Cовременнные средства оргтехники

Понятие инструментальных средств компьютерных технологий информационного обслуживания управленческой деятельности. Состав и назначение системного программного обеспечения вычислительной техники. Архитектура графической подсистемы персонального компьютера.

Рубрика Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид курс лекций
Язык русский
Дата добавления 12.02.2015
Размер файла 1,3 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Главным направлением перестройки работы предприятий и их радикального усовершенствования, приспособления к современным условиям стало массовое использование новейшей компьютерной и телекоммуникационной техники, формирование на ее основе высокоэффективных информационно-управленческих технологий. Средства и методы прикладной информатики используются в менеджменте и маркетинге. Новые технологии, основанные на компьютерной технике, требуют радикальных изменений организационных структур менеджмента, его регламента, кадрового потенциала, системы документации, фиксирования и передачи информации. Особое значение имеет внедрение информационного менеджмента, значительно расширяющее возможности использования компаниями информационных ресурсов. Развитие информационного менеджмента связано с организацией системы обработки данных и знаний, последовательного их развития до уровня интегрированных автоматизированных систем управления, охватывающих по вертикали и горизонтали все уровни и звенья производства и сбыта.

В современных условиях эффективное управление представляет собой ценный ресурс организации, наряду с финансовыми, материальными, человеческими и другими ресурсами. Следовательно, повышение эффективности управленческой деятельности становится одним из направлений совершенствования деятельности предприятия в целом. Наиболее очевидным способом повышения эффективности протекания трудового процесса является его автоматизация. Но то, что действительно, скажем, для строго формализованного производственного процесса, отнюдь не столь очевидно для такой изящной сферы, как управление. Трудности, возникающие при решении задачи автоматизированной поддержки управленческого труда, связаны с его спецификой. Управленческий труд отличается сложностью и многообразием, наличием большого числа форм и видов, многосторонними связями с различными явлениями и процессами. Это, прежде всего, труд творческий и интеллектуальный. На первый взгляд, большая его часть вообще не поддается какой-либо формализации. Поэтому автоматизация управленческой деятельности изначально связывалась только с автоматизацией некоторых вспомогательных, рутинных операций. Но бурное развитие информационных компьютерных технологий, совершенствование технической платформы и появление принципиально новых классов программных продуктов привело в наши дни к изменению подходов к автоматизации управления производством.

Понятие инструментальных средств компьютерных технологий информационного обслуживания управленческой деятельности.

Информационные технологии включают в себя методы преобразования информации по заданному свойству в заданном направлении, что реализуется соответствующими средствами, называемыми инструментальными. Также они включают в себя необходимый технический комплекс и соответствующее программное обеспечение, образуя сложные программно-аппаратные компьютерные системы с разнообразными функциями и возможностями поддержки управленческой деятельности.

Средства организационной техники, используемые в обеспечении управленческой деятельности:

Средства механизации и автоматизации управленческого и инженерно-технического труда называются организационной техникой (оргтехникой). К ним относится достаточно большой перечень технических средств, устройств и приспособлений, начиная от карандашей и заканчивая сложными системами и средствами передачи информации.

Оргтехника, применяемая на конкретном рабочем месте, называется малой оргтехникой. В настоящее время, данное определение не соответствует действительному положению вещей, поскольку большая часть оргтехники изменила свои габариты, технические характеристики и пр., появились новые устройства и приспособления, размещаемые на рабочем столе и используемые индивидуально. По современной классификации к ним можно отнести персональные компьютеры и их периферийные устройства, копировальную технику индивидуального использования, телефакс и т. д. Поэтому принято считать, что малая оргтехника - эта вся «конторская мелочь» (карандаши, ручки, ластики, клей и пр.), которая применяется каждым сотрудником для своего повседневного труда.

Современная организационная техника предполагает ее определенную классификацию в соответствии с выбранным признаком. Наиболее распространенной является классификация по функциональному признаку, которая однозначно связывает технологический процесс обработки документов в офисе с техническими характеристиками и возможностями оргтехники. Однако это не исключает применения других классифицирующих признаков, например, элементной базы технических средств.

В настоящее время состав групп оргтехники претерпел существенные изменения. Это связано с появлением различного рода новой техники для офисных технологий, выполняющей универсальные функции обработки документов при минимальных затратах физического труда. Расширились возможности систем электронной передачи документов на большие расстояния. В то же время разрабатываются новые и совершенствуются традиционные механические средства оргтехники.

Большинство пользователей испытывают различного рода затруднения при выборе какой-либо модели, предназначенной для обработки документов в офисе. Чтобы оптимизировать процесс выбора технических средств для офиса, необходимо учесть ряд факторов:

* объем документооборота;

* временные характеристики документопотоков;

* объем документов, передаваемых и принимаемых по техническим каналам связи;

* объем копируемых документов как первичный, так и вторичный;

* фирма-производитель оборудования;

* стоимость оборудования;

* стоимость расходных материалов, частота их замены;

* технические и эксплуатационные характеристики оборудования;

* способ эксплуатации технических средств;

* стоимость эксплуатации;

* эргономические характеристики оборудования;

* степень влияния на здоровье пользователя и т. п.

Всю совокупность средств организационной техники можно представить в виде следующих групп:

Носители информации:

* носители на бумажной основе;

* носители для репрографических процессов (термобумага, диазобумага, фотопленка, калька, бумага многослойная для электроискрового копирования и т. д.);

* микроносители;

* звуконосители;

* видеоносители;

* магнитные носители;

* оптические носители.

Средства изготовления текстовых и табличных документов:

* ручные пишущие средства;

* пишущие машины;

* диктофонная техника;

* средства вычислительной техники.

