импульсного (Pulse) способа набора номера, Q — «немой» режим (Quiet). О — возвращать ответы после команд (стандарт), 1 — не возвращать. S — работа с S-регистрами (Storage). Имеет сложный синтаксис.. который подробно описан далее. Т — установка по умолчанию тонального (Топе) способа набора номера. Vn — вид ответов модема. О — числовой формат, 1 (стандарт) — словесный (Verbal). Wn — вид сообщений о соединении (CONNECT). О — в сообщении выдается скорость модем-DTE независимо от реальной скорости канала; 1 — то же, но вместе с сообщением CONNECT могут выдаваться дополнительные сообщения о протоколах соединения и скорости канала; 2 — выдается скорость канала. Команда часто работает no-разному в модемах различных типов. Хп — режим распознавания состояния линии в режиме вызова. О — сигналы АТС не анализируются (blind dialing — набор вслепую), при соединении выдается сообщение CONNECT без указания скорости. 1 — то же, разрешена выдача скорости в сообщении CONNECT. 2 — то же, распознается только сигнал «свободно» (непрерывный гудок). 3 — то же, что и 1, распознается только сигнал «занято». 4 — распознаются сигналы «свободно» и «занято», разрешены все сообщения. Zn — сброс модема (initialization) и установка набора параметрои по умолчанию (profile). О — загрузка набора О, 1 — загрузка набора I. Сброс модема всегда разрывает соединение и отключает модем от линии. Большинство модемов игнорирует конец командной строки по причине инициализации буфера. &Сп — режим контроля несущего сигнала (Carrier). О отменяет контроль, и модем постоянно выдает активный уровень на линии DCD. Параметр 1 (стандарт) разрешает контроль, уровень на линии DCD отражает наличие несущего сигнала в канале.

539

Вопросы и ответы &Dn — режим обработки падения (перехода в пассивное состояние) входного сигнала DTR. О — DTR игнорируется, 1 переход в командный режим без разрыва соединения, 2 (стандарт) — то же, с разрывом соединения, 3 — полный сброс модема. &Fn — загрузка стандартных заводских (Factory) параметров модема. Для модемов, имеющих более одной стандартной конфигурации, п задает ее номер — к примеру, для модемов US Robotics/ЗСОМ конфигурация 0 обычно подобрана под программное управление потоком, а 1 — под аппаратное. &Gn — режим выдачи в линию защитного сигнала (Guard tone). О запрещено, 1 — 550 Гц, 2 — 1800 Гц. Защитный сигнал сообщает станции, что к линии подключен модем и имеет смысл только для станций, способных его опознать. &Кп — режим управления потоком: 0 — запрещено; 3 — двустороннее аппаратное; 4 — двустороннее программное; 5 — программное только со стороны модема. &Ln — тип телефонной линии (Line). О — двухпроводная коммутируемая, 1 — двухпроводная выделенная. Работу с выделенной линией поддерживают не все типы модемов; в этом режиме изменяется поведение модема при установлении и поддержании соединения. &Мп — асинхронный или синхронный режим (Mode) общения с DTE. О асинхронный режим 1 — переход в синхронный режим только на время соединения; 2 — переход DTR в активное состояние вызывает автоматический набор первого сохраненного (&ZO) номера и установку соединения в синхронном режиме; 3 — переход DTR в активное состояние вызывает установку соединения в синхронном режиме без набора номера. &Рп — соотношение импульс/пауза при импульсном (Pulse) методе набора номера. О (стандарт) — 39% / 61% (США/Канала), 1 - 33% / 67% (Европа, Восточная Азия). &Тп — группа тестовых режимов. Описана в последующих разделах. &V — просмотр (View) текущих настроек в модема (параметры команд, S-регистры). &Wn — запись (Write) текущих настроек в NVRAM модема, п задает номер набора (profile), в который записываются настройки. &Yn — установка набора, из которого будут загружаться настройки модема при инициализации модема. Стандартное значение — 0. &Zn=xxx — запоминание часто используемых телефонных номеров, п задает номер ячейки, где запоминается номер, ххх — строку номера в формате команды D. Количество доступных ячеек зависит от типа модема.

