Архитектура вычислительной системы. Типы мониторов и их возможности и различия

Национальная Академия Наук Кыргызской Республики

Институт физико-технических проблем и материаловедения

Реферат по информатике

Тема: Архитектура вычислительной системы. Типы мониторов и их возможности и различия

СОДЕРЖАНИЕ

1. МНОГОМАШИННАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭВМ ПО НАЗНАЧЕНИЮ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫМ ВОЗМОЖНОСТЯМ

3. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ЛОГИЧЕСКИ ЭЛЕМЕНТОВ

4. ТИПЫ МОНИТОРОВ И ИХ ВОЗМОЖНОСТИ И РАЗЛИЧИЯ

1. МНОГОМАШИННАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

Вычислительная система (ВС) - совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенная для сбора, хранения, обработки и распределения информации.

Создание ВС преследует следующие основные цели:

· повышение производительности системы за счет ускорения процессов обработки данных;

· повышение надежности и достоверности вычислений;

· предоставление пользователям дополнительных сервисных услуг и т.д.

Отличительной особенностью ВС по отношению к классическим ЭВМ является наличие в ней нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку.

Параллелизм выполнения операций существенно повышает быстродействие системы; он может также значительно повысить и надежность (при отказе одного компонента системы его функции может взять на себя другой), и достоверность функционирования системы, если операции будут дублироваться, а результаты их выполнения сравниваться.

Параллелизм в вычислениях в значительной степени усложняет управление вычислительным процессом, использование технических и программных ресурсов. Эти функции выполняет операционная система ВС.

Несмотря на то, что классическим является многомашинный вариант ВС, в ВС может быть только один компьютер, но агрегированный с многофункциональным периферийным оборудованием (стоимость периферийного оборудования часто во много раз превосходит стоимость центральных устройств компьютера). В компьютере может быть как несколько процессоров (тогда имеет место также классический многопроцессорный вариант ВС), так и один процессор (если не брать в расчет специализированные процессоры, входящие в состав периферийных устройств).

В многомашинной вычислительной системе несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеет общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную). Каждый компьютер в многомашинной системе имеет классическую архитектуру, и такая система применяется достаточно широко. Однако эффект от применения такой вычислительной системы может быть получен только при решении задач, имеющих очень специальную структуру: она должна разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько компьютеров в системе.

2.КЛАССИФИКАЦИЯ ЭВМ ПО НАЗНАЧЕНИЮ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫМ ВОЗМОЖНОСТЯМ

Электронная вычислительная машина (ЭВМ), компьютер - комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

ЭВМ можно классифицировать по ряду признаков, в частности:

· физическому представлению обрабатываемой информации;

· поколениям (этапам создания и элементной базе);

· сферам применения и методам использования (а также размерам и вычислительной мощности).

По сферам применения и методам использования ЭВМ можно разделить на следующие группы (рис).

3. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Логический элемент компьютера -- это часть электронной логической схемы, которая реализует элементарную логическую функцию.

Логическими элементами компьютеров являются электронные схемы И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ и другие (называемые также вентилями), а также триггер.

С помощью этих схем можно реализовать любую логическую функцию, описывающую работу устройств компьютера. Обычно у вентилей бывает от двух до восьми входов и один или два выхода.

Чтобы представить два логических состояния -- “1” и “0” в вентилях, соответствующие им входные и выходные сигналы имеют один из двух установленных уровней напряжения. Например, +5 вольт и 0 вольт.

Высокий уровень обычно соответствует значению “истина” (“1”), а низкий -- значению “ложь” (“0”).

Каждый логический элемент имеет свое условное обозначение, которое выражает его логическую функцию, но не указывает на то, какая именно электронная схема в нем реализована. Это упрощает запись и понимание сложных логических схем.

Работу логических элементов описывают с помощью таблиц истинности.

Таблица истинности это табличное представление логической схемы (операции), в котором перечислены все возможные сочетания значений истинности входных сигналов (операндов) вместе со значением истинности выходного сигнала (результата операции) для каждого из этих сочетаний.

С х е м а И

Схема И реализует конъюнкцию двух или более логических значений.

Условное обозначение на структурных схемах схемы И с двумя входами представлено на рис. 3.1. Таблица истинности -- в таблице 3.1.

Единица на выходе схемы И будет тогда и только тогда, когда на всех входах будут единицы. Когда хотя бы на одном входе будет ноль, на выходе также будет ноль.