Средства репрографии и оперативной полиграфии:

* средства фотографического копирования;

* средства диазографического копирования;

* средства электрофотографического копирования;

* средства термографического копирования;

* машины электронно-искрового копирования;

* средства микрографии;

* средства ризографического копирования;

* машины для гектографической (спиртовой) печати;

* машины для трафаретной (ротаторной) печати;

* оборудование для оперативной офсетной печати.

Средства обработки документов:

* фальцевальные, биговальные, перфорирующие и резательные машины;

* машины и устройства листоподборочные и сортировальные;

* скрепляющее, склеивающее и переплетное оборудование;

* конвертовскрывающие и резательные машины;

* машины для нанесения защитных покрытий на документы;

* адресовальные, штемпелевальные и франкировальные ма-шины;

* машины для уничтожения документов;

* агрегатированные линии для обработки корреспонденции.

Средства хранения, поиска и транспортировки документов:

* первичные средства хранения документов (папки, коробки и т. п.);

* вторичные средства хранения документов (шкафы, ящики, стеллажи и т. п.);

* картотеки и картотечное оборудование;

* тележки для транспортировки документов;

* лифтовое оборудование;

* транспортеры и конвейеры;

* пневматическая почта;

* оборудование для хранения носителей информации.

Банковская оргтехника'.

* машины для счета купюр;

* детекторы валют;

* машины для упаковки банкнот;

* банкоматы.

Малая оргтехника.

Офисная мебель и оборудование:

* специализированная мебель для служебных помещений;

* специализированное оборудование для служебных помещений.

Прочие средства.

Средства коммуникационной техники, используемые в обеспечении управленческой деятельности:

Эффективность управленческой деятельности в значительной мере определяется качеством реализации коммуникативной функции - способностью информационного взаимодействия различных компонентов системы управления друг с другом и с внешней средой.

Организация коммуникаций предполагает решение следующих опросов:

* определение внутренней структуры коммуникаций, то есть совокупности каналов передачи информации между конкретными структурными элементами системы управления;

* выработка квалификационных требований к управленческому персоналу для эффективного использования коммуникационной техники.

Для большинства видов коммуникационной техники и соответствующих коммуникационных технологий (личное общение, общение на совещаниях, телефонная, телеграфная и телексная связь, почтовая и фельдегерская связь) перечисленные вопросы достаточно проработаны.

К средствам коммуникационной техники относятся:

* средства и системы стационарной и мобильной телефонной связи;

* средства и системы телеграфной связи;

* средства и системы факсимильной передачи информации и модемной связи;

* средства и системы кабельной и радиосвязи, включая оптико-волоконную и спутниковую связь.

Средства вычислительной техники, используемые в обеспечении управленческой деятельности:

Современные средства компьютерной техники могут быть классифицированы следующим образом:

* персональные компьютеры;

* корпоративные компьютеры;

* суперкомпьютеры.

Персональные компьютеры представляют собой вычисли-тельные системы, все ресурсы которых полностью направлены на обеспечение деятельности одного работника, в. т. ч. управленческого работника. Это наиболее многочисленный класс средств вычислительной техники, в составе которого можно выделить персональные компьютеры 1ВМ РС и совместимые с ними компьютеры, а также персональные компьютеры Macintosh фирмы Арр1е. Интенсивное развитие современных информационных технологий связано именно с распространением с начала 80-х гг. персональных компьютеров, сочетающих относитель-ную дешевизну с достаточно широкими возможностями для пользователя.

Корпоративные компьютеры (иногда называемые мини-ЭВМ или main frame) представляют собой вычислительные системы, обеспечивающие совместную деятельность многих работников в рамках одной организации, одного проекта, одной сферы информационной деятельности при использовании одних и тех же ин-формационно-вычислительных ресурсов. Это многопользовательские вычислительные системы, имеющие центральный блок с большой вычислительной мощностью и значительными информационными ресурсами, к которому подсоединяется большое число рабочих мест с минимальной оснащенностью (видеотерминал, клавиатура, устройство позиционирования типа «мышь» и, воз-можно, устройство печати). В принципе в качестве рабочих мест, соединенных с центральным блоком корпоративного компьютера, могут быть использованы и персональные компьютеры. Область применения корпоративных компьютеров - реализация ин-формационных технологий обеспечения управленческой деятельности в крупных финансовых и производственных организациях, создание информационных систем, обслуживающих большое число пользователей в рамках одной функции (биржевые и банковские системы, бронирование и продажа билетов и т. п.).

Суперкомпьютеры представляют собой вычислительные системы с предельными характеристиками вычислительной мощности и информационных ресурсов. Они используются в военной и космической областях деятельности, в фундаментальных научных исследованиях, глобальном прогнозировании погоды.

Данная классификация достаточно условна, поскольку интенсивное развитие технологий производства электронных компонентов, значительный прогресс в совершенствовании компьютеров и их наиболее важных составляющих элементов приводят к размыванию границ между указанными классами средств вычислительной техники.

Кроме того, приведенная классификация учитывает только автономное использование вычислительных систем. В настоящее время преобладает тенденция их объединения и вычислительные сети, что позволяет интегрировать информационно-вычислительные ресурсы для наиболее эффективной реализации информационных технологий.

1. «Сетевые технологии» и преимущества их использования в обеспечении управленческой деятельности

В области компьютерных технологий в последние два десятилетия не было, наверное, более активно развивающеюся направления, чем становление и развитие вычислительных сетей, составивших основу так называемых сетевых технологий. Наблюдавшийся все эти годы бурный технологический прогресс микро-электроники проявился не только в чисто компьютерной сфере, но и в производстве средств связи, с помощью которых распре-деленные в пространстве компьютеры объединяются в единую систему -- вычислительную сеть. Можно указать следующие основные причины широкого распространения локальных вычислительных сетей (ЛВС) в сфере управления.

Во-первых, повсеместное распространение относительно недорогих персональных компьютеров (ПК), вычислительные мощности которых сегодня позволяют с успехом решать большинство практических задач.

