ЦИФРОВИЙ Запам'ятовувати Осцилограф
ЦЗО_01 НА БАЗІ ПЕОМ ТИПУ IBM PC
1. ВСТУП
Комп'ютери в наш час стають не тільки обчислювальними засобами,вони перетворюються на універсальні віртуальні вимірювальні прилади.
Пристрої на основі персонального комп'ютера (ПК) - замінять стандартнівимірювальні прилади: вольтметри, самописці, осцилографи, магнітографи,спектроаналізатор та інші на систему віртуальних приладів. Така системабуде складатися з комп'ютера, наявність якого сьогодні необхідна умовависокоякісних і швидких вимірювань, і одного-двох плат збору даних
(ПКД), причому програмна частина віртуального приладу може емулюватикеруючу передню панель стаціонарного вимірювального пристрою. Самапанель, сформована на екрані дисплея, стає панеллю керуваннявіртуального приладу. На відміну від реальної панелі управління стаціонарногоприладу така віртуальна панель може бути багато разів реконфігурірована впроцесі роботи. Користувач віртуального приладу активізує об'єктграфічної панелі за допомогою "миші", клавіатури або прикладної програми.
2. ПРИЗНАЧЕННЯ РС. ОПИС НАБОРУ розв'язуваних завдань.
Призначення: Цифровий запам'ятовує осцилограф на базі ультрабистрой платизбору даних (ПКД) ЛА-Н10 і ПК типу IBM PC являє собою новенапрямок розвитку вимірювального обладнання. Призначений длямоніторингу (спостереження), вимірювання часових і амплітудних параметрів,реєстрації як випадкових (одноразових), так і періодичних сигналів.
Поєднання вимірювального пристрою і ПК відкриває нові можливості,недосяжні автономним пристроїв в обробці, зберіганні, наданняі передачі даних.
3. КОРОТКІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЗО_01
3.1. Реєстрація сигналу.
Параметри входу:
3. 3.1.1. Два однополосні каналу.
2. Вхідний імпеданс: 1МОм & 17пФ.
3. Діапазони вимірюваних напруг:
(5В; (2,5 В; (1В; (0,5 У-модифікація ЛА-н10М4
(1В; (0,5 В; (0,2 В ; (0,1 В - модифікація ЛА-н10М5
4. Чутливість - (1МВ
5. Захист по входу - (12мВ
6. Відкритий або закритий вхід (АС або DC)
7. Частотний діапазон: для поодиноких сигналів - 50МГц; для періодичних сигналів (-3дБ) - 100МГц;
8. Частота дискретизації внутрішня від кварцового генератора: в одноканальному режимі для першого каналу:
(100; 50; 25; ... 0,006) МГц в двоканальному режимі:
(50; 25; 12, 5; ... 0,003) МГц
Діапазон частот дискретизації задається зовнішнім джерелом: 0 - 100 МГц
3.2. Одночасний перегляд усього масиву даних на екрані
3.3. Встановлення регульованих параметрів приладу:
- зміщення пост. складовою;
- фронт і рівень синхронізації.
3.4. Синхронізація.
Джерело: по одному з аналогових каналів; від зовнішнього ТТЛ сумісного сигналу; позитивний або негативний фронт; частотний діапазон 100 МГц., Rвх = 1 МОм.
3.5. Збереження сигналу в пам'яті: в одноканальному режимі для першого каналу:
64К відліків - модифікація Б;
256К - модифікація А; в двоканальному режимі:
32К на канал або 128К, відповідно.
3.6. Запис передісторії.
Обсяг програмується.
3.7. Можливість завдання різних частот дискретизації для історії тапередісторії.
3.8. Швидке оновлення інформації - 20мс, що позваляет використовуватиданий прилад як звичайний осцилографа.
3.9. Система вимірювальних маркерів.
3.10. Розширення до 16 каналів.
3.11. Програмне забезпечення під Windows 3.1; 3.11; 95.
3.12.В комплект поставки входить:
ПСД ЛА - Н10, ПЗ під WIN, ТО і ІЕ два щупа ЛА - HP9100
(1:1; 1:10; земля)
Нижче наводжу основні характеристики деяких ЦЗО
Таблиця 3.1.
Порівняльна таблиця найбільш поширених ЦЗО
| Найменування | С1 - 137 | С9 - 28 | DS - 303P | ЦЗО_01 | ЦЗО_02 |
| приладу | | | | | |
| Смуга | 0 - 25МГц | 0 - 100 МГц | 0 - 30 МГц | 0 - 100 МГц | 0 - 200 МГц |
| пропускання | | | | | |
| сигналу | | | | | |
| Кількість | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| каналів | | | | | |
| Частота | 1 МГц | 20 МГц | 20 МГц | 100 МГц | 400 МГц |
| дискретизації | | | | | |
| Розрядність АЦП | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 |
| Об'єм пам'яті | 4 Кбайт | 2 Кбайт | 4 Кбайт | 64 Кбайт | 512 Кбайт |
| | | | | (Розширювана | |
| | | | | До 256 | |
| | | | | Кбайт) | |
4. ОПИС ПРОГРАМНОГО КОМПЛЕКСУ
4.1. Вимоги до програмного забезпечення
Значний стрибок у технології обчислювальних засобів дозволяє вданий час здійснювати побудову програмних комплексів вимірювання тааналізу часових параметрів сигналів на базі ПЕОМ. Для вирішення завданьвимірювання та аналізу параметрів і структури сигналу можна використовуватистандартний персональний комп'ютер, оснащений додатковимипериферійними приймально - передають пристроями.
