Информатика. Лекции. Краткая история компьютерной техники Первые компьютеры: Z3, Colossus, eniac
| Вид материала | Лекции |
- Лекция Развитие компьютерной техники, 430.69kb.
- 1. Что такое информатика?, 205.32kb.
- Положение о проведении Всероссийского игрового конкурса «Кит компьютеры, информатика,, 59.05kb.
- Учебной дисциплины «Компьютерная графика» для направления 010400 «Прикладная математика, 36.03kb.
- Урок подготавливается и проводится учителем информатики совместно с учителем предметником, 138.11kb.
- Врассказе «Краткая история парикмахерского дела», 191.64kb.
- Передача информации между компьютерами существует, наверное, с самого момента возникновения, 65.58kb.
- Характеристика предмета «Радиоприемные устройства», взаимосвязь с другими, 3189.29kb.
- Реферат по информатике История вычислительной техники, 158.06kb.
- Общие принципы построения вычислительных сетей, 1480.56kb.
В заключение стоит сказать несколько слов об основном конкуренте технологии объемного звучания ЕАХ, которым до 2001 года был стандарт A3D (Aureal 3-Dimensional).
Специалисты фирмы Aureal Semiconductor в течение десяти лет работали над созданием трехмерного позиционируемого звука на двух акустических системах по заказу NASA. В 1996 году технология A3D была анонсирована, в январе 1997 года запатентована, а в ноябре того же года представлена публике. Сразу после выхода A3D получила широкую поддержку разработчиков, но прожил этот закрытый стандарт совсем недолго. В середине 2000 года компания Aureal объявила о банкротстве и в 2001 году прекратила свое существование. Все ее патенты и прочую интеллектуальную собственность выкупила Creative. На этом история технологии A3D завершилась, ее место занял стандарт ЕАХ, в новых версиях которого используются среди прочего и наработки Aureal.
Технология AC97
Наметившаяся в последнее время тенденция встраивать в чипсет материнских плат некоторые устройства, бывшие ранее самостоятельными (наиболее яркий пример — сетевой адаптер), не обошла стороной и звуковые карты.
Встраивание звуковых чипов стало возможным в конце 1997 – начале 1998 года, когда компания Intel представила спецификацию для аудио- и модемных кодеков, чтобы стандартизировать возможности подключения аналоговых (звуковых) устройств. Спецификация получила название AC'97 (Audio Codec'97). Претерпевая серьезные обновления и дополнения, данная спецификация продолжает существовать и по сегодняшний день, вот уже почти 10 лет.
Одним из самых важных нововведений технологии AC'97 стало разделение функций АЦП/ЦАП-преобразования и DSP-обработки. И если АЦП/ЦАП-преобразования должны были реализовываться с помощью аппаратной микросхемы-кодека, то функции DSP-обработки решено было «переложить» на выделенный чип – им мог выступать южный мост набора системной логики. В то же время вся тяжесть выполнения алгоритмов обработки звука ложилась целиком и полностью на центральный процессор, чем и достигалось радикальное удешевление звукового решения, что позволяло интегрировать его непосредственно на материнскую плату без существенного повышения ее стоимости.
Производством AC'97-кодеков сейчас занимается довольно много сторонних компаний, специализирующихся на разработке интегральных схем ЦАП/АЦП, таких как Analog Devices, Cirrus Logic (Crystal), C Media, Realtek (Avance Logic), Sigmatel, VIA, Wolfson и другие. При этом уровень звучания варьируется от модели к модели, и на сегодняшний день среди них можно встретить как однозначно устаревшие продукты, так и довольно удачные решения, обладающими высоким качеством звука.
О качестве звука стоит сказать несколько слов отдельно. Встраиваемый звук многие молодые электронные музыканта пренебрежительно называют «впайка», непоколебимо считая, что «на впайке» приличного звука добиться нельзя, и уж конечно нельзя написать ничего достойного выпуска на западном лейбле. Мы не будем никого переубеждать в этой главе, приводить сравнительные характеристики, анализы, тесты, чертить амплитудно-частотные характеристики. Лишь скажем, что известны не просто единичные случаи написания успешных работ на встроенном звуке, но и регулярный выпуск треков, сделанных «на впайке», на ведущих электронных лейблах, в том числе и на виниле.
Но вернемся к стандарту AC’97. Протокол интерфейса между кодеком и DSP (АС-Link) при создании стандарта не был рассчитан на большие потоки информации. АС'97 версии 2.3 удавалось добиться максимальной скорости обмена информацией в 11.5 MBps, что позволяло воспроизводить 5.1-канальный звук с CD качеством (16-20 бит, 44-48 kHz). Таким образом, поддержка новых стандартов индустрии бытовой электроники требовала очередного пересмотра спецификации АС'97.