Во-вторых, объективно существующие потребности пользователей ПК одной организации обмениваться между собой ин-формацией, совместно использовать общие сетевые программные, аппаратные и информационные ресурсы, а также получать доступ к ресурсам вычислительных сетей других организаций или учреждений.

В-третьих, появление на рынке широкого спектра аппаратных и программных коммуникационных средств, позволяющих легко и относительно дешево соединять ПК в ЛВС.

Следует иметь в виду и то, что немаловажными факторами, определяющими преимущество сетевого использования компьютеров, являются:

* устранение дублирования информации и проблем, связанных с актуализацией данных для отдельных пользователей одной организации;

* более экономичное коллективное использование в сети относительно дорогих ресурсов, таких как программное обеспечение, принтеры, дисковые массивы памяти большого объема и т. п.;

* общесистемное повышение производительности за счет введения в сети специализированных компонентов, таких как файл-серверы, серверы баз данных, телекоммуникационные серверы и другие серверы приложений;

* наличие дополнительные сетевых услуг, таких как организация электронной почты, проведение телеконференций и т. п.;

* более высокая надежность при наличии в сети дублирующих элементов единой распределенной системы обработки данных, а также потенциал ее расширяемости.

Отметим и то, что хотя первые компьютерные сети 70-х гг. возникали в первую очередь как крупномасштабные (глобальные) вычислительные сети, в конце 80-х и в начале 90-х гг. наиболее массовое распространение получили именно ЛВС от-дельных организаций или их структурных подразделений. Позднее на базе ЛВС стали возникать более крупные - корпоративные сети. Повсеместное распространение ЛВС, их расширение, накопленный опыт, а также новые теоретические исследования, в свою очередь, активизировали дальнейшее развитие крупномасштабных сетей. Весьма убедительным примером достигнутого сегодня прогресса в области проектирования и использования крупномасштабных сетей является всемирная компьютерная сеть Интернет, объединяющая в себе множество глобальных сетей.

Cостав и назначение системного программного обеспечения вычислительной техники, используемой для поддержки управленческой деятельности:

Системные программные средства предназначены для обеспечения деятельности компьютерных систем как таковых. В их составе выделяют:

* тестовые и диагностические программы;

* антивирусные программы;

* операционные системы;

* командно-файловые процессоры (оболочки).

Тестовые и диагностические программы предназначены для проверки работоспособности отдельных узлов компьютера, компонентов программно-файловых систем и устранения выявленных неисправностей.

Антивирусные программы предназначены для выявления и устранения вирусных программ, нарушающих нормальную работу вычислительной системы,

Операционные системы являются основными программными комплексами, выполняющими следующие основные функции:

* тестирование работоспособности вычислительной системы и ее настройка при первоначальном включении;

* обеспечение синхронного и эффективного взаимодействия всех аппаратных и программных компонентов вычислительной системы в процессе ее функционирования;

* обеспечение эффективного взаимодействия пользователя с вычислительной системой.

Операционные системы классифицируются следующим образом: однопользовательские однозадачные системы (MC-DOC, DR-DOC); однопользовательские многозадачные системы (ОS/2, Windows 95/98);

* многопользовательские системы (системы семейства UNIX). Командно-файловые процессоры (оболочки) предназначены

для организации взаимодействия пользователя с вычислительной системой. В компьютерах Нового поколения оно осуществляется более простыми методами, чем в ранних операционных системах (например, Norton Commander или Windows 8 версий до 3.11). Часто программные оболочки создаются не просто с целью облегчения работы, но и для предоставления пользователю дополнительных возможностей, которые отсутствуют в стандартном программном обеспечении.

Состав и назначение прикладного программного обеспечения вычислительной техники, используемой для поддержки управленческой деятельности:

Прикладные программные средства обеспечения управленчес-кой деятельности классифицируются следующим образом:

* системы подготовки текстовых документов;

* системы обработки финансово-экономической информации;

* системы управления базами данных;

* личные информационные системы;

* системы подготовки презентаций;

* системы управления проектами;

* экспертные системы и системы поддержки принятия решений;

* системы интеллектуального проектирования и совершенствования систем управления;

* прочие системы.

Системы подготовки текстовых документов предназначены для создания управленческих документов и различных информационных материалов текстового характера. Они включают в себя:

* текстовые редакторы;

* текстовые процессоры;

* настольные издательские системы.

Системы обработки финансово-экономической информации предназначены для обработки числовых данных, характеризующих различные производственно-экономические и финансовые явления и объекты, и для составления соответствующих управленческих документов и информационно-аналитических материалов. Они включают в себя:

* универсальные табличные процессоры;

* специализированные бухгалтерские программы;

* специализированные банковские программы (для внутри-банковских и межбанковских расчетов);

* специализированные программы финансово-экономического анализа и планирования.

Системы управления базами данных предназначены для создания, хранения и манипулирования массивами данных большого объема. Разные системы этого класса различаются способами организации хранения данных и обработки запросов на поиск информации, а также характером хранящихся в базе данных.

Личные информационные системы предназначены для информационного обслуживания рабочего места управленческого работника и, по существу, выполняют функции секретаря. Они, в частности, позволяют:

* планировать личное время на различных временных уровнях, при этом система может своевременно напоминать о наступлении запланированных мероприятий;

* вести персональные или иные картотеки и автоматически выбирать из них необходимую информацию;

* вести журнал телефонных переговоров и использовать функции, характерные для многофункциональных телефонных аппаратов;

* вести персональные информационные блокноты для хранения разнообразной личной информации.

Системы подготовки презентаций предназначены для квалифицированной подготовки графических и текстовых материалов, используемых в целях демонстрации на презентациях, деловых переговорах, конференциях. Для современных технологий подготовки презентаций характерно дополнение традиционных графики и текста такими формами информации, как видео- и аудио-информация, что позволяет говорить о реализации гипермедиа технологий.