Для роботи такого комплексу необхідно програмне забезпечення,що дозволяє як обробляти сигнали, так і управляти обладнанням урежимі реального часу. Відомі до теперішнього часу програми такоготипу (System View і т.д.) розраховані на роботу з певним типомапаратного забезпечення, і для їх коректного виконання необхідна роботазастарілих однозначних операційних систем. Такі програми, як правило,вузькоспеціалізовані, обмежені лише прийомом сигналів і не мають функцій,що дозволяють проводити аналіз та обробку його параметрів.
Відомі програми іншого типу (Pspice тощо), призначенідля всебічного аналізу радіотехнічних систем і сигналів, не дозволяютьпрацювати з апаратним забезпеченням і не забезпечують аналіз в режиміреального часу. Домогтися пріємлімой швидкості роботи не вдається, навітьзастосувавши найбільш потужні процесори Pentium II з тактовою частотою 450МГц.
Важливим недоліком є і те, що в них або відсутня, або дужепримітивно представлена обробка в частотної області.
Таким чином, актуальним завданням є розробка програмногозабезпечення з максимальною швидкодією виконання основнихматематичних операцій, забезпеченням користувача необхідним наборомінструментів, що дозволяє проводити аналіз і обробку сигналів як вчастотної, так і в тимчасовій області. При цьому необхідно забезпечити такожспільну роботу програмного забезпечення і додаткових апаратнихпристроїв (АЦП, ЦАП блоків спецпроцессорной обробки сигналів), а такожскомпонувати модулі програми в один пакет, що володіє максимальнимзручністю для користувача.
Як відомо, отримати максимально швидкий машинний код можна, лишевикористовуючи мову програмування, що допускає безпосереднє управлінняпроцесором. З урахуванням цього при розробці програмного забезпеченнянеобхідно орієнтуватися на певні сімейства процесорів, наприклад,сімейства Pentium фірми Intel, оскільки вони найбільш поширені і вданий час цілком доступні.
Сучасні багатозадачні ОС, такі, як Windows'95 і Windows NT,надають користувачам зручний і простий інтерфейс. У той же часрозробка програм описуваного типу для таких систем доситьє важким. Необхідно максимально використовувати функції ядра системи
Windows, а також способи створення багатопоточних програм, застосуваннярізних режимів синхронізації. У результаті недоліки багатозадачності,створюють певні труднощі при роботі програм в режимі реальногочасу, можуть бути звернені в гідності. У програмі можливооптимальне побудова потоків обробки даних, що забезпечує високушвидкодію навіть при роботі на одному комп'ютері декількох прикладнихпрограм.
При написанні програмного забезпечення необхідно використовуватирекомендації фірми Intel, на підставі яких проводиться оптимізаціямашинного коду. При цьому всі функції обробки даних пишуться на мовінизького рівня Асемблер. Перерахуємо кілька принципів оптимізації.
Певний розміщення команд, а саме, правильне чергуваннякоманд обробки чисел з плаваючою точкою і команд обробки цілочисельнихзначень змушують процесор оптимально використовувати внутрішній кеш іконвеєрні потоки. За рахунок цього в ряді функцій отриманий коефіцієнт
«Команди/такти» менше одиниці.
У програмі активно використовується математичний співпроцесор,обробляє числа з плаваючою точкою десяткового. Як відомо, він маєстек, що складається з 8 регістрів. Оптимальне чергування математичнихкоманд-інструкцій дозволяє найбільш вигідно використовувати цей стек.
Звернення до регістрів стека відбувається на внутрішній частоті процесора,яка, як правило, перевищує частоту шини комп'ютера, що забезпечуєроботу з оперативною пам'яттю.
Багато функцій вимагають циклічної обробки даних. Грамотнепланування використання цілочисельних регістрів процесора, розміщення вних найбільш часто використовуваних змінних також призводить до значногопідвищенню швидкості обчислень.
Якщо програма визначає, що процесор обладнаний технологією ММХ,то вона активно використовує всі переваги цієї технології.
