25. MULTIMEDIÁLNY POČÍTAČ
MULTIMEDIÁLNY POČÍTAČ
Počítačová architektúra - charakterizuje spôsob, akým sú v dnešných počítačoch usporiadané jednotlivé komponenty.
Vývoj počítačov kráča po dvoch cestách:
-
von Neumannova
-
harwardská
koncepcia von Neumanna načíta do operačnej pamäte dáta aj program. Tento spôsob narábania so vstupnými údajmi (s drobnými úpravami) tvorí základ dnešných osobných počítačov. Von Neumann bol zaujímavá osobnosť, položil základy (teoretické aj praktické) priemyselného a vedeckého odvetvia – informatiky
Skutočný boom v počítačovom odvetví nastal s príchodom polovodičov. Základ tvorí tranzistor, ktorý má v elektrotechnike a informatike obrovský význam. V analógovej technike slúži ako zosilňovač, v číslicovej (digitálnej) plní funkciu invertora napäťového signálu. Kombináciou a rôznym zapojením tranzistorov a iných súčiastok vieme realizovať logické funkcie v binárnej sústave.
Harvardská koncepcia sa využíva v priemysle a technike ako jednoúčelový stroj s programom zavedeným v EPROM, novšie flash a dáta spracováva zo vstupov do RAM [1]
Von Neumannove princípy :
-
počítač bude využívať dvojkovú sústavu, t.j. bude digitálny (tento princíp von Neumann nevymyslel, ale dôsledne ho použil). (Dvojková sústava je vhodná , lebo je jednoduchšie a presnejšie rozlíšiť 2 rôzne stavy ako 10.
-
počítač bude mať procesor, ktorý sa bude skladať z riadiacej jednotky, ktorá bude riadiť činnosť počítača a z aritmeticko-logickej jednotky, ktorá bude realizovať výpočty (+, -, *, /, and, or, not, >, <, ł ,ą ,…). Procesor bude schopný vykonávať činnosť podľa programu, ktorý ho bude riadiť
-
počítač bude obsahovať operačnú pamäť, v ktorej budú tieto operácie vykonávané(v operačnej pamäti sa budú nachádzať všetky dáta potrebné na okamžité vykonanie danej úlohy)
-
počítač bude mať vstupné zariadenia pre zadávanie programov a dát
-
počítač bude mať zariadenia na dlhodobé uchovávanie dát
-
počítač bude mať výstupné zariadenia, ktoré nám umožnia vidieť výsledok výpočtu
-
počítač bude univerzálny (jeho technická časť) a pre rôzne využitie sa budú používať rôzne programy, ktoré budú riadiť jeho činnosť
Zvuková karta
-zariadenie na spracovanie zvuku.
-k nej pripojiť následovné zariadenia: sluchátka, reproduktory, zosilovač, mikrófon, externé zdroje (rádio, magnetofón...).
-Ak má rozhranie MIDI (Musical Instrument Digital Interface), je možné k nej pripojiť aj elektronické hudobné nástroje (napr. syntetizátory a pod.)
Časti zvukovej karty:
digitálna časť je digitálno-analógový prevodník. To je elektronický obvod, ktorý v pravidelných časových intervaloch prevádza číslicový údaj na analógový. Jednoduchšie povedané z nejakého čísla, ktoré obdrží na vstupe, vyrobí na výstupe napätie, ktoré je tomuto číslu priradené. ADC (Analog-digital conversion) ide o opačný postup ako pri DAC. Je však realizované iným obvodom, než bol predošlý.
Zdroj zvuku (syntetizátor), ktorý nie len reprodukuje hrané zvuky, ale podľa pokynov pre programovanie sám umelo vyrába tóny a zvuky. To je hlavne treba pre napodobovanie hudobných nástrojov do počítačových hier alebo pre reprodukciu súborov MIDI. V syntetizátore sa moderné zvukové karty líšia najviac.
Rozhranie MIDI (Musical Instrument Digital Interface) Označuje štandard pre výmenu dát medzi elektronickými hudobnými nástrojmi a počítačom. Hardwarovo je MIDI druh sériového rozhraní, ktoré prenáša dáta rýchlosťou 31250 bitov za sekundu.