540

Вопросы и ответы Модемы, поддерживающие коррекцию ошибок и сжатие данных, почти всегда имеют группу команд «\» и «%»: Ш

\Ап — размер кадра MNP в байтах: 0 — 64, 1 — 128, 2 — 392, 3 256 (стандарт).

•

\Gn — протокол XOn/XOff: 0 — запрет (стандарт), 1 — разрешение.

•

\Jn — переход в обмене с DTE на скорость соединения: 0 — запрещен, I разрешен.

•

\Ln — режим MNP: 0 — потоковый, I — блочный.

•

\Nn — допустимые режимы соединения: 0 — без коррекции с буферизацией; 1 — без коррекции, прямой; 2 — только с коррекцией; 3 — с коррекцией либо прямой.

•

\Qn — управление потоком в режиме с коррекцией ошибок: 0 -запрещено; 1 — двустороннее программное; 2 — аппаратное со стороны модема; 3 двустороннее аппаратное.

•

\Vn — расширенные сообщения о протоколах при соединении (Verbose): 0 запрещены; 1 — разрешены. Команда работает поразному в модемах различных типов.

•

%Сп — сжатие данных: 0 — запрещено, 1 — разрешено (стандарт).

Структура команды набора номера Команда набора номера D имеет параметр в виде строки последовательно интерпретируемых символов, управляющих процессом набора номера: •

0..9 — набор соответствующей цифры

•

Р — переключение в режим импульсного набора (Pulse)

•

Т — переключение в режим тонального набора (Топе) W — ожидание (Wait) сигнала «свободно» (длинный гудок)

•

@ — ожидание периода тишины (отсутствия сигналов) заданной длительности

•

, — пауза с длительностью, заданной регистром $8

•

; — переход в командный режим

•

! — кратковременный разрыв линии (Flash)

•

R — переход в режим ответа (Reverse)

•

S=n — набор номера, записанного в ячейке п

Структура команды работы с S-регистрами Команда работы с S-регистрами S имеет две формы: Sn=xxx

Sn?

n — десятичный номер регистра (0..255), а ххх — новое десятичное значение регистра. Первая команда записывает новое значение в регистр, вторая — выводит текущее содержимое регистра. 541

Вопросы и ответы В ряде модемов для регистров, работающих в режиме битовых полей (bitmap), введены команды записи отдельных битов: Sn.b=x где b — номер бита в регистра (с нуля), а х — новое значение бита (0/1). Наиболее общие S-регистры: •

SO — номер звонка, на который отвечает модем; 0 — не отвечает.

•

S1 — счетчик входящих звонков (устанавливается модемом).

•

S2 — код символа Escape, стандартно 43 («+»).

•

S3 — код символа Enter, стандартно 13 (CR).

•

S4 — код символа перевода строки, стандартно 10 (LF).

•

S5 — код символа забоя, стандартно 8 (Backspace).

•

S6 — время ожидания непрерывного гудка, сек; стандартно 2.

•

S7 — предельное время установки соединения, сек.

•

S8 — длительность паузы при наборе (символ «,»), сек; стандартно 2.

•

S9 — время опознания несущей, 1/10 сек; стандартно 6. S10 — время ожидания восстановления несущей, 1/10 сек; стандартно 7.

•

S11 — длительность сигнала/паузы тонального набора, мс

•

S12 — охранная пауза до и после Escape, 1/50 сек; стандартно 20.

•

S 18 — длительность теста, сек; 0 — бесконечный тест.

Команда тестирования &Т Группа команд &Т позволяет проверить правильность работы как отдельного модема, так и пары модемов, соединенных между собой, однако поддерживается не всеми модемами. Различается три типа тестовых режимов— Local Analog Loopback (LAL), Remote Digital Loopback (RDL) и Local Digital Loopback (LDL). Последний режим является вспомогательным для обеспечения работы в режиме RDL. В каждом из этих режимов происходит соединение между собой (Loopback замыкание, возврат), передатчика и приемника модема: Analog аналоговое, со стороны телефонной линии, перед разделительным трансформатором: Digital цифровое, со стороны DTE, перед интерфейсом с DTE. Слово Local в названии режима означает, что замыкание выполняется в местном модеме, Remote — в удаленном. Тесты LAL выполняются только на местном модеме, тесты LDL и RDL требуют участия как местного, так и удаленного модемов. Модемы могут быть соединены как по обычной коммутируемой линии, так и по выделенной, либо просто отрезком телефонного провода. В режимах Digital Loopback один из модемов является активным (находится в режиме данных с DTE или формирует тестовую последовательность), а другой — пассивным (предоставляет шлейф). Пассивный модем может предоставлять 542