Системы управления проектами предназначены для управления ресурсами различных видов (материальными, техническими, финансовыми, кадровыми, информационными) при реализации сложных научно-исследовательских и проектно-строительных работ.

Экспертные системы и системы поддержки принятия решений предназначены для реализации технологий информационного обеспечения процессов принятия управленческих решений на основе применения экономико-математического моделирования и принципов искусственного интеллекта.

Системы интеллектуального проектирования и совершенствования управления предназначены для использования так называемых CASE-технологий (Computer Aid System Engineering), ориентированных на автоматизированную разработку проектных решений по созданию и совершенствованию систем организационного управления.

Заключение:

Таким образом, информационные технологии включают в себя методы преобразования информации по заданному свойству в заданном направлении, что реализуется соответствующими средствами, называемыми инструментальными. Также включают в себя необходимый технический комплекс и соответствующее программное обеспечение, образуя сложные программно-аппаратные компьютерные системы с разнообразными функциями и возможностями поддержки управленческой деятельности.

На настоящий момент существует достаточно широкий спектр продукции, призванной удовлетворить самые разнообразные нужды, как небольших компаний, так и компаний-гигантов. Эти программные продукты в полной мере охватывают все аспекты деятельности предприятий, от логистики, маркетинга, производства, сбыта, до бухгалтерского учета и управления персоналом.

В этом разделе дается краткий обзор основных устройств, использующих растровое представление для отображения двумерной информации. В качестве примера реализации аппаратных средств для работы с растровой графической информацией рассмотрена архитектура современных компьютеров типа ПК (англ. PC - Personal Computer).

В предыдущем разделе было рассказано о растре как об абстрактном математическом объекте. При физической реализации растров возникают дополнительные характеристики. Основной из них является Разрешающая способность (англ. resolution) - количество точек физического растра в единице длины. Чаще всего это

ppi - пикселей на дюйм (англ. pixels per inch).

Также употребляются термины

dpi - точек на дюйм (англ. dots per inch). Правильно употреблять по отношению к принтерам, хотя широко используется везде вместо ppi.

spi - проб на дюйм. (англ. samples per inch) Иногда употребляется по отношению к сканерам вместо dpi.

В большинстве случаев пиксели растра расположены равномерно по ширине и высоте, и для таких растров разрешающая способность одинакова по ширине и высоте. Если это не так (для некоторых принтеров и сканеров в частности), то в этом случае обычно пишут "1200Ч2400 dpi", где 1200 - разрешающая способность по горизонтали, а 2400 - по вертикали. Также термин разрешение употребляется в другом смысле - как размер растра в пикселях. Например, "разрешение экрана равно 1280Ч1024".

С точки зрения представления цвета важны два параметра:

Цветовая гамма, это понятие было введено в предыдущей лекции; Динамический диапазон (англ. dynamic range) - диапазон уровней яркости для данного устройства. Это понятие пришло из традиционной (пленочной) фото- и видеосъемки, в которой являлось одной из важных характеристик пленки. Важно отметить, что динамический диапазон зависит как от характеристик устройства отображения, так и от способа представления графической информации. Например, типично представление каждого из компонентов цвета в RGB-модели 8 битами, что дает всего 256 возможных уровней яркости.

Достаточно широкой цветовой гаммой обладают плазменные дисплеи и фотографическая пленка, а самой узкой - монохромные устройства (на диаграмме цветности соответствующаяся область вырождается в точку).

Для представления графической информации в памяти используется термин Глубина цвета (англ. color depth) - количество информации для представления одного цвета. Измеряется в bpp - bits per pixel (англ. бит на пиксель). Типичные значения: 1 (монохромное изображение), 8, 16, 24, 48.

2. Устройства ввода

2.1 Сканеры

Сканер - устройство получения изображений высокого разрешения (до 11000 spi). Принцип работы состоит в последовательном освещении сканируемого материала ксеноновой или флюоресцентной лампой и регистрации отраженного цвета ПЗС3) (англ. CCD) матрицей (за исключением барабанных сканеров, где используется фотоумножитель). Если материал является полупрозрачным (например, фотопленка), то он, наоборот, подсвечивается с обратной к сенсору стороны.

По типу сканирования такие устройства классифицируются следующим образом. Барабанные сканеры относятся к классу high-end. Сканируемый объект (чаще всего фотопленка) сначала вымачивается в специальном растворе, а затем помещается на барабан, который вращается перед перемещающимся в одном направлении фотоэлектронным умножителем. Эти устройства гораздо более чувствительны, чем ПЗС-матрицы, поэтому и разрешающая способность у них значительно выше - от 4000 до 11000 spi. Глубина цвета - 48 бит/пиксель. Такие сканеры имеют сравнительно крупные габариты.

Планшетные сканеры - преобладающий на данный момент тип сканеров. Под стеклом одного из стандартных размеров (чаще всего A4; реже A3) находится сканирующая головка, последовательно проходящая всю площадь под стеклом в процессе сканирования. Для сканирования фотопленки в крышку может быть встроена лампа подсветки. Типичные разрешения - 600-3200 spi. Глубина цвета - до 48 бит/пиксель.

Протяжные сканеры предназначены для сканирования листов бумаги заданной ширины. Сканирущая головка перемещается только в одном направлении, а протяжной механизм обеспечивает последовательное смещение бумаги относительно сканирующей головки вдоль другого измерения. Такие устройства компактней планшетных сканеров и позволяют сканировать более протяженные в одном измерении материалы.

