Что такое мультимедийный компьютер?

Реферат: Что такое  мультимедийный компьютер? 

Мичуринский политехнический  техникум 

Реферат по информатике  на тему: 

«Что такое мультимедийный компьютер?» 

Выполнил: студент 2 курса группы 2ТМ 

Фокин Максим Анатольевич 

Мичуринск 2002 г. 

Введение 3 

Аппаратная часть  мультимедийного компьютера 3 

Центральный процессор 5 

Устройство процессора. 5 

Скорость работы центрального процессора 6 

Кристалл 6 

Конструктив 6 

Оперативная память 7 

Видеокарта 7 

Устройство и принцип  работы 8 

Трехмерная графика 9 

Форм-фактор 9 

Монитор 10 

Мониторы на электронно-лучевой  трубке 10 

Стандарты безопасности и электропотребления 12 

Жидкокристаллические  мониторы 12 

Жесткий диск 13 

Параметры жестких  дисков 13 

Дисковод CD-ROM 13 

Дисковод DVD 14 

Звуковая карта 15 

Устройство и принцип  работы 15 

Основные характеристики 16 

Клавиатура 16 

Мышь 17 

Программная часть  мультимедийного компьютера 17 

Операционная система 18 

MCI – Media Control Interface 18 

Компрессионные менеджеры 18 

Кодеки 18 

DCI – Display Control Interface 19 

Прикладные мультимедийные приложения 19 

Компьютерные игры 19 

Другие мультимедийные программы 20 

Заключение 21 

Приложение 22 

Рекомендации относительно состава компьютерных систем спецификации PC99 22 

Системные требования для компьютерных систем спецификации PC2001 22 

Список литературы 23 

Введение 

Мультимедиа. Это  слово, а точнее понятие, часто упоминается  в разговорах о компьютерах, о  компьютерной периферии, при обсуждении тех или иных программных продуктов  и даже в разговорах о таких  вещах, как телевидение или кинематограф. Так что же такое мультимедиа? Трудно дать краткое и точное определение  этому понятию. Мультимедиа –  это технология, позволяющая объединить данные, звук, анимацию и графические  изображения, переводить их из аналоговой формы в цифровую и обратно. «Мультимедиа» – сложное слово, состоящее из двух простых: «мульти» – много и «медиа» – носитель. Таким образом, термин «мультимедиа» можно перевести как «множество носителей», то есть мультимедиа подразумевает множество различных способов хранения и представления информации (звука, графики, анимации и так далее).

Если говорить о  мультимедиа как о некоторой  технологии представления информации, то необходимо упомянуть два аспекта  – аппаратный и программный.

Аппаратная сторона  мультимедиа может быть представлена как стандартными средствами (графический  адаптер, монитор, звуковая карта, привод CD-ROM и так далее), так и дополнительными (видеокарта с телевизионным входом/выходом, приводы CD-R, CD-RW, DVD и др.) 

Программная сторона  мультимедиа может быть разделена  на чисто прикладную

(сами приложения, предоставляющие пользователю информацию  в том или ином виде), а также  специализированную, в которую входят  средства, используемые для создания  мультимедийных приложений. К этой категории можно отнести профессиональные графические редакторы, редакторы видеоизображений, средства для создания и редактирования звуковой информации и т.п.

Одними из первых пользовательских мультимедийных программ были компьютерные игры. Они являются наиболее распространенным программным продуктом, в полной мере использующим преимущества технологии мультимедиа: графика высокого разрешения, анимация, звуковое, музыкальное и голосовое сопровождение присутствуют во всех современных играх.

В книге М. Кирмайера «Мультимедиа» мультимедиа определена как сочетание возможностей создания видеоэффектов со звуковыми эффектами при управлении с помощью диалогового (интерактивного) программного обеспечения. Диалог означает, что пользователю в общении с компьютером отводится самая активная роль. Он может давать компьютеру свои указания и требовать их исполнения. А может обойтись и без этого, спланировав работу своих мультимедиа-приложений и возложив их исполнение целиком на компьютер.