Связь между выходом z этой схемы и входами x и y описывается соотношением: z = x?y (читается как "x и y").

Операция конъюнкции на функциональных схемах обозначается знаком “&” (читается как "амперсэнд"), являющимся сокращенной записью английского слова and.

С х е м а ИЛИ

Схема ИЛИ реализует дизъюнкцию двух или более логических значений.

Когда хотя бы на одном входе схемы ИЛИ будет единица, на её выходе также будет единица.

Условное обозначение схемы ИЛИ представлено на рис. 3.2. Знак “1” на схеме -- от устаревшего обозначения дизъюнкции как ">=1" (т.е. значение дизъюнкции равно единице, если сумма значений операндов больше или равна 1). Связь между выходом z этой схемы и входами x и y описывается соотношением: z = x v y (читается как "x или y"). Таблица истинности -- в табл. 3.2.

С х е м а НЕ

Схема НЕ (инвертор) реализует операцию отрицания. Связь между входом x этой схемы и выходом z можно записать соотношением z = , где читается как "не x" или "инверсия х".

Если на входе схемы 0, то на выходе 1. Когда на входе 1, на выходе 0. Условное обозначение инвертора -- на рисунке 3.3, а таблица истинности -- в табл. 3.3.

С х е м а И - НЕ

Схема И-НЕ состоит из элемента И и инвертора и осуществляет отрицание результата схемы И.

Связь между выходом z и входами x и y схемы записывают следующим образом: , где читается как "инверсия x и y".

Условное обозначение схемы И-НЕ представлено на рисунке 3.4. Таблица истинности схемы И-НЕ -- в табл. 3.4.

Схема ИЛИ - НЕ

Схема ИЛИ-НЕ состоит из элемента ИЛИ и инвертора и осуществляет отрицание результата схемы ИЛИ.

Связь между выходом z и входами x и y схемы записывают следующим образом: , где , читается как "инверсия x или y". Условное обозначение схемы ИЛИ-НЕ представлено на рис. 3.5.

Таблица истинности схемы ИЛИ-НЕ -- в табл. 3.5.

Еще не забыты те времена, когда при выборе монитора для домашнего или даже офисного использования в основном ориентировались на 15 дюймовые модели CRT-мониторов. Тогда аналогичные (по размерам диагонали) модели LCD-мониторов (Liquid Crystal Display - жидкокристаллический дисплей) не только не могли конкурировать по качеству изображения, но и их цена была просто не достижима для рядового пользователя (в середине 2000 года цена на самые дешевые 15' модели была на уровне 1000$). Но прошло всего несколько лет и, в результате прогресса в области производства ЖК-панелей, произошли значительные изменения на рынке мониторов для широкого круга пользователей. Сегодня 15 и даже 17 дюймовые модели LCD-мониторов для настольных компьютеров в ценовом плане выглядят намного привлекательней своих предшественников и начинают получать все большее распространение. Но многие скажут, что цена это не главное и с ними нужно согласиться ведь от качества и безопасности монитора зависит здоровье его хозяина, а цена это уже второстепенный фактор при покупке монитора.

Для начала немного ознакомимся с технологиями производства плоских дисплеев, сравним их и рассмотрим преимущества и недостатки ЖК-панелей (в мире нет ничего идеального), а уже после обсудим новую линейку TFT LCD мониторов от компании Samsung Electronics (SyncMaster 151B/151BM/151S).

Плоские дисплеи

Полезно будет ознакомиться и сравнить некоторые типы плоских дисплеев: жидкокристаллические LCD, плазменные PDP (Plasma Display Panel), электролюминесцентные ELD (Electro Luminescent Display), FED (Field Emission Display) и др. Сегодня они в центре внимания как информационные средства XXI века - эры охраны окружающей среды, низкого энергопотребления и шума.

1. Плазменные панели

В плазменных панелях для получения изображения используется эффект газового разряда. FED-дисплеи относятся к следующему поколению плоских мониторов, обладающему существенно более низким энергопотреблением, меньшей толщиной, и сравнимы по качеству изображения с лучшими образцами мониторов на ЭЛТ. Этот тип мониторов начал осваиваться в США и Европе в ответ на прорыв Японии в области ЖК мониторов. Основы технологии FED дисплеев были заложены в начале 90-х годов, в период интенсивного развития полупроводниковой техники.