Ручные сканеры. Сканирующая головка перемещается над сканируемой поверхностью при помощи руки человека. Соответственно, для данного типа сканеров требуется более сложное программное обеспечение, которое обеспечивало бы правильное совмещение отдельных фрагментов (так как траектория перемещения руки не идеальна). К этому типу относятся самые компактные сканеры в форме авторучки. В связи со сравнительной трудоемкостью и сложностью обработки результатов в последнее время интерес к ним незначителен. Слайд-сканеры похожи на планшетные, но предназначены специально для сканирования фотопленки. Важным отличием от первых является отсутствие стекла между сенсором и пленкой. Это важно, так как стекло является дополнительной промежуточной средой, преломляющей световые лучи и, соответственно, вносящей определенные искажения, заметные при сканировании с высоким разрешением.

Рис. 2.1 - Планшетный сканер

2.2 Проекторы

Проекторы используются для демонстрации изображений больших размеров. Для этого применяются системы линз, проецирующие маленькое изображение на большой экран. По технологии построения первичного изображения внутри проектора делятся на:

Проекторы на ЭЛТ. Эта технология рассмотрена выше в разделе про ЭЛТ-дисплеи.

Проекторы на ЖК. Эта технология рассмотрена выше в разделе про ЖК-дисплеи.

Проекторы на технологии DLP. DLP - Digital Light Processing (англ. Цифровая Обработка Света) - фирменная технология компании Texas Instruments. Для создания первичного изображения в таких проекторах используется лампа, освещающая систему микрозеркал (по одному на пиксель). При постоянном быстром изменении положения этих зеркал от полного пропускания света до полного его блокирования получаются оттенки серого. Для получения цветного изображения используют два метода: либо вращающийся цветовой круг с базисными RGB-цветами (при прохождении соответствующего светофильтра электромеханика подстраивает зеркала для соответствующего цветового канала), либо белый свет сначала разлагается призмой, затем поток для каждой RGB-компоненты проходит через свою систему зеркал, и потом они вновь соединяются.

Следует отметить, что для проекторов требуются внутренние дисплеи повышенной яркости, так как площадь изображения при проецировании значительно увеличивается.

Типичное разрешение - 1024Ч768, а максимальное достигает 2048Ч1080 для некоторых DLP-моделей. Типичное аспектовое отношение - 4:3, хотя есть и разные широкоэкранные варианты.

3. Архитектура графической подсистемы ПК

3.1 Архитектура

За вывод графической информации на дисплей в ПК отвечает специальный набор микросхем, обычно помещаемый на отдельную плату, которая называется видеоплатой или видеокартой. Основной задачей является преобразование образа экрана, находящегося в памяти, т.н. кадрового буфера (англ. frame buffer), в набор сигналов, понятных дисплею. Для подключения дисплеев к компьютерам используются стандарты, устанавливающие логические и физические параметры соединения. В настоящее время два самых распространенных из них - это аналоговый VGA и цифровой DVI. Первый используется для подключения как аналоговых по сути дисплеев на ЭЛТ, так и цифровыхЖК-дисплеев (аналого-цифровое преобразование в этом случае происходит в самом дисплее), второй - исключительно для ЖК-дисплеев.

На видеокарте присутствует видеопамять, характерной особенностью которой является то, что она двухпортовая - подсоединена как к шине, по которой передаются данные от центрального процессора, так и к микросхеме, отвечающей за вывод на дисплей, и они могут одновременно обращаться к ней. В дешевых устройствах в качестве видеопамяти используется часть основной памяти, что значительно замедляет обработку данных на видеокарте. Объем памяти должен быть достаточным для хранения данных кадрового буфера, а желательно еще и вторичного буфера (англ. back buffer), если используется технология двойной буферизации. Дело в том, что если менять значения пикселей прямо в момент вывода их на экран, то при высокой частоте обновления могут возникать артефакты, связанные с тем, что на экран выводится еще не отрисованное до конца изображение. Чтобы этого избежать, при двойной буферизации во время вывода изображения из области видеопамяти, которая назначена кадровым буфером (называемым в этом случае также первичным буфером (англ. front buffer)), изображение следующего кадра строится во вторичном буфере, а при показе следующего кадра эти области памяти меняются ролями. Эта технология используется для показа динамичных изображений, таких как игры. Дополнительная видеопамять также ускоряет обработку графики, позволяя держать дополнительные графические элементы, которые отображаются в кадровом буфере с помощью блиттинга (об этом см. ниже).

Доступ к видеопамяти со стороны процессора может быть организован двояко - либо видеопамять, как часть адресов, включается в адресное пространство процессора, либо для копирования данных между основной и видеопамятью контроллеру на видеокарте посылается специальная команда и копирование происходит с помощью DMA (от англ. Direct Memory Access - микросхема, позволяющая осуществлять передачу данных в/из оперативной памяти периферийным устройствам без участия центрального процессора).

Микросхема, отвечающая за вывод на дисплей, постоянно сканирует видеопамять, преобразует ее в форму, соответствующую интерфейсу дисплея, и формирует выходной сигнал, передаваемый по кабелю на дисплей (см. рис. 3.1). Если видеоплата оснащена аналоговым выходом, то в нее должен быть встроен цифро-аналоговый преобразователь, называемый RAMDAC - Random Access Memory Digital to Analog Converter. Так как информация о пикселях передается последовательно, то RAMDAC должен обладать достаточно высокой тактовой частотой, чтобы позволять выводить изображения высокого разрешения с достаточной частотой обновления. Например, изображение 1600Ч1200 для вывода с частотой 75 Гц требует частоты RAMDAC равной 1600Ч1200Ч75 = 144 МГц. Частота работы RAMDAC является важной характеристикой видеокарты.

Рис. 3.1 - Архитектура видеоподсистемы ПК

Рис. 3.2 - Пример отрисовки спрайтов

Также на видеоплате содержится графический процессор, способный быстро выполнять основные операции по работе с изображениями в видеопамяти, которые могут быть разделены на несколько классов.