Видеоэффекты могут  быть представлены показом сменных  компьютерных слайдов, мультфильмов и  видеоклипов, смешением изображений  и текстов, перемещением (скроллингом) изображений, изменением цветов и масштабов  изображения, мерцанием и постепенным  исчезновением изображения и  т.д. Они обычно идут в сопровождении  речи и музыки. Сочетание видео  и аудиоэффектов значительно повышает объем информации, которая поступает от компьютера к пользователю, и обеспечивает эффективное и одновременное восприятие ее двумя важнейшими органами чувств человека – зрительное восприятие и слух.

Технология мультимедиа  прочно вошла в повседневную жизнь  и успешно применяется во многих пользовательских приложениях. Но для  успешной работы таких приложений должен соответствовать требованиям мультимедиа  и сам компьютер. Таким образом  «мультимедийный компьютер» – это такой компьютер, на котором мультимедийные приложения могут в полной мере реализовать все свои возможности. Мультимедийный компьютер должен уметь многое: отображать на экране монитора графическую и видеоинформацию, анимацию, воспроизводить с высоким качеством различное звуковое сопровождение, музыку, в ом числе и с музыкальных компакт-дисков, и многое другое. 

Аппаратная часть  мультимедийного компьютера 

В этом разделе будут  рассмотрены основные устройства, входящие в состав мультимедийного компьютера.

Обычно под набором  комплектующих, объединенных понятием «мультимедийный компьютер», понимают следующий их состав: 

. Корпус с блоком  питания 

. Системная (материнская)  плата 

. Центральный процессор 

. Оперативная память 

. Видеоадаптер 

. Монитор 

. Накопитель на  жестких дисках 

. Клавиатура 

. Мышь 

. Дисковод CD-ROM 

. Дисковод гибких  дисков 

. Звуковая карта

Для российских условий  дополнительным оборудованием (во многих странах уже считающимся стандартным) являются: 

. Дисковод DVD 

. Модем 

. Телевизионный и  УКВ тюнер

Не так давно  корпорация Intel и Microsoft при участии других грандов компьютерной индустрии подготовили спецификацию компьютера PC 99. Этот стандарт определяет типы систем персональных компьютеров, предназначенных для выполнения определенных функций (см. Приложение). Рассмотрим класс

«Entertainment PC» (развлекательный или мультимедийный компьютер).

С точки зрения этапов развития аппаратной части компьютера наибольший интерес вызывают следующие требования: 

. Полный отказ  от интерфейса шины ISA 

. Все компоненты  системной (материнской) платы  должны соответствовать спецификации  Plug-and-Play 

. Порты COM и LPT рекомендуется  использовать только для подключения  принтеров 

. Интерфейсы IDE/ATA и  ATAPI для внешних накопителей подлежат  замене на 

IEEE1394 

. Для модемов рекомендуется  интерфейс USB 

. Для сканеров  и других устройств ввода изображений рекомендуется использовать интерфейсы SCSI или IEEE1394 

. Для звуковых  карт возможны интерфейсы USB или  PCI 

. Графические адаптеры  допустимы только с интерфейсом  AGP или PCI 

. Подключать мышь  и клавиатуру рекомендуется через  интерфейс USB или 

PS/2

Впервые в спецификации отражены требования к разрешению и  другим параметрам мониторов.

2 ноября 2000 года была  утверждена следующая редакция  документа – PC 2001

(см. Приложение).

Требования, приводимые в PC 2001, направлены на создание компьютеров  под управлением Windows Me, Windows 2000 Professional, предназначенных для работы с типичными Windows-приложениями. Естественно, речь идет не о базовых аппаратных требованиях, предъявляемых операционными системами, а об оптимальных. Впервые PC 2001 не содержит классических рекомендаций — указываются только минимальные требования! Все то, что было из лучших побуждений рекомендовано в PC 99, либо стало требованием в PC 2001, либо безжалостно удалено.

Основная идея PC 2001 — сделать стандартом де-юре требования инициативы

Intel Easy PC, направленной на превращение компьютера в несложный, надежный и стабильно работающий бытовой прибор. «Лейтмотив» Easy PC — отказ от шины

ISA, быстрая загрузка  и интеллектуальное управление  питанием. Безусловно, это далеко  не полный список идей Easy PC, однако он дает довольно четкое представление.