Вопросы и ответы шлейф автоматически по запросу другого модема (для модемов, поддерживающих протоколы тестирования ITU-T V.54) либо по команде. Время выполнения каждого теста в секундах задает регистр $18, При нулевом значении в регистре тест выполняется до его ручного прерывания. Каждый из режимов LALn RDL имеет две разновидности — с ручным и автоматическим контролем. В первом случае модем устанавливает связь через аналоговое или цифровое замыкание линии, выдает сообщение CONNECT и переходит в режим данных. Этот режим ничем не отличается от обычного соединения, кроме того, что все переданные символы сразу же возвращаются обратно, позволяя проверить правильность их прохождения. Используя полнод>плексный протокол связи (к примеру, Hydra), в этом режиме возможно имитировать передачу и прием файлов, проверить работу методов управления потоком, буферизацию. Во втором случае модем после установления связи остается в командном режиме, а его процессор начинает формирование тестовой последовательности данных, которая проходит через замыкание линии и проверяется после приема. Количество ошибок подсчитывается и выдается в виде трехзначного числа после завершения или прерывания теста. Для теста LAL с автоматической проверкой рекомендуется отключить протоколы коррекции ошибок, чтобы они не влияли на результат проверки. Этот тест в любом случае не должен обнаруживать ошибок, иначе модем неисправен. В тесте RDL в проверке участвует вся линия связи и удаленный модем, поэтому количество ошибок может быть ненулевым. Параметры команды &Тп: •

0 — прекращение работающего теста

•

1 — тест Local Analog Loopback

•

3 — режим Local Digital Loopback (предоставление шлейфа по команде) 4 — разрешение предоставления шлейфа для удаленного модема

•

5 — запрет предоставления шлейфа для удаленного модема

•

7 — тест Remote Digital Loopback с автоматической проверкой

№

8 — тест Local Analog Loopback с автоматической проверкой

6 — тест Remote Digital Loopback

Таким образом, для проверки модема в режимах LAL достаточно ввести соответствующие команды. В режимах RDL необходимо вначале вручную установить соединение, затем при помоши Escape-последовательности перейти в командный режим и выдать команду RDL с активного модема. В удаленном модеме при этом либо должно быть разрешено предоставление шлейфа по запросу, либо заранее, путем ручного перехода в командный режим, установлен режим LDL.

Ответы модема на командные строки Основной набор ответов, определенный для всех Hayes-модемов: •

ОК — команда выполнена успешно

543

Вопросы и ответы •

ERROR — ошибка в синтаксисе или наборе параметров команды

•

NO DIALTONE — не обнаружен непрерывный гудок при попытке вызова

•

BUSY — обнаружен сигнал «занято»

•

МО ANSWER — модем не дождался паузы по подкоманде @ команды D

•

NO CARRIER — попытка вызова или ответа закончилась неудачно, либо произошел разрыв связи

•

CONNECT xxx — соединение успешно устаношюно, модем в режиме данных

•

RING — в линии обнаружен сигнал вызова (звонок)

Дополнительные ответы, введенные в некоторых расширениях: •

RINGING — в режиме вызова в линии обнаружен длинный гудок RINGBACK - то же

•

VOICE — обнаружен голосовой ответ

Сообщение CONNECT без параметров выдается либо в том случае, когда запрещены расширенные сообщения (ХО), либо установлено соединение на скорости 300 бит/с. Сообщение RING выдается модемом после завершения каждого вызывного сигнала (интервал около 5 сек). Сообщения RINGING/RINGBACK выдаются не всеми типами модемов. Сообщение VOICE поддерживается только некоторыми модемами и выдается в том случае, когда в линии обнаружен сигнал, который нельзя отнести к какому-либо известному классу линейных или модемных сигналов. В этом случае считается, что абонент ответил голосом, и после выдачи сообщения модем отключается от линии.