При розробці використані й інші способи оптимізації машинногокоду. Як приклад наведемо деякі отримані результати. Опціїпрямого та зворотного перетворень Фур'є виконуються на процесорі Pentiumз частотою 166 МГц за 0,5 мс, що вдвічі швидше, ніж бібліотечні функції,розповсюджуються по мережі Internet, в тому числі і фірмою Intel. Роботафункцій, які виконують циклічний підсумовування або перемножуванням,здійснюється більш ніж у два рази швидше, ніж самі швидкісні аналоги,виконані за рекомендаціями фірми Intel. [4]
4.2. Опис роботи програмного комплексу
Розглянемо докладніше роботу всього комплексу. Він побудований замодульного типу. Основу становить персональний комп'ютер, якийзабезпечує управління всіма пристроями, вимірювання основних параметрівсигналів, їх аналіз та обробку. Зв'язок програмного забезпечення зприемопередающее апаратурою здійснена через спеціальні пристроїаналого-цифрового і цифро-аналового перетворення, виконані у виглядіплат, що розміщуються в слотах материнської плати комп'ютера. (ЛА - н10М *)
Програмний комплекс виконаний у вигляді стандартного багатовіконногоінтерфейсу Windows'95. Для забезпечення
максимальної швидкодії використовується безпосередній виклик функційядра операційної системи. Підтримка спеціальних пристроїв здійснюєтьсячерез драйвери Windows. Розроблений алгоритм формування в пам'ятікомп'ютера машинного коду, що виконує обробку сигналів в модуліаналізатора систем, дозволяє домогтися максимальної швидкодії. Прице вдалося домогтися стійкої роботи аналізатора систем в режиміреального часу на відносно дешевому процесорі Pentium з тактовоючастотою 133 МГц.
Програмне забезпечення постачається в двох версіях:
Win_95-32-1. Коплект програмного забезпечення, що складається з 32 розрядноїдинамічної бібліотеки (DLL), що забезпечує інтерфейс і повністюреалізує функціонал пристрою і віртуального драйвера, що забезпечуєефективну взаємодію з ПЕОМ (переривання і канал ПДП) під управлінням
Windows'95. Для плат з частотою дискретизації АЦП до 1МГц.
Win_95-32-2. Для плат з частотою дискретизації АЦП більш 1МГц.
4.3. Вимоги пред'являються ПЗ до апаратного забезпечення.
З вищевикладеного матеріалу видно, що при виборі комплектуючихнеобхідно враховувати наступні вимоги:наявність операційної системи Windows'95 і займаний нею обсяг дисковогопростору.
Обсяг поставляється ПЗ та вимоги виробника.
Використання процесора з тактовою частотою, що забезпечує стійкуроботу в режимі реального часу.
Ємність і швидкодія оперативної пам'яті
Можливість оновлення бібліотек та отримання технічної підтримки здопомогою мережі Internet.
З огляду на ці критерії, визначимо мінімальні та рекомендовані вимоги доапаратного забезпечення. Результати узгоджено в табл. 4.3.1.
Таблиця 4.3.1.
| Вимоги | Мінімальні | Рекомендовані |
| Материнська плата 1 | 256 К | 512 К |
| Процесор 2 | 133 | 166 ММХ |
| (МГц) | | |
| ОЗП | 8 | 16 |
| (Мбайт) | | |
| Ємність HDD | 1,3 | 1,7 |
| (ГБайт) | | |
| CD-ROM | 8-X | 32-X |
| VIDEO | 1 M | 2 M |
| МОНІТОР 3 | 14''| 15 "|
| INTERNET | модем | HUB |
| SOUND CARD 4 | Будь-яка SB 16. |
| АС 5 | Будь-які активні. |
| Клавіатура, миша | Стандартні |
1. Так як, х-ки "заліза" будуть розглянуті пізніше, обмежимося розміром
"кеша".
2. процесор Pentium фірми Intel (рекомендації розробника програмного комплексу). Можливість використання прцессоров інших виробників, розглянемо нижче.
3. SVGA
4. Використовується для звукового контролю НЧ діапазону, високі якісні показники не потрібні.
5. Наявність їх необов'язково, оскільки ПК може працювати і без них
(поставляються за бажанням замовника)
5. ВИБІР КОМПЛЕКТУЮЧИХ ДЛЯ РС.
5.1. Системна плата
Материнська плата є основною складовою частиною РС. Це не тільки
«Серце комп'ютера», але і самостійний елемент, що управляєвнутрішніми зв'язками і взаємодіє через переривання з іншими зовнішнімипристроями. У цьому відношенні материнська плата є елементом всередині
РС, що впливає на загальну продуктивність комп'ютера. Материнську плату
(Motherboard) також називають головною (Mainboard) або системною платою.
Відразу обмовимо умова, що під час вибору системної плати, будеморозглядати тільки дві типорозміру: Baby-AT і ATX.
Перший тип з'явився в 1982 р. І хоча в цей час корпорація
Intel зняла з виробництва ці плати, вони широко представлені на нашомуринку, оскільки можуть бути встановлені практично в будь-який корпус.
Системні плати АТС були представлені корпорацією Intel навесні 1996м. специфікація АТС для системних плат передбачає:
- При їх виготовленні широко використовується інтеграція на материнській платі стандартних периферійних пристроїв: контролерів дисководів і вінчестерів
, паралельних і послідовних портів, а також (по мірі необхідності
) відео і звукових адаптерів, модемів та інтерфейсів локальних мереж.
- Наявність вбудованої подвійної панелі роз'ємів введення/виводу розміром 15,9 * 4,4 см, що знаходиться на тильній стороні плати.
- Наявність одноключевого роз'єму джерела живлення.
- Ізменєїе місця розташування CPU та модулів пам'яті на материнській платі. Тепер вони не заважають картах розширення, їх легко замінити; CPU і модулі пам'яті розташовуються біля вентилятора блоку живлення.