Особенность PC 2001 —  отсутствие жесткого разделения ПК на классы. В частности из текста исключены  упоминания об Office PC, Consumer PC и

Entertainment PC, которые были четко специфицированы в PC 99. Теперь все, что не является Workstation (рабочей станцией) и Mobile (ноутбуком), попадает под категорию PC System.

В PC 2001 происходит полный отказ от шины ISA, а также признаются устаревшими ее производные – PS/2, COM, LPT, FDD. Последний пункт означает, сто 3,5-дюймовые дисководы флоппи-дисков либо исчезнут как класс, либо перейдут на новый интерфейс, вероятнее всего на USB. Причем сам USB должен эволюционировать до уровня спецификации 2.0, где скорость передачи данных достигает 480 Мбит/с. 

Центральный процессор 

Центральный процессор  – сердце и мозг компьютера, центральный  элемент, управляющий всеми остальными компонентами, входящими в состав компьютера.

Именно он в большей  степени определяет скорость работы компьютера (его производительность). Обычно вместо «центральный процессор» говорят просто

«процессор», хотя в  компьютере имеются и другие устройства этого типа.

Например, процессор, установленный на видеокарте, звуковой карте и так далее.

В IBM-совместимых  компьютерах применяются процессоры, совместимые с семейством х86 фирмы  Intel. В оригинальном IBM PC использовался процессор

Intel 8088 с 16-разрядными регистрами. Все старшие модели процессоров включают в себя подмножество системы команд и архитектуры нижестоящих моделей, обеспечивая совместимость с ранее написанным программным обеспечением. 

Устройство процессора. 

На первый взгляд процессор – просто выращенный по специальной технологии кристалл кремния. Однако этот кристалл содержит в себе множество отдельных элементов  – транзисторов, которые в совокупности и наделяют компьютер способностью «думать».

Если же посмотреть на центральный процессор с «большей высоты», можно выделить несколько  важных составляющих: 

. Собственно процессор  – «вычислитель» 

. Сопроцессор (FPU) – специальный блок для операций  с плавающей точкой 

. Кэш-память первого  уровня – небольшая (несколько  десятков килобайт) сверхбыстрая  память, предназначенная для хранения  промежуточных результатов вычислений 

. Кэш-память второго  уровня – эта память помедленнее,  зато больше 

(измеряется уже  сотнями килобайт). Она может быть  интегрирована на самом кристалле  процессора, а может быть выполнена  в виде дополнительного кристалла.

Архитектура линии  процессоров х86 фирмы Intel основана на концепции CISC

(Complex Instruction Set Calculation) – расширенной системе команд переменной длины, появившейся в 1978 году. Команды х86 могут иметь длину от

8 до 108 бит, и процессор  должен последовательно декодировать  инструкцию после определения  ее границ. Тогда процессоры были  скалярными устройствами

(то есть могли  в каждый момент времени выполнять  только оду команду), конвейерная  обработка практически не применялась  (исключение составляли большие  ЭВМ). Позже (в 1986 году) появились  процессоры, основанные на архитектуре  RISC (Reduced Instruction Set Calculation) – сокращенном наборе команд фиксированной длины, которая была оптимизирована для суперскалярных

(с возможностью  выполнения нескольких команд  одновременно) конвейерных вычислений.

С тех пор обе  линии до недавних пор развивались  практически независимо.

Intel с целью обеспечения совместимости не могла отказаться от архитектуры

CISC даже в новейших  моделях процессоров х86, а фирма  Apple, ориентировавшаяся на процессоры с архитектурой RISC, не могла существенно увеличить свою долю на рынке PC из-за трудностей с использованием программ для х86 на своих компьютерах. Однако в отдельных модификациях своих процессоров фирме AMD удалось совместить обе архитектуры. То есть микроядро процессора работает на основе архитектуры RISC, а специальный блок интерпретирует команды CISC для обеспечения совместимости с системой команд х86.

Важным элементом  процессора является блок обработки  данных с плавающей точкой (FPU –  Floating Point Unit). Начиная с модели Intel 80486, он встроен в ядро процессора у всех без исключения процессоров разных производителей. От эффективности этого блока напрямую зависит скорость работы процессора со сложными приложениями (графика, мультимедиа, трехмерные объекты). Несмотря на все усилия конкурентов, фирме Intel до недавнего времени удавалось в своих процессорах удерживать лидерство по эффективности работы FPU. Однако с появлением процессора Athlon фирмы AMD положение по меньшей мере выровнялось. А на многих тестах Athlon опережает изделия Intel. 