Работа с прямоугольными блоками. Эта микросхема называется блиттер, потому что основная операция которую она производит - это BitBlt (Bit Block Transfer), то есть копирование прямоугольного блока изображения в другое изображение с возможным применением побитовых логических операций (И, ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ). Это часто используемая операция для помещения объектов произвольной формы, т.н. спрайтов, на изображение. Пример того, как это можно сделать с помощью двух BitBlt операций см. на рис. 3.2 (для понимания необходимо учесть, что пиксели черного цвета состоят из одних 0 битов, а белого - из одних 1 битов). Также видеокарта может поддерживать операцию StretchBlt, - это то же самое, что и BitBlt, но с растяжением по осям.

Растеризация примитивов позволяет производить растеризацию простейших объектов, таких как отрезки, окружности, эллипсы, прямоугольники, многоугольники. Также может поддерживаться заливка одноцветных зон другим цветом или по шаблону. При этом может использоваться и аппаратный антиалиасинг. Эти алгоритмы подробно рассмотрены в данной книге. К этой группе также можно отнести аппаратную поддержку отрисовки курсора.

Поддержка вывода символов. Этот блок отвечает за вывод символов на экран определенным шрифтом. Иногда шрифт можно варьировать или загружать из основной памяти свой. Данный блок активно используется, когда видеокарта находится в текстовом режиме, когда дисплей логически делится на определенное количество прямоугольных ячеек, чаще всего 80Ч25, в каждую из которых может быть помещен один символ из ограниченного поднабора ASCII. Вид каждого из этих символов определяется в специальной таблице видеокарты, которая может быть изменена. В настоящее время этот режим используется при загрузке ПК, а также при работе в режиме терминала (чаще используется в ОС Linux), см. рис. 3.2.

Аппаратное ускорение видео и фильтрация изображения. Кодирование и декодирование видео - очень ресурсоемкая операция, связанная с обработкой больших объемов данных. Некоторые видеокарты способны аппаратно декодировать видеопоток, т.е. последовательность сжатых видеоданных, которая соответствует определенному формату. Чаще всего это стандарт MPEG-2, которым закодированы фильмы на DVD. В современных видеокартах также начинает появляться поддержка Телевидения высокой четкости (англ. HDTV - High Definition Television). Также возможно и аппаратное масштабирование видео. Аппаратное отображение видео в части экрана носит название оверлея (англ. overlay). Некоторые видеокарты также могут аппаратно производить фильтрацию изображений (см. лекцию 8), а также осуществлять гамма-коррекцию (см. раздел 2.3).

Практически все современные видеокарты содержат также процессор обработки трехмерной графики, но эта тема выходит за рамки данной книги.

Дополнительно на той же плате часто выведены стандартные разъемы для подключения телевизоров и видеотехники (т.н. TV In/Out) и установлены микросхемы первичной обработки этой информации, в частности, YUV/RGB преобразования.

Некоторые современные видеокарты позволяют подключать сразу несколько дисплеев одновременно.

3.2 Представление изображений

Теперь следует подробнее остановиться на форматах представления растровых изображений в памяти. Обычно пиксели описываются набором неотрицательных целых чисел. Изображения обычно хранятся построчно; в каждой строке информация о пикселях упорядочена слева направо, а строки соответственно располагаются по порядку сверху вниз. При этом, как правило, каждая следующая строка начинается с границы машинного слова (при этом, возможно, конец предыдущей строки дополняется нулями), т.к. это оптимально для обработки процессором.

По глубине цвета изображения делятся на:

Глубина цвета в bpp

Название

Примечания

1

Монохромное

Представимы 2 цвета - черный и белый

8

Палитровое

Байт является индексом в таблице палитры, с помощью этой палитры представимо любое 256-элементное подмножество всех True Color цветов

8

Полутоновое (Оттенки серого)

Содержит только один канал интенсивности без цветовой информации с точностью 8 бит. Можно рассматривать как подвид палитрового, где элементы палитры соответствуют оттенкам серого

16

High Color

Полноцветное, количество бит на каждую компоненту R-G-B: 5-5-5 (т.е. на самом деле 15 бит, один не используется) или 5-6-5

24

True Color

Полноцветное, на каждую из RGB компонент по 8 бит

32

True Color

То же самое, что и предыдущее, только добавляется еще один байт для выравнивания информации по машинному слову. Этот байт может также использоваться как альфа-канал, т.е. задавать степень прозрачности

2- и 4-битные режимы CGA и EGA, применявшиеся в ПК в 1980-х гг., но устаревшие на данный момент, в таблице не представлены.

В палитровом 8-битном режиме преобразование из палитрового в отображаемый цвет выполняется аппаратно устройством RAMDAC, в регистрах которого и содержится палитра. Этот режим сейчас уже мало используется из-за слишком ограниченного количества одновременно отображаемых цветов.

Как нетрудно подсчитать, True Color позволяет представить 16,7 млн возможных оттенков, чего вполне достаточно для полноценного восприятия человеком большинства фотографий. В то же время, в некоторых случаях заметна недостаточность диапазона яркости. Серьезной проблемой является также потеря точности при операциях над пикселями с целочисленным описанием. Например, при работе в True Color режиме сначала уменьшим яркость в два раза, а затем увеличим. При этом младший значащий бит каждого компонента обнулится, т.к. сначала биты были сдвинуты вправо, а потом обратно влево с дополнением 0. Поэтому, несмотря на то, что графическая подсистема ПК пока может воспроизводить изображения с не более чем 8 бит/канал, некоторые программы обработки изображений имеют режим 16 бит/канал (48 bpp), служащий для предотвращения потери точности при редактировании.

К тому же некоторые из устройств ввода, рассмотренных выше, позволяют получать изображения с большей глубиной цвета. Некоторые high-end видеокарты уже способны работать с точностью 10 и 12 бит/канал (т.е. 30 и 36 bpp).