Что представляет собой факс-модем Это модем со встроенными факсовыми протоколами установления связи, модуляции и передачи изображений. Такой модем может работать как с обычными модемами посредством протоколов передачи данных, так и с факс-машинами через протоколы передачи изображений. Функциональность факс-модема определяется его классом: 1, 2 или 2.0, Класс 1 предполагает поддержку только протоколов физического уровня, все остальные процедуры выполняет управляющая программа компьютера. Класс 2 вносит большую часть интеллектуальных функций в сам модем, однако является «промежуточным» стандартом де-факто. Класс 2.0 добавляет функции кодирования и декодирования изображений, содержит ряд изменений, и утвержден в качестве официального стандарта. Классы факс-модемов не совместимы снизу вверх (функции младших классов не поддерживаются в старших), а модемы старших классов чаще всего не поддерживают младшие классы факсовых команд.

544

Вопросы и ответы Программы, ориентированные на работу с факс-модемами (BitFax, BGFax. WinFax), позволяют передавать и принимать изображения в различных графических форматах (BMP, GIF, TIFF. JPG). Кроме этого, большинство программ, а также встроенные факс-службы современных ОС, позволяют передавать документы любого типа, для чего в системе устанавливается фиктивное устройство класса «принтер», при «печати» документов на которое они преобразуются в чистое изображение и отправляются факс-модемом.

Что представляет собой голосовой модем Это модем с возможностью голосового (voice) контакта между абонентами. Первые модемы с поддержкой голоса имели только микрофонный и телефонный усилитель с возможностью подключения наушников с микрофоном, что добавляло к модему функции обычного телефонного аппарата. Современные модемы, кроме этого, способны одновременно передавать по каналу данные и голос, отчего эта группа модемов имеет общее обозначение SVD (Simultaneous Voice and Data), и часто позволяет делать это при помощи подключенного к модему телефонного аппарата. Различаются две основные технологии передачи голоса вместе с данными: ASVD — аналоговая, когда звуковая информация внедряется в поток данных в аналоговом виде на этапе модуляции. Скорость потока данных в канале при этом падает. Примером может служить протокол V.61 (скорость данных 4800 бит/с), а также его расширения от Rockwell, называемые AudioSpan: ML144 (4800..9600 бит/с) и ML288/V.34Q (4800..14400 бит/с). ASVD позволяет разговаривать с абонентом при помощь телефонной трубки или наушников с микрофоном, но не позволяет передавать по голосовому каналу звук из компьютера без его преобразования в аналоговую форму. •

DSVD — цифровая, когда звук в цифровом виде прозрачно внедряется в основной цифровой поток посредством служебных кадров. При этом звук может как оцифровываться с микрофона на входе и подаваться на наушники с выхода, так и напрямую передаваться с компьютера или на компьютер. Пример — протокол V.70.

Помимо прямых голосовых разговоров, при помощи голосовых модемов реализуются системы определения номера звонящего абонента, автоответчики, системы автоматической рассылки речевых сообщений,

Что такое Soft-modem Так называют класс модемов, часть «интеллекта» которых переносится из самого модема в основной компьютер. Повышение быстродействия центральных процессоров и появление специализированных команд для обработки сигналов (ММХ) позволяют передать часть функций модемной аппаратуры операционной системе основного компьютера. Встречаются также три наиболее распространенные разновидности softмодемов:

545

Вопросы и ответы •

модем без ПЗУ микропрограммы, содержащий только ОЗУ. Микропрограмма в такой модем загружается из файла специальным программным загрузчиком, после чего такой модем вплоть до отключения питания работает, как обычный. Такая конструкция облегчает обновление микропрограмм и исключает полную потерю работоспособности модема с некорректно «перешитым» ПЗУ, однако требует операции первоначальной загрузки микропрограммы, без которой модем неработоспособен.

•

модем с упрошенным контроллером, реализующим только протоколы модуляции и установления связи. Коррекция ошибок, сжатие данных и другие сервисные функции выполняются программным обеспечением (драйверами ОС или специализированными связными программами). Такой модем выглядит как обычный, имеет набор команд, однако без внешних сервисных программ неспособен реализовать описанные функции. Частным случаем являются модемы с интерфейсом RPI (Rockwell Protocol Interface — интерфейс протоколов Rockwell), построенные на серии микросхем Rockwell.