Скорость работы центрального процессора 

Тактовая частота  и объем установленной на процессоре кэш-памяти являются важнейшими факторами, влияющими на его производительность для всех типов задач. По спецификации PC99 тактовая частота процессора мультимедийного компьютера должна быть не менее 300 МГц, а в спецификации PC 2001 требования стали еще жестче и минимальная тактовая частота на 2001-2002 год составляет 667 МГц. Минимальный объем кэш-памяти – 128 Кб.

Имеется ряд специализированных задач, ускоренное решение которых  возможно за счет оптимизации операций на аппаратном уровне. Впервые эту  проблему попыталась решить Intel внедрением технологии MMX (MultiMedia Extension – мультимедийное расширение). И так немалый набор команд х86 был расширен за счет 57 дополнительных инструкций типа SIMD (Single Instruction – Multiple

Data – одна инструкция для многих данных), позволивших распараллелить обработку данных. Технология MMX значительно ускорила работу процессора с мультимедийными приложениями. Но у него имелся существенный недостаток – невозможность обработки данных с плавающей точкой. А ведь именно такие операции характерны для приложений, интенсивно использующих трехмерную графику.

Впервые технология для обработки данных с плавающей  точкой была реализована фирмой AMD в  процессоре K6-2 и получила название 3DNow! Она включает в себя 21 инструкцию типа SIMD, оптимизированных для параллельной обработки данных с плавающей  точкой.

С некоторым опозданием похожую технологию под названием SSE (Streaming

SIMD Extension) реализовала фирма Intel в своем процессоре Pentium III.

Фактически Intel ввела новый режим работы процессора – параллельную обработку инструкций FPU и SSE. 

Кристалл 

При производстве процессоров  используются так называемые технологические  нормы, означающие допустимое расстояние между цепями на кристалле кремния  и минимально возможный размер логических и других элементов. Естественно, что чем меньше это расстояние, тем больше элементов можно разместить на единице площади кристалла или при неизменном числе элементов сделать больше кристаллов из исходной кремниевой пластины. К тому же уменьшение размеров приводит и к уменьшению рассеиваемой мощности, что позволяет поднять рабочую частоту, на которой надежно функционируют элементы. Поэтому все производители процессоров стремятся ужесточать технологические нормы для повышения производительности. Еще недавно стандартом считался показатель

0,35 микрон, сейчас  процессоры изготовляют по норме  0,25 и 0,18 микрон.

Лидером в технологии всегда была фирма Intel, которая имеет возможность вкладывать большие средства в передовые разработки. Но в последнее время фирма AMD быстрее осваивает новые технологические нормы. 

Конструктив 

С «легкой руки»  Intel в компьютерной индустрии появилось и понятие

«конструктив». Это слово весьма точно передает суть некоего сооружения, в недра которого заключены процессоры Intel, начиная с Pentium II, предназначенные для установки в Slot 1. Там и процессорная плата, на которой располагаются кристаллы собственно процессора и кэш-память второго уровня, и корпус, охватывающий эту плату, и разъем под Slot1 или Slot 2.

Вся эта конструкция  была названа SECC (Single Edge Contact Cartridge – картридж с односторонними контактами). Следом за Intel и фирма AMD выпустила свой процессор Athlon для установки в разъем Slot A. (см. рисунок)

Процессоры Celeron корпуса не удостоился ввиду отсутствия отдельного кристалла кэш-памяти.

Поэтому логичным выглядел следующий шаг Intel – выпуск Celeron в конструктиве PPGA (Plastic Pin Grid Array), то есть возврат к технологии , характерной для интерфейса Socket 7.

Сравнительно недавно  появились новые конструктивы: FC-PGA 370 для процессоров фирмы Intel и Socket A для процессоров AMD Athlon и Duron. То есть практически произошел возврат к технологическим решениям, характерным для Socket 7, но на ином технологическом уровне. (см. рисунок) 

Оперативная память 

Как известно, данные компьютер хранит в основном на специальном  устройстве – жестком диске. И  в процессе работы берет ее именно оттуда. А куда помещается информация потом?