FED-дисплеи имеют много преимуществ в сравнении с жидкокристаллическими - матричная адресация, малые вес и толщина. Более того, у них лучшие яркость, цветопередача, и все условия быстрее догнать мониторы на ЭЛТ. Благодаря особой матрице у них есть основания встать в ряд плоских дисплеев нового поколения.

2. Жидкокристаллический LCD дисплей.

В жидкокристаллическом (ЖК) дисплее материал помещен между двумя стеклянными панелями. При этом используются электрооптические свойства жидкого кристалла, помещенного в электрическом поле. От других типов дисплеев он отличается тем, что использует свет от внешнего источника. ЖК-дисплей может быть изготовлен очень тонких пленок и потребляет весьма мало энергии. Жидкий кристалл - промежуточное состояние между жидкой и твердой фазами вещества - проводит или не проводит свет в зависимости от приложенного к нему напряжения или температуры. Отсюда следует, что, управляя напряжением или температурой в определенной области, можно создавать яркие изображения.

Несмотря на очевидные преимущества в размерах и энергоэффективности, применению ЖК мониторов сопутствует ряд нерешенных проблем: контрастность, увеличение угла обзора, довольно высокая стоимость.

3. ЖК дисплеи с активной матрицей.

ЖК дисплеи с активной матрицей (AM-LCD) используют описанный выше принцип действия для элементов каждого цвета. Цветовоспроизводящие элементы в таком дисплее влияют друг на друга. Для устранения этого недостатка используются магнитодиоды.

4. Тонкопленочные транзисторные (TFT) ЖК дисплеи.

В тонкопленочных полупроводниковых жидкокристаллических мониторах TFT LCD (Thin Film Transistor Liquid Crystal Display) жидкокристаллическое вещество расположено между двумя слоями стекла. Свет проходит через кристаллы в соответствии с направлением, в котором повернуты их молекулы. Поляризационные фильтры регулируют проходящий через них свет. При подаче напряжения молекулы кристалла занимают положение, при котором свет встречается с поляризационным фильтром прямо или под углом 90°. Напряжение заставляет жидкие кристаллы работать подобно затвору камеры, блокируя или разрешая прохождение света сквозь фильтры. Высокая эффективность мониторов TFT LCD обусловлена малым расходом материалов и энергии. Высокий КПД и низкий уровень электромагнитного излучения позволяет отнести эти мониторы к разряду устройств, "дружелюбных" к окружающей среде.
В TFT LCD дисплеях для каждого цветового элемента используется 1 транзистор и 1 конденсатор, которые обеспечивают подачу напряжения на элемент в период включенного состояния транзистора. Закрытый транзистор изолирует элемент до момента следующего своего включения. Для создания изображения здесь используется свойство ЖК вещества проводить или блокировать свет в зависимости от приложенного напряжения.

Масштабирование изображения при многорежимной работе

Для мониторов Samsung TFT рекомендуемое разрешение XGA (1024х768) и SXGA (1280х1024), кроме того, эти мониторы обеспечивают поддержку полноэкранных расширенных режимов SVGA и VGA. Однако при разрешении, соответствующем режиму SVGA и меньшем, символы и изображения могут получиться грубыми и нестабильными. Причина в том, что базовое число пикселей для 14" и 15" TFT панелей было выбрано для режима XGA. Поэтому для воспроизведения изображений в режимах SVGA или VGA они должны быть подвергнуты преобразованию. Решение данной проблемы лежит в сфере конкурентоспособности фирмы в данной рыночной ситуации. Компания Samsung Electronics предприняла специальные меры к тому, чтобы обеспечить качественное изображение при многорежимной работе монитора. Разработана и реализована функция усовершенствованного масштабирования изображения (Image Enhancement Function), которая, используя метод нелинейной интерполяции для увеличения картинки, позволяет получить ее качественное воспроизведение при разрешении, отличном от базового.

Плюсы и минусы на которые необходимо обратить внимание при выборе монитора

Плюсы:

1. Практически полное отсутствие излучения.

Это одна из главных особенностей LCD-мониторов. В любом современном CRT-мониторе кроме электромагнитного присутствует и рентгеновское излучение(возникает при столкновении электрона с поверхностью), что в совокупности очень пагубно влияют на здоровье пользователя.

2. Отсутствие мерцания изображения.