В последнее время становится достаточно популярной концепция Изображений с увеличенным динамическим диапазоном (англ. HDRI - High Dynamic Range Images), которые могли бы одновременно описывать очень разную степень освещенности, комбинируя, например, съемку фотоаппаратом сразу с несколькими значениями экспозиции. Во многих реализациях каждый канал описывается числом с плавающей точкой одинарной точности (размером 32 бита). Современные дисплеи могут однако показывать такие изображения только с определенной экспозицией.

3.3 Программный интерфейс

Самые первые ПК, появившиеся в начале 1980-х годов, работали исключительно в текстовом режиме. В этом режиме наименьшим примитивом при выводе на дисплей является символ целиком, а не отдельные пиксели. Хотя можно было управлять видом этих символов, загрузив соответствующие монохромные растры в специальную таблицу видеокарты.

Рис. 3.3 - Текстовый режим в ОС Linux

Потом появились карты с графическими возможностями. В связи с малым размером адресного пространства (1 Мб) процессора Intel 8086 приходилось отображать только часть видеопамяти в адресное пространство процессора и специальными командами задавать, какая именно это часть. Такая технология получила название bank switching. Команды видеокарте посылались путем прерываний или записи информации непосредственно в ее аппаратный порт. Для использования дополнительных возможностей видеокарт разработчикам прикладных программ и игр приходилось самим реализовывать простейшие операции для каждого их типа, т.к. поддержка видеокарт со стороны ОС была минимальной.

С появлением ОС с графическим интерфейсом ситуация изменилась. Прослойка между прикладной программой и аппаратурой стала "толще". Непосредственно на низком уровне видеокартой управляет ее драйвер - программа, поставляемая, как правило, самой фирмой-разработчиком видеокарты. А прикладная программа обращается к нему через вызовы четко определенного общего для всех драйверов абстрактного интерфейса (англ. API - Application Programming Interface). Таким образом, появилась аппаратная независимость, что явилось важным шагом вперед, с учетом все более разраставшегося множества видеокарт с ограниченной совместимостью друг с другом.

Рис. 3.4 - Графический интерфейс ОС Windows XP

Типичные функции такого интерфейса включают в себя как раз операции блиттинга и растеризации примитивов, а также работу с палитрами, хотя сейчас палитры уже почти не используются.

В UNIX-подобных ОС графический интерфейс предоставляется системой X Windows, работающей по принципу "клиент-сервер". Программа-клиент отправляет какой-либо запрос API по сети (хотя для самой программы это выглядит как просто вызов функции); получив этот запрос, программа-сервер отвечает за его исполнение. Хотя такая схема и является гибкой (можно, например, иметь несколько дисплеев у одного компьютера или, наоборот, много компьютеров, подключенных к одному дисплею), но в то же время она требует и дополнительных затрат на передачу данных по сетевому протоколу. На самом деле, в ПК не используется эта гибкость, а все запросы передаются в рамках одной системы (через разделяемую между процессами клиента и сервера память).

3.4 Дисководы

В приводе флоппи-диска (гибкого диска, или просто дискеты) имеются два двигателя: один обеспечивает стабильную скорость вращения вставленной в накопитель дискеты, а второй перемещает головки записи-чтения. Скорость вращения первого двигателя зависит от типа дискеты и составляет от 300 до 360 об/мин. Двигатель для перемещения головок в этих приводах всегда шаговый. С его помощью головки перемещаются по радиусу от края диска к его центру дискретными интервалами. В отличие от привода винчестера головки в данном устройстве не <парят> над поверхностью флоппи-диска, а касаются ее. Работой всех узлов привода управляет соответствующий контроллер.

Стандартным интерфейсом для всех приводов в IBM-совместимых компьютерах является SA-400 (Shugart Associates), контроллер которого соединен с накопителями посредством 34-контактного кабеля. На приводе дисков с форм-фактором 5,25 дюйма используется <ножевой> (печатный) разъем, а на приводе дисков 3,5 дюйма - обычный штырьковый разъем-вилка. Для подключения разных типов дисководов предназначены обычно комбинированные кабели с четырьмя разъемами, включенными попарно. На обычном интерфейсном кабеле для крайнего разъема проводники на контактах с 10-го по 16-й перекручены. При использовании <прямого> кабеля надо обязательно изменить установку перемычек на приводе, определяющих его номер (DS1-DS4). Некоторые BIOS компьютеров позволяют программно изменять назначение физического адреса: <первый> (A:) и <второй> (B:) привод. В отличие от винчестеров, для флоппи-дисководов порядок накопителя (A: или B:) определяется именно положением устройства на кабеле.

Для каждого из типоразмеров дискет (5,25 или 3,5 дюйма) существуют свои специальные приводы соответствующего форм-фактора.

3.5 Флоппи-диски (дискеты)

В настоящее время дискеты используются как самое дешевое средство резервного копирования (объемом информации не более 10 Мбайт), а также для переноса данных с одного ПК на другие, в том числе с портативных на стационарные ПК.

Дискеты каждого типоразмера (5,25 и 3,5 дюйма) бывают обычно двусторонними (Double Sided, DS), односторонние давно стали анахронизмом. Плотность записи может быть различной: одинарной (Single Density, SD), двойной (Double Density, DD) и высокой (High Density, HD). Поскольку об одинарной плотности уже мало кто вспоминает, такую классификацию обычно упрощают, говоря только о двусторонних дискетах двойной плотности (DS/DD, емкость 360 или 720 Кбайт) и двусторонних дискетах высокой плотности (DS/HD, емкость 1,2, 1,44 или 2,88 Мбайта).

Дискеты бывают форматированные и неформатированные. Хотя форматированные в заводских условиях дискеты немного дороже неформатированных, пользователю не придется тратить время на их форматирование, а кроме того, они прошли дополнительное тестирование. Неформатированные дискеты форматируются на ПК посредством специальных программ, входящих в комплект утилит операционной системы или другого стандартного набора утилит (например, Norton Utilities). Эти программы предлагают, как правило, стандартный набор параметров форматирования. На дискетах предусмотрена возможность защиты от записи.