- Переміщення роз'ємів контролерів введення/виводу, інтегрованих в материнській платі, ближче до накопичувачів. Це означає, що довжину внутрішніх кабелів даних можна зменшити.
Отже, для порівняння візьмемо дві системні плати: перше випущена
TOMATOBOARD 5SVA на чіпсеті VIA Appollo VPX. Вона має наступні характеристики:
- Установку процесорів Intel Pentium до 233 МГц, включаючи ММХ.
- Chipset VIA VPX, що складається з 82C585 VPX PCI/memory controller, 82C587 data bus accelerator, 82C586A PCA ISA IDE accelerator.
- Кеш - 256/512 Кбайт
- Flash BIOS виробник AWARD
- Чотири 72-pin SIMM. Максимальний об'єм пам'яті 128 МВ
- Один роз'єм DIMM для SDRAM. Збільшення до 256 МВ
- Три слота 16-біт ISA і три 32-біт PCI
- Два інтегрованих UltraDMA-33 EIDE, мають два роз'єми для підключення
IDE пристроїв (Hard Disk, CD-ROM ...)
- Вбудований Prime 3C I/O чіпсет обслуговує один контролер дисковода, два послідовних і один паралельний порт.
- Форм-фактор - АТ
Друга системна плата-від фірми Tekram, раніше більш відома у нас своїми контролерами, має форм-фактор АТХ. Це системна плата P5T30-A4.
Вона має:
- BIOS-AWARD
- Кеш-512 Кбайт
- Конструктив - Socket 7
Плата виконана на чіпсеті Intel 430TX. Має 4 PCI і 3 ISA слота. Під оперативну пам'ять передбачено два роз'єми DIMM і 4 SIMM. Максимальний обсяг встановленої пам'яті - 256 Мбайт. Порти - 2 послідовних і 1 паралельний, 2 порти USB. Підтримувані частоти - 50,55,60,66,75 МГц.
Діапазон установки множників - 1,5-3,5 (крок 0,5). Діапазон регульованих установок напруги на ядрі процесора 2,0-3,2 В (крок -0,1). Відзначимо, що фірма Intel випустила чіпсет - Triton 430TX на початку 1997 р., спеціально для CPU Pentium MMX.
При порівнянні цих системних плат, оцінки їх якісних показників, хочеться відзначити, що вони одного цінового рівня (близько 80 доларів). Мають один конструктив Socket/Super 7, що визначалося типом процесора. Однак, говорячи про головні відмінні риси, слід сказати, що при використанні процесора Pentium з технологією MMX, перевагу слід віддати чіпсету Intel 430TX, так як це суттєво збільшить продуктивність РС. Тим часом, при використанні процесора фірми АМD або Cyrix, перевагу віддають чіпсету VIA, та й тактову частоту вище 66 МГц підтримують офіційно тільки вони (хоча чіпсет Intel і здатний працювати з частотами 75 і 83 МГц для процесорів Cyrix, проте офіційно його частота обмежена 66 МГц). Крім того, плата на чіпсеті
430 ТХ збереже перевагу в швидкості тільки в тому випадку, якщо обсяг встановленої на платі пам'яті не буде перевищувати 64 Мбайт. Справа в тому, що більшийобсяг ОЗУ чіпсетом i430ТХ НЕ кешується і виникає різке зниження продуктивності, а для мікросхем VIA ця проблема відсутня. [5]
Все це необхідно враховувати при виборі системної плати.
5.2. Вибір мікропроцесора
На даний момент на нашому ринку широко представлені дітища таких відомих фірм, як Intel, AMD (Advanced Micro Devices), Cyrix. Здорова конкуренція (а може бути і нездорова) між ними, призвела до бешенной гонці за «майкою лідера». Якщо ця тенденція розвитку процесорів збережеться, то проблема створення штучного інтелекту буде вирішена найближчим часом. Отже - чтож вибрати?
Повернемося до вимог програмного комплексу. Як було сказано вище, процесора з тактовою частотою 133 МГц цілком достатньо, щоб забезпечити стійку роботу ПК. З числа продаваних у нас і задовольняють цій умові, виберемо Pentium 133 фірми Intel і K5-PR133
AMD.
Перший, є CPU Pentium другого покоління і використовує для роботи множення тактової частоти 66 * 2. Висока продуктивність цього процесора досягається вдосконаленням старих і застосуванням нових технологій:
- У порівнянні з CPU 80486 в CPU Pentium отримала подальший розвиток конвейеризації обчислень. По-перше, збільшена до п'яти кількість ступенів конвеєра, по-друге, цей процесор має вже дві конвеєра, тому він називається суперскалярні. Таким чином можуть оброблятися паралельно дві команди.
- Новим засобом CPU Pentium є передбачення переходів. Для цього є спеціальний буфер адреси переходу (Branch Target Buffer, BTB), який зберігає дані про останні 256 переходах.
- В CPU інтегровано 16 Кб кеш-пам'яті, розділених на 8 Кб кеш-пам'яті команд і 8 Кб кеш-пам'яті даних. Завдяки подібному поділу виключається накладення команд і даних.