Не утомляется зрение и не создается нервное напряжение, в отличие от CRT-мониторов. В LCD-мониторах изображение обновляется построчно, поэтому оно не дрожит практически при любом разумном значении частоты кадровой развертки.

3.Плоское изображение по всем направлениям

Сначала, после перехода с CRT-монитора, возникает странное чуство, что экран LCD-монитора вогнут внутрь, но через некоторое время работы с ним это ощущение исчезнет.

4.Четкость и идеальная геометрия изображения (Но только в одном режиме, который соответствует физическому разрешению матрицы).

Отсутствуют такие недостатки, присущие некоторым CRT-мониторам, как несведение и расфокусировка лучей, которые приводят к возникновению расплывчатости изображения. Также отсутствую любые геометрические искажения. При использовании монитора в разрешениях отличных от разрешения матрицы происходит преобразования изображения, для этого существуют два метода:

a)центрирование (Centering) - для отображения изображения используется только то количество пикселей, которое необходимое для формирования изображения с более низким разрешением(изображение занимает только необходимое количество пикселей по середине экрана);

b) растяжение (Расширение)- используются все пиксели экрана, но из-за этого возникают незначительные искажения, и ухудшается резкость изображения.

Невозможность одинаково работать в разрешениях отличных от физического разрешения матрицы можна в какой-то мере отнести и к недостаткам. При выборе монитора надо брать, тот у которого физическое разрешение матрицы соответствует тому разрешению, с которым Вы собираетесь работать

5. Частота обновления (инертность).

Если у пассивных матриц это недостаток, то для активных матриц, которые используются для производства ЖК-мониторов для персональных компьютеров, это скорее преимущество над своими собратьями. Современные LCD-мониторы позволяют свободно играть в динамические игры и смотреть видеофильмы.

6. Размер ЖК-панели соответствует видимой области экрана.

В отличии от CRT-мониторов, у которых размер видимой пользователем области экрана меньше (в среднем на 1") чем размер трубки.

7. Небольшие габаритные размеры монитора.

Что позволяет сохранить драгоценное свободное место на Вашем рабочем столе. А малый вес монитора позволяет свободно расположить его на стене как картину.

8. Возможность поворота экрана на 90° с одновременным разворотом изображения

(Данная особенность присутствует лишь у части LCD-мониторов) Обычный альбомный (Landscape) дисплей легко превращается в портретный (Portrait). Это очень удобно при работе с большими документами (на экране можно полность уместить лист формата А4) и Web-страницами. Поворот самого изображения осуществляется при помощи специального программного, которое поставляется вместе с монитором. Существуют также модели CRT-мониторов с возможностью поворота экрана, но встречаются они очень редко.

Возможные минусы:

"Возможные" так как плюсы, о которых было сказано выше, есть всегда, а минусы могут появляться в зависимости от отдельного экземпляра или производителя монитора.

1. Яркость.

С яркостью связаны несколько недостатков у LCD-мониторов. Первый недостаток это недостаточный запас яркости у некоторых моделей мониторов, что негативно сказывается на качестве изображения. Второй проявляется при использовании не одной, а двух или более ламп подсветки LCD-мониторов. При этом довольно сложно добиться равномерного распределения яркости изображения по всей площади экрана. Возникающие светлые и темные пятна хорошо заметны на равномерном сером фоне. Допустимым считается разница яркостей отдельных участков экрана до 25%(критерий меняется в зависимости от производителя). Также у мониторов с диагональю 14" и более экран состоит не из одной, а из двух матриц, что еще более усиливает неравномерность яркости изображения. Чтобы определить, подходит ли Вам яркость конкретного экземпляра необходимо сравнить его с собратьями.

2. Контрастность.

Определяется отношением яркостей между самым ярким белым и самым темным черным цветом на экране LCD-монитора. Некоторые дисплеи довольно сильно страдают от недостатка глубины контраста. Контрастное соотношением 120:1 считается хорошим (обеспечивает воспроизведение живых насыщенных цветов). На данный момент уже довольно много LCD-мониторов, что имеют контрастные соотношения 300:1 и выше, которое используется для точного отображения черно-белых полутонов.

3. Недостаточные углы обзора.