-zdroj dáva analógový signál -treba tento analógový signál previesť na digitálny pomocou vzorkovania (sampling). To znamená, že v každom časovom intervale je zistený a zaznamenaný aktuálny stav signálu (vzorka). Čím kratší je tento interval, tím vyššia je vzorkovacia frekvencia, a tým bude výsledný záznam kvalitnejší.
-dnes vzorkovacia frekvencia - 44,1 kHz pre mono, obvykle s 22 alebo 44,1 kHz pre stereo.záznam
Medzi najznámejšie zvukové karty patria SoundBlaster, Diamond Monster. Niektoré karty majú integrované aj rádio prijímače. K dobrému zvukovému zážitku patria aj reproduktory vybavené pre priestorový zvuk zvyšujúci zážitok z multimediálnych aplikácií a hier. Je vhodné, aby zvuková karta a CD ROMka boli prepojené pomocou tzv. audio kábla. Potom je možné na CD-ROMe prehrávať zvukové CD a počúvať ich z reproduktorov pripojených k zvukovej karte. K dobrému zvukovému zážitku patria aj reproduktory vybavené pre priestorový zvuk (3D Sound).
Videokarta
-zabezpečuje výstup dát z počítača na obrazovku monitoru, rýchle prekresľovanie obrazovky, prehrávanie videa na obrazovke, majú vplyv na to, aký software môže užívateľ na počítači používať a ako rýchlo sa dáta na obrazovku prenášajú.
moderné grafické karty- pripájajú do slotu AGP (Accelerated Graphics Port).
Niektoré majú i integrované prijímače televízneho signálu TV Tunery, ktoré dekódujú televízny signál.
-prácu v dvoch základných režimoch:
-textový režim: (zobrazovať iba dopredu definované - písmená (A, a, B, b, C, c, ...), číslice (1, 2, 3, ...), špeciálne znaky (&, ^, %, ...) a pseudografické znaky (symboly pre vykresľovanie tabuliek). -Tieto znaky sú presne definované a je možné ich zobrazovať iba ako celok.
grafický režim: režim, v ktorom sú informácie zobrazované po jednotlivých obrazových, bodoch tzv. pixloch (Picture Element). Tento režim už nepoužíva dopredu definované znaky, ale môže z jednotlivých pixlov vykresliť prakticky \"ľubovoľnú\" informáciu.
Základné parametre: rozlíšenie v textovom režime a grafickom režime počet farieb, rýchlosť
Základné časti grafických karty: Procesor, grafická pamäť, DAC prevodník.
Hardverové riešenie: Pri práci zapisuje procesor počítača obrazové dáta do grafickej pamäti. Takto zapísané dáta sú potom čítané procesorom karty, ktorý na ich základe vytvára digitálny obraz. Digitálny obraz je posielaný na vstup DAC (Digital Analog Convertor) prevodníku, ktorý z nich vytvára analógový obraz nutný pre monitory. LCD displeje akceptujú digitálne signály nevyžadujú DAC. Softvérové riešenie: Ak má aplikácia vytvoriť obraz, vyšle požiadavku o pomoc do časti OS, ktorá je spojená s grafickou kartou (ovládač grafického rozhrania - graphics driver interface). Grafický driver je software, ktorý pôsobí ako prostredník medzi OS a grafickou kartou, vypočuje príkazy systému alebo aplikácie, vezme digitálne údaje a preloží ich do formátu, ktorý dokáže grafická karta spracovať. Potom dáta vyšle na renderovanie grafickej karte.
TTL obvody
Je to najrozšírenejšia a najrozmanitejšie technológie . Vstupy a výstupy sú realizované tranzistory . Na vstupe je tranzistor s viac emitormi .