- Процесор Pentium обладнаний співпроцесором, що дає 3 -, 4-разовий виграш по швидкості виполнеія операцій в порівнянні з співпроцесором CPU 486.
- Адресна шина Pentium 32-бітна, у той час як шина даних є 64 - бітної.
Другий процесор випущений фірмою AMD в 1996 р. При його виготовленні, була застосована більш вдосконалена технологія. Конструктивно цей
CPU виконаний у 256-штирьковий корпусі типу SPGA і встановлюється в гніздо Super 7. Однак перед установкою подібного процесора необхідно подивитися документацію на системну плату і переконається, що вона підтримує AMD K5.
Основні відмінності AMD K5 і Pentium наведені в таблиці 5.2.1.
Таблиця 5.2. 1.
Основні характеристики процесорів AMD K5 і Pentium
| Елементи архітектури CPU | AMD K5 | Pentium |
| Суперскалярна архітектура | 5 | 5 |
| (кількість ступенів) | | |
| Кількість конвеєрів | 4 | 2 |
| Кеш-пам'ять першого рівня | 16 +8 | 8 8 |
| (команди + дані), Кб | | |
| Виконання за пропозицією | + | - |
| Динамічне передбачення переходів | + | - |
| 80-розрядний FPU | + | + |
Якщо ж розглядати процесори, виготовлені за технологією ММХ, то потрібно відзначити наступне. Технологія ММХ орієнтована на вирішення завдань мультимедіа, що вимагають інтенсивних обчислень над цілими числами.
Подібні завдання вирішують ігрові, комунікаційні, навчальні та ін програми, які використовують графіку, звуки, тривимірне зображення і т.п. Не будемо заглиблюватися в суть технології. Відзначимо лише те, що вона використовує методику, яка називається одиночної командою з множинними даними (Single Instruction Multiple Data, SIMD) і орієнтована на алгоритми та типи даних, які характерні для програмного забезпечення мультимедіа. Поряд з підтримкою нових команд, в
CPU Pentium MMX внесено багато схемотехнічних і архітектурних змін, що підвищують його продуктивність:
- Удвічі збільшено розмір кеш-пам'яті першого рівня - 16 Кб для даних і 16
Кб для команд
- Збільшена на один крок довжина конвеєра, яка стала становити 6 ступенів
- Блок пророкувань переходів запозичений у CPU Pentium Pro
- Удвічі збільшено кількість буферів запису даних (4 замість 2)
- Є можливість виконання двох команд ММХ одночасно
- Покращено механізм паралельної роботи конвеєрів
- Процесор має вбудований тест (Self Test)
Якщо говорити про конкуруючих компаніях, то вони також випустили ММХ-версії своїх процесорів. Це Cyrix 6 * 86 MX і AMD K6. Архітектура CPU
6 * 68 MX заснована на тактовій частоті процесора 6 * 68, однак має ряд значних поліпшень. Процесор 6 * 68 МХ оборудовн кеш-пам'яттю першого рівня ємністю 64 Кб. Він виконаний за суперскалярної схемою. Оскільки ціни на цей тип процесора приблизно однакові (за прайсом фірми
«комп'ютерний світ» близько 70 доларів), то вирішальним фактором буде тип чіпсета. Для Pentiuma 166MMX оптимальне використання i430TX, а для AMD
K6 - VPX.
5.3. Вибір оперативної пам'яті
Елементи пам'яті складають основу внутрішнього функціонування будь-якої обчислювальної системи, так як з їх допомогою дані зберігаються і можуть бути знову прочитані при подальшій обробці. Щоб CPU міг виконувати програми, вони повинні бути завантажені в оперативну робочу пам'ять (під робочою пам'яттю ми розуміємо пам'ять, доступну для програм користувача).
CPU має безпосередній доступ до даних, що перебувають в оперативній пам'яті (Random Access Memory, RAM - пам'ять з довільним доступом), з іншого ж - «периферійної», або зовнішньої, пам'яттю (гнучкими і жорсткими дисками) процесор працює через буфер, що є різновидом оперативної пам'яті, недоступною користувачеві. Тільки після того, як програмне забезпечення буде вважати в RAM з зовнішнього носія даних, можлива подальша робота системи в цілому.
Оперативна пам'ять, або як ще називають її технічну реалізацію - оперативний запам'ятовуючий пристрій (ОЗУ, RAM), являє собою найбільш швидко запам'ятовується середу комп'ютера. Принципово має значення те, що інформація може бути записана як у неї, так і зчитана.
Оперативна пам'ять має свої переваги й недоліки:
- Завдяки малому часу доступу до пам'яті швидкість обробки даних істотно зростає. Якби інформація прочитувалася (відповідно записувалася) тільки з зовнішніх носіїв, то користувач проводив би в очікуванні завершення виконання тієї чи іншої операції багато часу.
- Недоліком оперативної пам'яті є те, що вона є тимчасовою пам'яттю. При відключенні питаня оперативна пам'ять повністю «очищається», і всі дані, не записані на зовнішній носій, будуть назавжди втрачені.