Презентация технологии HD Audio, известной также под кодовым именем Azalia, на весеннем IDF в 2003 году была воспринята компьютерной индустрией с энтузиазмом. Ведь спецификация позволяла заодно воплотить и другие усовершенствования, которым не нашлось места в последних версиях АС'97. Новой технологии оказала поддержку и Microsoft, так как она удачно укладывалась в рамки разрабатываемой архитектуры Microsoft Universal Audio Architecture (UAA).
| Основные отличия AC’97 и HD Audio | ||
| AC'97 | High Definition Audio | Преимущества HD Audio |
| Максимальная пропускная способность 11,5 MBps | 48 MBps на каждый выходной канал, 24 MBps на каждый входной канал | Более широкая пропускная способность для поддержки большего числа каналов звучания и количества микрофонов |
| Фиксированное распределение полосы пропускания | Динамическое распределение полосы пропускания | Обеспечение необходимой пропускной способности на нужном участке |
| Использование выделенного DMA | Использование DMA общего назначения | Поддержка многопоточности либо множества однотипных устройств |
| Однопоточность (по входу и выходу) | Поддержка многопоточности (по входу и выходу) | Поддержка новых моделей использования "цифровой дом"/ "цифровой офис" |
| Выделенный тактовый генератор для кодека | Тактирование от системного тактового генератора (через ICH) | Единственный высококачественный стабильный источник синхронизации |
| Стабильность работы зависит от поставщика ПО (разработчика драйверов) | Единственный UAA-драйвер от Microsoft | Единственный драйвер для обеспечения лучшей стабильности ОС и предоставления основных функций |
| Ограниченное автоопределение подключаемого устройства/переназначение разъемов | Полное автоопределение подключаемого устройства/ переназначение разъемов | Полная поддержка Plug'n'Play в аудио |
| Поддержка двухэлементного (стерео) микрофонного массива | Поддержка 16-элементного микрофонного массива | Более точные и высококачественные голосовой ввод и распознавание речи |
Вместе с тем архитектура HD Audio обеспечивает лишь потенциальную возможность воспроизведения аудио высокого разрешения. Чтобы она стала реальностью, индустрии совместно с альянсом DVD Audio предстоит решить одну из самых наболевших на сегодняшний день проблем – проблему защиты авторских прав. Существующие спецификации HD Audio не предусматривают никаких средств DRM (Digital Rights Management), равно как и защиты содержимого носителя (content protection), и они должны будут разрабатываться и воплощаться отдельно.
На сегодняшний день о поддержке архитектуры Intel High Definition Audio объявило большинство ведущих производителей кодеков и мультимедийных продуктов. И это неудивительно, так как для компьютерной индустрии жизненно важно идти в ногу с изменениями и новыми технологиями из других отраслей. Теперь, с появлением HD Audio, пользователи получат возможность реализовывать ультрасовременные и доступные аудио-системы на базе компьютера.
Сетевые протоколы
Введение
Развитие мобильных технологий, как и в целом компьютерных технологий, в последнее время невозможно представить без технологий беспроводного доступа в интернет.
Во многом именно их появление и развитие, а также внедрение общедоступных решений в области беспроводного доступа в интернет сделали многие устройства по-настоящему мобильными.
Задача построения качественных сетей для передачи информации между устройствами различных систем уже давно является задачей мирового масштаба и значения. Еще в начале 1980-х годов Международная Организация по Стандартизации (ISO) и Международный Консультативный Комитет по Телеграфии и Телефонии (МККТТ) признали необходимость создания модели сети, которая могла бы помочь различным поставщикам создавать реализации взаимодействующих между собой сетей.
В тесном сотрудничестве двумя этими организациями была разработана эталонная модель «Взаимодействие Открытых Систем» (ЭМВОС или OSI — Open System Interconnection). Эта модель была также описана в рекомендациях Х.200 (МККТТ) и ISO 7498 (ISO).
Эталонная модель очень быстро стала основной архитектурной моделью для передачи межсетевых сообщений. Несмотря на то, что были разработаны другие архитектурные модели (в основном патентованные), большинство поставщиков сетевых решений ссылаются на свои продукты как на изделия для сети, соответствующие эталонной модели.
Все это справедливо и для сетей мобильной связи и технологий беспроводного доступа в интернет, которые также разрабатываются на основе технологии OSI. При этом нужно понимать, что технология OSI описывает несколько качественно различных уровней протоколов, а многие современные сетевые решения, например тот же WAP, основаны сразу на нескольких уровнях. Поэтому для правильного понимания протоколов беспроводного доступа в интернет, их свойств, а также отличий одного от другого необходимо хотя бы в общих чертах представлять себе основы технологии OSI.