•

модем без контроллера (controllerless). Такие модемы выпускаются только во внутреннем исполнении, и фактически представляют собой модулятор/демодулятор с «неинтеллектуальным» интерфейсом. Все функции по инициализации такого адаптера и превращению его в привычный интеллектуальный модем с набором АТ-команд возлагаются на центральный процессор и драйверы, что создает значительные накладные расходы и требует процессора значительной мощности. Модемы этого типа работоспособны только в среде ОС, в которой установлены их драйверы, в остальных случаях они не имеют никакого смысла. Наиболее известным примером является USR Sportster WinModem.

Первоначальная настройка нового модема Для внутреннего модема прежде всего необходимо установить номер СОМпорта и линии IRq, которые он будет использовать. Подавляющее большинство внутренних модемов видны компьютеру, как дополнительный СОМ-порт, за исключением Soft-модемов с полностью программным управлением, которые могут иметь произвольный интерфейс. При установке номера порта нужно иметь в виду, что на всех современных системных платах имеется встроенный контроллер ввода/вывода, поддерживающий два последовательных порта, по умолчанию обычно работающих как СОМ1 и COM2. В BIOS Setup для каждого из этих портов может быть также режим Auto, в котором порт включается только в случае наличия свободных стандартных адресов и линий I Rq. Например, если для второго системного порта задано Auto и в плату установлен внутренний модем, настроенный, как COM2, BIOS в зависимости от типа и версии может либо перенести второй системный порт на COM4, либо отключить его совсем. В случае, если два порта настроены на одну линию IRq (IRq sharing), то возможна работа только с одним из них в каждый конкретный момент времени. При

546

Вопросы и ответы попытке активизировать оба порта не сможет работать ни один, кроме случая, когда оба порта обслуживает специализированная программа, которая в состоянии разобраться, какой порт генерирует какое прерывание. При настройке двух портов на один и тот же адрес оба будут неработоспособны. Внутренние модемы с интерфейсом Plug & Play в специальной настройке не нуждаются; может потребоваться разве что установка перемычками режима РпР. если модем допускает также и прямое конфигурирование адреса и IRq. На внешнем модеме может потребоваться установка режимов работы переключателями, если они есть. Проверить правильность работы порта модема возможно при помощи любой терминальной программы (Telix, Terminate, Telemate — для DOS, или стандартный Hyper Terminal (Программа Связи) — для Windows), На ввод строки AT&F модем обязательно должен дать ответ ОК. Можно использовать и строку ATZ, однако в том случае, если в параметрах по умолчанию установлен режим Q1, модем не даст ответа ОК на эту строку. Убедившись, что модем работает, необходимо сформировать набор параметров по умолчанию. Для этого вводится команда &Fn с нужным номером конфигурации, описанной в руководстве к модему; крайне желательна конфигурация с аппаратным (hardware, RTS/CTS) управлением потоком данных. В случае, если некоторые параметры желательно иметь отличными от заводской конфигурации, их нужные значения задаются после команды &Fn. После настройки всех параметров вводится команда &W, которая записывает сформированный набор в качестве набора по умолчанию с номером 0. Впоследствии, при каждом включении модема или после выполнения команды Z, будет устанавливаться этот набор параметров. Для того, чтобы программы правильно отображали скорость установленного соединения, необходимо задать модему режим вывода в строке CONNECT реальной скорости вместо скорости модем-DTE. Для этого служит команда Wn; также могут потребоваться и другие команды (к примеру, \Vn), которые нужно найти в описании. Проверить формат строки CONNECT на большинстве модемов возможно командой &Т1, устанавливающей тестовое соединение по типу Local Analog Loopback.

Строка инициализации и ее назначение Строкой инициализации называют последовательность команд, приводящую модем Б заранее известное состояние. Обычно такая строка начинается с одной из команд &Fn, устанавливающей заводские установки, следом за которой идут команды установки нужных режимов. В случае, если терминальная программа поддерживает несколько строк инициализации, последовательно выводимых в модем, удобно начинать последовательность с команды Z. В этом случае в активный набор параметров по умолчанию записываются наиболее обшие установки для всех применений модема на данной станции. В том случае, если для всех применений модема достаточно одного набора параметров, наиболее удобным будет запоминание его в NVRAM. Строка инициализации в этом случае сводится к одной команде Z.