Оперативна пам'ять належить до категорії динамічної пам'яті, тобто в неї є, під час експлуатації повинно «освіжатися» через певні проміжки часу. Не будемо заглиблюватися в принципи роботи оперативної пам'яті. Відзначимо лише, що час доступу до блоку RAM визначається в першу чергу часом читання (розряду конденсатора) та регенерації (заряд конденсатора). Він вимірюється в наносекундах. Його величина буде позначатися на швидкодії системи. У зв'язку з цим в РС на базі CPU 80486 або Pentium повинні встановлюватися елементи пам'яті з часом доступу 70 нс і менше.
Виходячи з того, що в системних платах описаних вище застосовуються модулі SIMM і DIMM, обмежимося їх порівнянням . У сучасних материнських платах з процесором 80486 і Pentium використовуються SIMM - модулі, тому що по своїй організації та конструкції вони є найбільш ефективним засобом забезпечення RAM для програмних продуктів, що потребують для своєї роботи всі великі і великі обсяги пам'яті. Крім того, вони досить надійні і займають мало місця. Коли мова йде про SIMM - модулі, мають на увазі плату, яка за своїми розмірами приблизно відповідає SIP
-модулю. Але на відміну від SIP - модуля висновки для SIMM-модуля замінені так званими контактами типу PAD (вилка). Ці контакти виконані друкарським способом і знаходяться на одному краю плати. Завдяки такій конструкції SIMM-модулів істотно підвищується надійність електричного контакту в роз'ємі і механічна міцність модуля в цілому, тим більше, що всі контакти виготовлені з високоякісного матеріалу і позолочені.
SIMM-модулі є стандартом в сучасних обчислювальних системах.
Вони обладнані мікросхемами пам'яті загальною ємністю 8, 16, 32Мб і більше. У
ЗС з CPU 80386 і ранніх моделях з CPU 80486 використовувалися 30-контактні
SIMM-модулі пам'яті (DRAM) і число слотів на материнській платі коливався від 4 до 8. В даний час знайти у продажу подібні модулі дуже не просто. У більш пізніх моделях РС з CPU 80486 і Pentium стали використовуватися 72-контактні SIMM-модулі пам'яті (FPM DRAM). 30 - і 72 - контактні SIMM мають ширину шини 8 і 32 біт відповідно.
При виготовленні SIMM-модулів застосовуються такі технології:
- FPM DRAM (Fast Page Mode) - реалізують сторінковий режим. Це дуже стара схема оптимізації роботи пам'яті і найбільш повільна з реально застосовуються. Але й найдешевша.
- EDO RAM (Extended Data Output) - різновид асинхронної DRAM з розширеним введення даних. Пам'ять типу EDO рекламувалася як значно більш швидка в порівнянні з FPM, однак реально ця перевага не так очевидно через застосування на материнській платі швидкодіючого кеша другого рівня.
DIMM (Dual In-Line Memory Module) - найбільш сучасний різновид форм-фактора модулів пам'яті. Відрізняється від SIMM тим, що контакти з двох сторін модуля незалежні (dual), що дозволяє збільшити співвідношення ширини шини до геометричних розмірів модуля. Найбільш поширені 168 - контактні DIMM (ширина шини 64 біт). При виготовленні цих мдулей застосовують технологію SDRAM.
- SDRAM (Sychronous DRAM) - це більш нова технологія мікросхем динамічної пам'яті. Основна відмінність даного типу пам'яті полягає в тому, що всі операції в мікросхемах пам'яті синхронізовані з тактовою частотою CPU, тобто пам'ять та CPU працюють синхронно. SDRAM дозволяє скоротити час, що витрачається на виконання команд і передачу даних, за рахунок виключення циклів очікування. Застосування SDRAM дає виграш в продуктивності в порівнянні з EDO з часом доступу 60ns, однак зовсім не шестикратний, як можна подумати, дивлячись на маркування. Зокрема, при частоті системної шини 66 МГц на чіпсеті 430ТХ (VX не оптимально використовує SDRAM) пам'ять EDO 60ns дозволяє організувати послідовний доступ за схемою 5-2-2-2, а SDRAM з маркуванням 10ns - за схемою 5-1-1 -- 1, що дає виграш порядку 30%. (насправді виграш помітно менше, оскільки доступ до пам'яті далеко не завжди послідовний, і набагато більше значення має кеш) Однак при збільшенні частоти системної шини аж до 100МГц SDRAM 10ns буде як і раніше, в змозі підтримувати схему 5-1-1-1, а EDO 60ns буде або непрацездатному взагалі, або буде працювати за значно гіршій схемою.
Характеристики перерахованих типів пам'яті наведені в таблиці 5.3.1.
Таблиця 5.3.1.
Основні параметри розглянутих типів пам'яті
| Параметри | Типи пам'яті |
| | FPM | EDO | SDRAM |
| Час доступу (ns) | 50,60,70 | 50,60,70 | 50,60,70 |
| Час циклу (ns) | 30,35,40 | 20,25,30 | 10,12,15 |
| Мах. Швидкість (МГц) | 33,28,25 | 50,40,33 | 100,80,66 |
Проаналізувавши цю інформацію, не важко зробити правильний вибір необхідних нам модулів пам'яті. Встановимо на плату з чіпсетом 430ТХ модуль
DIMM 16Mb SDRAM, а для чіпсета VPX - SIMM 16Mb EDO. Вартість їх однакова.