Активные ЖК-матрицы (как и другие их разновидности) обладают довольно неприятным эффектом, который проявляется при взгляде на матрицу под углом, превышающим определенное значение, тогда цвета становятся бледными или искажаются. Суть проблемы в том, что оптическая система, формирующая яркость каждого пикселя экрана, имеет конкретные углы, гарантирующие полное прохождение светом от источника всех ее составляющих. ЖК-мониторы с низкими допустимыми углами обзора довольно неудобны в работе, так как приходится постоянно следить за положением глаз относительно экрана монитора. Но со временем допустимые углы обзора у новых ЖК-мониторов имеют все большие значения.

4. Неработающие или заклинившие пиксели.

Технология создания TFT очень сложна из-за того, что число используемых транзисторов очень велико и довольно сложно добиться приемлемого процента годных изделий (в мониторах компании Samsung Electronics используются тонкопленочные ЖК-панели, произведенные с точностью 99,999%). Для матрицы с физическим разрешением 1024х768 (практически все 15" ЖК-мониторы) суммарное количество транзисторов равно 3*1024*768=2359296 штук. Для выявления неработающих (всегда черные или ярко белые точки - самые раздражающие из дефектных) и заклинивших пикселей (точки, которые на белом фоне светятся красным, зеленым или синим цветом) необходимо получить на экране монитора абсолютно черный, белый, красный, зеленый и синий фон на которых будут хорошо заметны все виды неработающих или заклинивших пикселей, которые, в зависимости от цвета на экране, будут значительно отличаться от своих соседей.

Производители устанавливают нормы на предельное количество транзисторов, которые могут быть нерабочими в LCD-дисплее. Правда, у каждого производителя свое мнение о том, какое количество транзисторов может не работать. Компанией Samsung Electronics для ЖК-мониторов введены следующие нормативы по количеству неработающих пикселов для 15" мониторов (при наличии большего количества дефектных пикселей мониторы подлежат замене): темные точки - 7шт., светлые точки - 1шт.(данные на момент написания статьи, в дальнейшем могут измениться в меньшую сторону). При выборе монитора желательно просмотреть несколько экземпляров и выбрать тот, у которого наименьшее количество дефектных пикселей.

5. Разбалансировка фазы, проблема синхронизации сигналов.

На качество изображения LCD-мониторов сильно влияет настройка таких параметров, как синхронизация и фаза. Контроллер LCD-монитора, для определения числа пикселов в строке, использует стробирующий синхросигнал, частота которого должна соответствовать частоте сигнала, поступающего от графического адаптера. Если они не совпадают на экране могут появиться чередующиеся вертикальные светлые и темные полосы, изображение может начать дрожать или вообще схлопывается в одну линию. Фаза же отвечает за фокусировку изображения. Результатом разбалансировки фазы могут быть дрожание экрана и едва заметные быстро бегущие горизонтальные темные полосы. Разбалансировку фазы при обычной работе заметить довольно сложно. Поэтому для проверки правильности настройки фазы необходимо получить на экране монитора равномерный светло-серый фон и тогда при разбалансированной фазе будет хорошо видна рябь, возникающая из-за быстро бегущих темных горизонтальных полос. Также, характерную разбалансированной фазе, рябь можно заметить, если при использовании ОС Windows в "Панели задач/Taskbar" раскрыть меню "Пуск/Start" и выбрать подменю "Завершить работу/Shut Down". Необходимо обязательно сделать проверку фазы и попытаться избавиться от искажений изображения на экране, если такие присутствуют, и если это не удается сделать, то отказаться от покупки данного экземпляра.

6. Двойное преобразование сигнала.

CRT-мониторы являются аналоговыми устройствами, поэтому в обычных персональных компьютерах устанавливаются видеокарты с аналоговым выходом. А LCD-мониторы - полностью цифровые устройства, но так как с видео карты имеют аналоговый выход производители вынуждены обеспечивать совместимость LCD-мониторов c CRT-мониторами, а в результате соединение цифрового монитора с компьютером осуществляется при помощи аналогового преобразователя. Первоначально цифровой сигнал преобразуется в аналоговый в видеокарте (первое, ЦАП-преобразование), а затем аналоговый сигнал трансформируется в цифровой аналогово-цифровым преобразователем самого LCD-монитора (второе, АЦП-преобразование). При этом возможно появление различных искажений и значительно повышается стоимость, как самой видеокарты, так и монитора (в результате пользователи платят дополнительные деньги за дополнительное ухудшение качества).

На данный момент уже существуют модели с цифровыми интерфейсами, но они распространены еще меньше чем сами LCD-мониторы.