Основы иерархической модели OSI
Эталонная модель OSI делит проблему передачи информации между компьютерами через среду сети на семь задач. Разделение выбрано так, чтобы соответствующие задачи были достаточно автономными для того, чтобы легко решаться без излишней опоры на внешнюю информацию. Все это упрощает разработку полноценных сетевых решений.
Каждая из семи задач проблемы передачи данных решается с помощью одного из уровней модели, из-за чего OSI еще часто называют семиуровневой моделью. Большинство устройств сети реализует все семь уровней сразу. Однако в режиме потока информации некоторые реализации сети пропускают один или более уровней. Два самых низших уровня OSI реализуются аппаратным и программным обеспечением, а остальные пять высших уровней, как правило, реализуются только программным обеспечением.
Справочная модель OSI описывает, каким образом информация проделывает путь через среду сети (например, провода) от одной прикладной программы до другой прикладной программы, находящейся в другом компьютере (или другом устройстве).
Например, при передаче некоторой информации из системы А в систему В происходит следующее. Прикладная программа системы А сообщается с верхним (седьмым) уровнем системы, который передает ее на нижний уровень, и так далее. Задача нижнего (первого) уровня — принимать и передавать информацию в физическую среду сети.
После прохода информации через физическую среду сети она поглощается системой В, где поднимается через слои в обратном порядке (с нижнего уровня до верхнего уровня), пока наконец не достигнет прикладную программу системы В.
Хотя каждый из уровней системы А может сообщаться со смежными уровнями этой системы, его главной задачей является сообщение с соответствующими уровнями системы В. Уровневая модель OSI исключает прямую связь между соответствующими уровнями разных систем, поэтому каждый уровень системы А должен полагаться на услуги, предоставляемые ему смежными уровнями. В этом случае верхний из двух смежных уровней называется «пользователем услуг», а нижний — «источником услуг». Услуги нижнего уровня обеспечиваются верхнему в «точке доступа к услугам» (SAP — Service Access Point).
Заголовки и данные в технологии OSI
При передаче информации в системе с одного уровня на другой возникает необходимость передачи различной управляющей информацией, предназначенной для того же уровня другой системы.
Эти специфичные запросы запоминаются и передаются между уровнями в блоке, называемом заголовком и предшествующем фактической прикладной информации.
Прикладной уровень системы А при передаче информации в прикладной уровень системы В помещает управляющую информацию в форме заголовка специальной формы перед фактической информацией. Этот блок передается ниже по уровням, каждый из которых может предварить его своей собственной управляющей информацией.
Размеры сообщения увеличиваются по мере того, как оно проходит вниз через уровни до тех пор, пока не достигнет сети, где оригинальная информация и вся связанная с ним управляющая информация передаются в систему В.
В системе В они поглощаются первым уровнем, который отделяет заголовок первого уровня, обрабатывает полученный блок информации и передает на уровень выше, и так далее. Когда информационный блок наконец доходит до прикладной программы системы В, он должен содержать только оригинальную информацию.
Понятия заголовка и собственно данных относительны и зависят от того уровня, который в данный момент анализирует информационный блок. Например, на уровне 3 блок данных состоит из заголовка уровня 3 и следующих за ним данных. Однако данные уровня 3 могут содержать заголовки уровней 4, 5, 6 и 7. Кроме того, заголовок уровня 3 является просто данными для уровня 2.
Необходимо понимать, что эталонная модель OSI не является реализацией сети. Она только определяет функции каждого уровня. Поэтому каждая конкретная реализация может быть несовместима с другой.
Уровни OSI
Для окончательного понимания технологии OSI осталось разобраться с каждым из семи ее уровней.
Каждый уровень имеет заранее заданный набор функций, которые он должен выполнить для того, чтобы связь (передача информации) могла состояться.
Три верхних уровня отвечают за «прикладную» составляющую процесса передачи данных в сети, четыре нижних — за техническую часть процесса передачи.
Прикладной уровень
Прикладной уровень — самый близкий к пользователю уровень OSI. Он отличается от других уровней тем, что не обеспечивает услуг ни одному из других уровней OSI, однако он обеспечивает им прикладные процессы, лежащие за пределами масштаба модели OSI (например, программы обработки крупномасштабных таблиц, программы обработки слов и другие).
Прикладной уровень идентифицирует и устанавливает наличие предполагаемых партнеров для связи, синхронизирует совместно работающие прикладные программы, а также устанавливает соглашение по процедурам устранения ошибок и управления целостностью информации. Прикладной уровень также определяет, имеется ли в наличии достаточно ресурсов для предполагаемого сеанса связи.
Представительный уровень
Представительный уровень отвечает за то, чтобы информация, посылаемая из прикладного уровня одной системы, была читаемой для прикладного уровня другой системы. При необходимости представительный уровень осуществляет трансляцию между множеством форматов представления информации путем использования общего формата представления информации.