547

Вопросы и ответы

Оптимизация настройки модема и управляющей программы В общем случае оптимальная настройка модема и программы весьма сложна и неоднозначна, однако в большинстве случаев возможно выделить несколько наиболее типичных моментов: •

Надежность соединения. Все современные модемы поддерживают аппаратную коррекцию ошибок, однако заводские установки разрешают соединение без коррекции, если в процессе вхождения в связь модемам не удалось выбрать обший протокол коррекции. В результате даже при случайной помехе в этот момент может быть установлено соединение без коррекции, что чревато появлением на выходе модема большого количества мусора вперемешку с полезными данными и значительное снижение общей скорости передачи. Для избежания подобных ситуаций рекомендуется задавать принудительный режим коррекции командами \N2, \N4, \.N5, \N6 (для большинства модемов), &М5 (USR/3COM).

•

Эффективность сжатия данных. По умолчанию все современные модемы пытаются задействовать протокол сжатия. В случае передачи неупакованных данных это чаще всего повышает общую скорость обмена, однако в случае передачи эффективно упакованной информации (архивы ZIP, ARJ, RAR, свернутые дистрибутивные наборы, САВ-файлы) алгоритм сжатия V.42bis чаще всего работает вхолостую, а алгоритм MNP5 в любом случае пытается сжимать поток, вызывая его увеличение из-за накладных расходов. Поэтому, если данная сессия связи ориентирована главным образом на передачу непакованных данных — лучше разрешить сжатие, если же преобладают большие объемы пакованных, а модем поддерживает только MNP5 — сжатие имеет смысл запретить. Пропускная способность интерфейса с DTE. При установке соединения модем может либо установить с DTE такую же скорость передачи, что и в канале (floating speed), либо всегда работать с DIE на фиксированной скорости (fixed speed). Последний случай называется режимом фиксации скорости порта (Port Locking, Baud Locking) и является наиболее удобным и эффективным. Фиксированную скорость порта рекомендуется устанавливать максимальной, на которой система и программы сохраняют способность надежно принимать данные, или хотя бы вдвое большей максимальной скорости соединения. В результате возрастание скорости передачи вследствие сжатия данных будет компенсировано увеличением скорости порта, и интерфейс с DTE не будет узким местом модемного тракта.

На линиях невысокого качества в зависимости от спектра помех могут поразному вести себя различные протоколы модуляции при близких битовых скоростях передачи. Например, при соединении по протоколу V.34 со скоростью 16800 бит/с скорость обмена из-за исправления ошибок может оказаться ниже, чем при соединении по протоколу V.32bis на скорости 14400 бит/с. В таких случаях имеет

548

Вопросы и ответы смысл принудительно ограничивать возможные протоколы и скорости для конкретных сеансов связи.

Отличие асинхронных и синхронных режимов В асинхронном режиме данные передаются побайтно, каждый байт предваряется стартовым битом и завершается одним или двумя стоповыми битам и. Таким образом, минимальной единицей передачи является байт, а стартовые/стоповые биты между байтами обеспечивают правильное опознание начала и конца каждого байта. Этот режим удобен с точки зрения надежности выделения сигналов с линии однако требует упаковки/распаковки битовых данных в байты, а также снижает скоростей передачи в канале за счет избыточных стартовых и стоповых битов (минимум на 25% — 2/8). В синхронном режиме данные передаются побитно, без группировки в байты. В этом случае нет накладных расходов на группировку битов, и единицей передачи является отдельный бит. Тем не менее, чтобы приемник имел возможность пересинхронизации в случае потери части потока, биты часто оформляются в пакеты различной длины, снабженные заголовком и контрольной суммой. Минимальной информационной единицей в этом случае является пакет. Поскольку длина пакета значительно превышает длину его служебной части, накладные расходы оказываются намного меньше. Все протоколы коррекции ошибок и сжатия данных устанавливают между модемами синхронный режим передачи с обменом пакетами. В то же время обмен между модемом и DTE чаше всего идет в асинхронном режиме, что вкупе