Základ tranzistorových logických obvodov s transistorovou logikou ( TTL = Transistor - Transistor - Logic ) tvorí tranzistor s viacnásobným emitorom , ktorý umožňuje realizovať logické funkcie . Pri popise funkcie možno vychádzať z určitej analógie s obvodmi DTL . Prechody báza - emitor vstupného tranzistora nahrádzajú diódy súčinový hradla obvodu DTL , zatiaľ čo prechod báza - kolektor nahradí posúvacie diódu . Oproti obvodom DTL sú však oveľa priaznivejšie podmienky na báze tranzistora T2 . Je-li na jeden emitor vstupného tranzistora T1 privedená úroveň logickej 0 , začne týmto emitorom pretekať prúd v prednom smere , tranzistor T1 sa otvorí a z bázy tranzistora T2 je veľmi rýchlo odvedený prebytočný náboj cez malú impedanciu otvoreného tranzistora T1 . Tak je dosiahnuté veľké spínacie rýchlosti pri zatváraní tranzistora T2 . Pripojením všetkých emitor vstupného tranzistora na úroveň 1 bude tranzistor T1 pracovať v inverznom zapojení , tj zamení sa funkcie emitora a kolektora . Otvorí sa tranzistor T2 , a to spojením bázy cez otvorený prechod báza - kolektor tranzistora T1 , polarizovaným teraz v priepustnom smere , a cez odpor R1 so zdrojom napájacieho napätia .
Výstupný obvod je zapojený ako sériový dvojčinný stupeň . Je budený tranzistorom T2 , zapojeným ako fázový invertor . V okamihu zmeny hodnoty výstupnej funkcie obvode sú po veľmi krátku dobu otvorené oba tranzistory T3 a T4 . Odpor R4 v tomto prípade obmedzuje maximálnu hodnotu kolektorového prúdu výstupného stupňa . Dióda D zabezpečuje svojim prahovým napätím spoľahlivé uzatvorenie tranzistora T3 . Na obrázku je upravené zapojenie koncového stupňa TTL obvode , v ktorom je posúvacie dióda nahradená tranzistorom T5 . Zapojenie sa používa pre veľmi rýchle alebo výkonové logické obvody .
V rovnovážnom stave je otvorený vždy iba jeden výstupný tranzistor , takže pri malom zaťažení zdroja je dosiahnuté malé impedancia ako pre úroveň 0 , tak aj pre úroveň 1. Výstup sa veľmi dobre chová pri kapacitné záťaži , nízka výstupná impedancia je výhodná aj z hľadiska vplyvu parazitných signálov na činnosť obvode . To je veľká prednosť oproti obvodom DTL a RTL , ktorých výstupná impedancia je v čase uzavretia tranzistora na výstupe obvodu určená len jeho kolektorovým odporom .
Integrované obvody DTL
Sú to obvody s diódami na vstupoch as tranzistorom na výstupe . Na obrázku je zapojenie integrovaného obvodu realizujúceho funkciu NAND
Vstupné diódy spolu s odporom R1 pracujú ako diódový logický súčin , ktorého výstupné funkciu neguje tranzistor T1 , zapojený ako invertor .
Ak sú všetky vstupné svorky na úrovni 1 , tranzistor T1 sa cez posúvacie diódy D3 a D4 otvorí a na výstupe obvodu je úroveň 0.
Privedením úrovne 0 aspoň na jeden vstup obvode budú anódy vstupných diód D1 a D2 takmer na nulovom potenciáli a tranzistor T1 sa uzavrie .
Na výstupe obvodu bude úroveň 1. Tzv . posúvacie diódy D3 a D4 zaisťujú dokonalé uzavretie tranzistora a zvyšujú šumovú imunitu obvodu tým , že svojim prahovým napätím zvyšujú nutnú napäťovú úroveň pre otvorenie tranzistora .
Rýchle uzatvorenie tranzistora zaistíme rýchlym odvedením prebytočného náboja z jeho bázy .
Tranzistor T1 pracuje v nenasýtenom stave ( čo je dosiahnuté pripojením kolektora medzi odpory R1 a R2 ) , zvyšuje tiež prúdové zosilnenie , a tak umožňuje zvýšiť logický zisk obvode
Napájacie napätie týchto obvodov býva asi 5 V , l
vlastnosti CMOS a MOS :
Tieto integrované obvody majú dlhšie spínacie časy ako TTL, ale väčšiu hustotu integrácie, menší príkon, ten však závisí od pracovného kmitočtu a dobrú šumovú odolnosť. Napájacie napätie je 4÷15V.
Niesu však bežne kompatibilné s TTL ani s inou logikou. Úrovne na vstupe aj na výstupe pre log.0 a log.1 sú iné ako u TTL aj keď napájacie napätie bude +5V.