Чаще всего используются 3,5-дюймовые дискеты. Их магнитный диск помещен в прочный пластмассовый корпус. Зона контакта магнитных головок с поверхностью диска закрыта специальной шторкой (задвижкой), отодвигаемой только внутри накопителя. Скорость чтения/записи для 3,5-дюймового дисковода составляет около 63 Кбайт/с, среднее время поиска - порядка 80 мс. На диске располагается 80 дорожек (хотя некоторые программы форматирования позволяют использовать технологические дорожки 80, 81 и 82 для повышения емкости диска).

3.6 Стримеры

Под стримером (streamer) обычно понимается накопитель на магнитной ленте (НМЛ), имеющий лентопротяжный механизм, который работает в инерционном режиме. Суть этого режима состоит в том, что длина отрезка магнитной ленты, проходящей мимо головки при остановке или перезапуске, превышает длину промежутка между блоками информации, записанными на ней. Вследствие этого после остановки ленту необходимо вернуть (перемотать) назад, и только выполнив эту операцию, можно перейти к следующему сеансу работы с лентой.

При передаче больших объемов данных (десятки и тысячи килобайт) инерционный режим обладает неоспоримыми преимуществами перед применявшимся ранее старт-стопным режимом работы, так как в этом случае ленты могут обрабатываться на значительно более высокой скорости. Так как инерционный режим может использовать очень короткие промежутки между блоками информации, хранимый объем данных на ленте фиксированной длины может быть увеличен. Не следует, однако, забывать об основном недостатке этого режима - сравнительно большом времени повторного позиционирования (обычно 0,1 - 2 с). Именно поэтому использующие инерционный режим лентопротяжные механизмы (стримеры) применяются в основном для операций резервного копирования и архивирования данных с жестких дисков (backup).

Обычно современные стримеры используют не отдельные бобины с лентой, а специальные кассеты - картриджи. Они различаются по внутреннему устройству и по ширине самой ленты и носят следующие названия: четвертьдюймовые картриджи QIC (Quarter Inch Cartridge), Travan-стримеры, 8-мм картриджи, 4-мм картриджи DAT (Digital Audio Tape), 8-мм картриджи DLT (Digital Linear Tape). При записи информации на ленту контроллер стримера или ПО архивирования пытаются сжимать записываемую информацию, поэтому в качестве скорости записи и емкости картриджа принято указывать величины, вдвое превышающие настоящие скорости. Это не совсем соответствует действительности, так как при записи на ленту, например, архивов дополнительное сжатие приводит не к уменьшению, а скорее к увеличению объема записываемой информации.

3.7 QIC-стримеры

Организация QIC (Quarter Inch Committee), разрабатывающая стандарты для стримеров с QIC-картриджами, находится в Санта-Барбаре (шт. Калифорния). Стандартами этой организации определяются: интерфейс между компьютером и стримером, формат ленты, необходимое количество головок, методы кодирования, коды и алгоритмы коррекции данных, а также SCSI-команды для накопителей, использующих этот интерфейс.

Усилия QIC направлены на то, чтобы запись на ленте стримера одного производителя могла читаться на стримере другого производителя. В настоящее время неким стандартом для четвертьдюймовых лент стали картриджи DC2000. Приводы, отвечающие спецификациям QIC-40/80, могут подключаться к интерфейсу накопителя на флоппи-дисках . Емкость сжатых данных на одной кассете в этом случае не превышает 250 Мбайт. Емкость картриджа стандарта QIC-3010 с интерфейсом накопителя IDE/ATAPI достигает 680 Мбайт, а картриджа стандарта QIC-3020 - 1,3 Гбайта. Устройства QIC-3010 и QIC-3020 могут читать кассеты, записанные на приводах QIC-40/80, а QIC-3020 - также ленты с накопителей QIC-3010. Все рассмотренные накопители имеют форм-фактор 3,5 дюйма и могут иметь как внешнее, так и встроенное исполнение.

DAT и DLT и другие стримеры большой емкости

В отличие от линейной записи, применяемой в QIC-устройствах , в 4- и 8-мм устройствах DAT (Digital Audio Таре) используется технология спирального сканирования (как в видеомагнитофонах). При спиральной записи головка вращается относительно облегающей ее при движении ленты с большой линейной скоростью, что повышает плотность записи информации. Накопители DAT выпускают компании Exabyte, Sony, Tecmar. Емкость картриджей DAT достигает 8 Гбайт, средняя скорость обмена несжатыми данными не превышает 1,5 Мбайт/с.

Накопители с 8-мм лентой EXATAPE выпускает компания Exabyte. В них также применяется спиральное сканирование. Емкость картриджей достигает 40 Гбайт, скорость их передачи достигает 6 Мбайт/с.

В технологии DLT (Digital Linear Tape), разработанной корпорацией Digital Equipment и выкупленной у нее компанией Quantum, используется запатентованная головка считывания/записи с шестью направляющими роликами, всего одна катушка и линейное перемещение ленты. В состав семейства стримеров DLT входят модели DLT 2000XT/4000/7000 с картриджами емкостью 15/20/35 Гбайт. Скорость передачи данных составляет 5 Мбайт/с. К достоинствам устройств DLT относится их высокая надежность. Среднее время наработки на отказ DLT-привода составляет 200 тыс. часов в условиях непрерывной эксплуатации. В будущем Quantum планирует выпустить семейство устройств под общим названием Super DLTtape, которое будет обладать емкостью от 100 до 500 Гбайт и сможет обеспечивать скорость передачи информации от 10 до 40 Мбайт/с.

Перечисленные решения не исчерпывают всего многообразия высокоскоростных стримеров, однако их стоимость делает их практически недоступными для массового пользователя. Сфера их применения - системы резервного копирования масштаба подразделения или предприятия.


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.