5.4. Вибір HDD.
Для нормальної роботи РС наявність тільки оперативної пам'яті недостатньо. Необхідно присутність HDD (Hard Disk Drive) або вінчестер, також званий накопичувачем на жорстких дисках. HDD є енергонезалежним носієм інформації, тобто при відключенні живлення РС всі дані, збережені на ньому, зберігаються. Обсяги інформації, які можна схранять на HDD, визначаються його ємністю. Ця величина у деяких моделей, наприклад Quantum Bigfoot TS досягла 19.2Гб. Фізичні розміри вінчестерів стандартизовані параметром, що зветься форм-фактор, і має величину 2,5 ", 3,5" або 5,25 ". Відповідно, ці стандарти будуть накладати обмеження на місткість вінчестера. Оскільки неможливо нескінченно збільшувати кількість і розміри жорстких дисків, то фірми-виробники шляхом удосконалення технологій виробництва та збільшення щільності запису.
Ємність вінчестера є не єдиною його характеристикою. Не менш важливим вважається його швидкодія. Воно визначається середнім часом доступу і швидкістю передачі даних.
- Середній час доступу (Average Seek Time) до різних об'єктів на диску визначає фактичну продуктивність. Час, необхідний HDD для пошуку будь-якої інформації на диску, вимірюється в мілісекундах. У сучасних моделей ця величина не перевищує 10мс. Найважливішим показником, характерезующім механізм переміщення головок, є час позиціонування головки на доріжці (Track to Track Seek). Воно також вимірюється в мілісекундах. Максимальний час доступу (Maximum Seek
Time) вимірюється як інтервал часу, який необхідний Гребінці з головками, щоб одноразово переміститися по всій поверхні диска (з першої доріжки на останню).
- Швидкість передачі даних пропонується в якості другого параметра для оцінки продуктивності вінчестера. Час доступу характерезует тільки швидкість позиціонування головки, а те, як швидко ця інформація прочитується, залежить від таких характеристик вінчестера, як кількість байт в секторі, кількість секторів на доріжку і, нарешті, від швидкості обертання дисків. Знаючи перераховані параметри, можна визначити максимальну швидкість передачі даних (Maximum Data Transfer Rate, MDTR) за такою формулою:
MDTR = SRT * 512 * RPM/60 (байт/с)
Де SRT - кількість секторів на доріжці
RPM - частота обертання дисків, об/хв.
Відзначу, що сучасні вінчестери мають свій кеш. Це можеістотно впливати на швидкість роботи HDD, тому що він в змозі зберігатидані, прочитані з попередженням, які з високою часткою ймовірностізнадобляться процесора.
Для порівняння виберемо два HDD, що мають форм-фактор 3,5 "і працюють у режимі Ultra DMA. Це HDD QUANTUM
Fireball SE 2.1 і FUDSITSU MPB 3032 AT 3.2. Їхні параметри наведені втаблиці 5.4.1.
Таблиця 5.4.1.
Основні характеристики HDD
| Параметр | Тип HDD |
| | Fireball SE 2.1 | MPB 3032 AT 3.2 |
| Форматіруемая ємність (Мб) | 2,111 | 3,24 |
| Інтерфейс | Ultra ATA | ATA-3 |
| Середній час доступу (мс) | 9,5 | До 11 |
| Час переходу на наступну | 2 | 2,5 |
| доріжку (мс) | | |
| Внутрішня швидкість передачі | До 158 | До 132 |
| даних (Мб/с) | | |
| Швидкість пересилання даних з | | |
| буфера (Мб/с) | | |
| Ultra DMA | 33,3 | 33,3 |
| PIO Mode 4 | 16,6 | 16,7 |
| DMA Mode 2 | 16,6 | 16,7 |
| Швидкість обертання шпинделя | 5,400 | 5,400 |
| (об/хв) | | |
| Ємкість кеш-пам'яті (Кб) | 128 | 256 |
| Кількість дисків | 2 | 2 |
| Кількість циліндрів | 4,092 | 6,704 |
| Число головок | 16 | 15 |
| Число секторів | 63 | 63 |
На жаль точна вартість цих моделей мені не відома.
Можна лише припустити, що перша модель буде дешевше друге, тому щошвидкодію їх фактично однаково і ціна буде визначатися ємністювінчестера. Тому, віддамо перевагу фірмі QUANTUM.
5.5. Вибір зовнішніх носіїв інформації.
Наявність зовнішніх пристроїв зберігання даних в нашій РС-очевидно.
Одержана і оброблена інформація, повинна десь зберігається. І було бвкрай не розумно використовувати для цього дорогоцінний місце на жорсткому диску
(З часом його чомусь стає катастрофічно мало).
На даний момент основними є три технології зберіганняданих: магнітна (дисководи, стримери, Jaz-Zip-drive), оптична (CD-
ROM, DVD-ROM) і Магнітооптична.