Представительный уровень занят не только форматом и представлением фактических данных пользователя, но также структурами данных, которые используют программы. Поэтому кроме транслирования формата фактических данных (если оно необходимо), представительный уровень согласует синтаксис передачи данных для прикладного уровня.
Сеансовый уровень
Сеансовый уровень устанавливает, управляет и завершает сеансы взаимодействия между прикладными задачами. Сеансы состоят из диалога между двумя или более объектами представления. Сеансовый уровень синхронизирует диалог между объектами представительного уровня и управляет обменом информации между ними.
В дополнение к основной регуляции диалогов (сеансов) сеансовый уровень предоставляет средства для отправки информации, класса услуг и уведомления в исключительных ситуациях о проблемах сеансового, представительного и прикладного уровней.
Транспортный уровень
Транспортный уровень — это первый из «низших», не прикладных уровней. В то время как прикладной, представительный и сеансовый уровни заняты прикладными вопросами, четыре низших уровня решают проблемы транспортировки данных.
Транспортный уровень пытается обеспечить услуги по транспортировке данных. В частности, заботой транспортного уровня является решение таких вопросов как выполнение надежной транспортировки данных через объединенную сеть.
Транспортный уровень обеспечивает механизмы для установки, поддержания и упорядоченного завершения действия виртуальных каналов, систем обнаружения и устранения неисправностей транспортировки и управления информационным потоком (с целью предотвращения переполнения системы данными из другой системы).
Сетевой уровень
Сетевой уровень — это комплексный уровень, который обеспечивает возможность соединения и выбор маршрута между двумя конечными системами, подключенными к разным «подсетям», которые могут находиться в разных географических пунктах. В данном случае «подсеть» — по существу независимый сетевой кабель (иногда называемый сегментом).
Две конечные системы, желающие организовать связь, может разделять значительное географическое расстояние и множество подсетей, сетевой уровень является доменом маршрутизации. Протоколы маршрутизации выбирают оптимальные маршруты через последовательность соединенных между собой подсетей. Традиционные протоколы сетевого уровня передают информацию вдоль этих маршрутов.
Канальный уровень
Канальный уровень (формально называемый информационно-канальным уровнем или уровнем звена передачи данных) обеспечивает передачу данных через физический канал. Канальный уровень решает вопросы физической адресации, топологии сети, линейной дисциплины (каким образом конечной системе использовать сетевой канал), уведомления о неисправностях, упорядоченной доставки блоков данных и управления потоком информации.
Физический уровень
Физический уровень определяет электротехнические, механические, процедурные и функциональные характеристики активации, поддержания и дезактивации физического канала между конечными системами.
Спецификации физического уровня определяют такие характеристики как уровни напряжений, синхронизацию изменения напряжений, скорость передачи физической информации, максимальные расстояния передачи информации, физические соединители и другие аналогичные характеристики.
В заключение остается сказать, что существует расширение стандарта, которое не было принято ISO и официально не зафиксировано. В нем предлагается ввести восьмой уровень — финансовый (частично это отражено в TCO 92, TCO `95 и далее), а также девятый — пользовательский, который еще в шутку называют «прокладкой между стулом и монитором».
Классификация существующих технологий
Теперь, когда необходимые теоретические знания получены, вернемся собственно к технологиям беспроводного доступа в интернет и классифицируем их по двум основным параметрам — дальности связи и скорости передачи данных.
Для этого воспользуемся простой схемой, где расположим технологии беспроводной передачи данных в координатах «дальность связи — скорость передачи», разместив в порядке роста требуемой скорости характерные приложения данных технологий. Среди них передача речи, неподвижных графических изображений, низкоскоростной доступ в Интернет, беспроводная передача музыкальных произведений, потоковая передача видео, передача цифрового видео, передача многоканального видео.
По дальности действия все протоколы можно разделить на протоколы «ближнего действия» PAN (Personal Area Network — персональная сеть), «среднего действия» LAN (Local Area Network — локальная сеть) и «дальнего действия» WAN (Wide Area Network — сеть широкого действия (распределенная сеть)).
К PAN очевидным образом можно причислить развивающийся сейчас протокол Bluetooth, хотя он и не является протоколом беспроводного доступа в интернет. Это протокол по-настоящему «ближнего» действия — устройства должны находиться на расстоянии не более 10 метров друг от друга.
К LAN также очевидно можно отнести давно получившую широкое распространение технологию Wi-Fi, которая предназначена для корпоративных пользователей и призвана заменить традиционные кабельные сети.
Соответственно, интересующие нас протоколы беспроводного доступа в интернет — WAP, GPRS и другие — можно отнести к распределенным сетям — WAN. Не только потому, что сами по себе сети мобильной связи являют собой пример распределенной сети, но и потому, что удаление, на котором работают устройства с использованием этих протоколов на порядок больше аналогичных значений для LAN.