5.5.1.магнітная технологія
Найстаршим із цих пристроїв є дисководи (Floppy Disk
Drive, FDD). В якості носія інформації в них застосовуються дискетидіаметрами 3,5 "і 5,25". Останні можна зустріти вкрай рідко. Відсутністьпопулярності у даного типу дискет можна пояснити тим, що при великихрозмірах і малої механічної надійності, вона має ємність всього 1,2 Мбпроти 1,44 Мб своєї молодшої сестри (хоча за сучасними мірками ця величинавикликає посмішку). Тим не менше, машини «стандартної» комплектаціїпередбачають їх встановлення. До того ж більшість виробниківкомплектуючих, постачають своє ПЗ на дискетах. Будемо вважати наявність FDD
3,5 "1,44 Мб - необхідною вимогою. Слід також відзначити, щоподальший розвиток магнітної технології зберігання інформації, що використовуєтридюймові дискети, призвело до появи межфирменное стандарту LS-120.
Це підвищило ємність диска до 100-130Мбайт, практично не змінюючи при цьомуйого внутрішній устрій. Швидкість обміну даними з диском досяглапікового значення - 500Кбайт/с і вище.
Іншим представником даного типу пристроїв є Стример.
В якості носія інформації використовується магнітна стрічка. Стримери, восновному, використовується для архівації та резервного копіроавнія великихобсягів даних. Недоліком є мала швидкість передачі інформації.
Це обмежує область їх застосування. При використанні різних методівстиснення даних, ємність може досягати значень від 40Мб до 4Гб.
Jaz і Zip-використовують традиційну технологію магнітнихносіїв, але мають більш досконалу систему позиціювання головокчитання/записі і надійну механіку приводу. У приводі Jaz якносія використовується тверда дискова пластина, а в Zip - гнучкий диск.
Привод Jaz планувався як мобільна альтернатива звичайного жорсткого диска
(по швидкості доступу та передачі даних навіть перевершує деякі моделі),а Zip - як накопичувач на гнучких дисках епохи мультимедіа. Ємність носія
Jaz має величини 540Мб і 1070Мб, а Zip - 100Мб.
Відзначимо, що так само існують змінні жорсткі диски такихфірм, як SyDOS і Syquest ємністю до 270Мб. Зрозуміло, вони використовуютьспеціальний привід.
5.5.2.оптіческая технологія
Найпоширенішим представником цієї родини є
CD-ROM. Його характерезуют наступні показники:
- Порівняно з вінчестером він надійніший в транспортуванні (хоча деякі виробники дають гарантію справності свого HDD навіть після падіння з висоти п'ятиповерхового будинку, думаю немає бажаючих це перевірити).
- CD-ROM має велику ємність, порядку 700Мб
- CD-ROM практично не зношується
- Основним недоліком є те, що він призначений тільки для зчитування
Мінімальна швидкість передачі даних в CD-ROM становить 150Кбайт/с ізростає в залежності від моделі приводу, тобто 24-х швидкісний CD-ROM
, буде мати 24 * 150 = 3,6 Мб/с. Оскільки, на «лазер» можна знайти будь-яке ПЗ,причому за доступною ціною, вважаю його присутність у нашій РС простонеобхідним.
Подальший розвиток в галузі оптичного запису призвело до появистандарту DVD. Компакт-диск цього формату має такі ж розміри (4,75 "),але має гараздо велику ємність. Це досягається застосуванням новогонапівпровідникового лазера, що використовує для роботи меншу довжину хвилі
(650-635 нм), у звичайного CD-ROM вона дорівнює 780нм. Сьогодні розроблені чотиритехнології цього стандарту. Їх характеристики узгоджено в таблиці 5.5.1.
Таблиця 5.5.1.
| Параметри | DVD-5 | DVD-9 | DVD-10 | DVD-18 |
| Обсяг | 4,7 | 8,54 | 9,4 | 17,08 |
| (Гб) | | | | |
| Розташування | Одностороннє | Одностороннє | Двостороннє | Двостороннє |
| інформації | однорівневе | дворівневе | однорівневе | дворівневе |
Єдиним недоліком (істотною) цієї технології є їївисока вартість. Хоча вважаю, що це з часом пройде.
5.5.3.магнітооптіка
Це, так звані магнітооптичні дисководи. МО-привідпредставляє собою накопичувач інформації, в основу якого покладеномагнітний носій з оптичним (лазерним) управлінням. Існуютьнаступні формати магнітооптичних дисків:
- Односторонні 3,5 "
- Двосторонні 5,25 "
- 2.5 "диски MD Data, розроблені фірмою Sony
- 12 "диски фірми Maxell
Сьогодні у продажу зустрічаються MOD 5,25" ємністю 4,6 Гб. Головна їхня перевага, це можливість перезапису інформації. Тим не менше, ці пристрої мають дуже високу ціну.
5.6. ВІДЕО СИСТЕМА
Відомо, що монітор є пристроєм для візуального відображення інформації. Сигнали, які отримує монітор (числа, символи, графічну інформацію і сигнали синхронізації), формуються відеокартою.
Розглянемо їх окремо.
5.6.1. відеокарта оскільки вимоги ПО до даного виду Комплектую