Понятно, что для  оперативной работы с данными  процессору необходима более быстродействующая  память, чем жесткий диск. В принципе такая память уже встроена в сам  процессор – это кэш-память. Но ее объем чрезвычайно мал, а для  работы с современными программами  необходимы десятки и даже сотни  мегабайт.

Для этого и нужна  компьютеру оперативная память, обладающая высокой скоростью доступа и  имеющая довольно большой объем. Она предназначена для хранения результатов всякого рода операций и вычислений. Хранить в ней  информацию постоянно невозможно, так  как при отключении питания вся  информация в оперативной памяти исчезает.

Рост требуемых  объемов оперативной памяти происходит практически непрерывно по мере развития технологии аппаратных средств и  программных продуктов. Сегодня  по спецификации PC 2001 объем оперативной  памяти мультимедийного компьютера не должен быть меньше 64 Мб. Для комфортной работы в среде издательских пакетов и графических редакторов понадобится уже 128 Мб. Если же работать с цветом, то 256 Мб оперативной памяти не покажутся лишними. Для профессиональной работы по созданию трехмерных изображений высокого качества, обработки видео в реальном времени лучше иметь не менее 512 Мб.

Оперативная память выпускается в виде микросхем, собранных  в специальные модули. Стандартом сегодня считаются 168-контактные DIMM-модули памяти типа

SDRAM, соответствующие  спецификации РС-133, то есть, которые  могут быть установлены на  материнские платы с частотой  системной шины 133 МГц.

Максимальная пропускная способность этих модулей памяти – 1066 Мб/с.

Однако все большую  популярность приобретают модули памяти типа DDR SDRAM

(Double Data Rate SDRAM – синхронная память с удвоенной передачей данных).

Такая память обеспечивает максимальную полосу пропускания только в случае передачи единых массивов данных. При работе с разрозненными  данными производительность резко  падает, но все равно превосходит  показатели обычной SDRAM. Пиковая полоса пропускания памяти DDR SDRAM достигает 2100

Мб/с при частоте системной шины 133 МГц. 

Видеокарта 

Бурное развитие и внедрение в качестве стандарта  де-факто графического интерфейса операционных систем, прикладных и игровых программ явилось стимулом к появлению  нового поколения видеоадаптеров, которые  принято называть «графическими  ускорителями». Обычно под этим понятием подразумевают, что многие графические  функции выполняются в самом  видеоадаптере на аппаратном уровне. Так как эти функции связаны  с рисованием графических примитивов (линий, дуг, окружностей и прочих фигур), заливкой цветом участков изображения, перемещением блоков (например, окон), то есть с обработкой графики в  двух измерениях на одной плоскости, то такие ускорители получили обозначение 2D-ускорителей.

Трехмерные (3D) ускорители из разряда экзотического профессионального  оборудования перешли в массовый сектор благодаря опять же новым  программам, прежде всего игровым, потребовавшим  обсчета и построения трехмерных

(объемных) изображений  на экране монитора в реальном  времени. Поначалу они выпускались  в виде отдельных плат, занимавших  отдельный слот PCI. Сейчас

2D/3D ускорители установлены  на самой плате видеоадаптера.

Работа с графикой – одна из самых трудных задач, которые приходится решать мультимедийному компьютеру. Сложные изображения, миллионы цветов и оттенков… Поэтому нет ничего удивительного, что для этой работы приходится устанавливать в компьютер фактически второй мощный процессор. Он находится на видеокарте и предназначен для того, чтобы разгрузить центральный процессор при обработке графики.

Еще несколько лет  назад перечень обязательных функций  видеокарт состоял только из одной  позиции – работа с обычной  двумерной графикой. И именно исходя из быстроты и качества работы в 2D-режиме они оценивались.

Сегодня ситуация изменилась: все современные видеокарты способны быстро и качественно обрабатывать двумерную графику и ждать  каких либо продвижений в этой области уже не стоит. Однако у  видеокарты появились новые обязанности.

Первая и обязательная для всех современных видеоадаптеров – поддержка объемной, трехмерной графики, то есть наличие 3D-ускорителя. Среди дополнительных функций –  возможность приема телевизионного сигнала

(встроенный TV-тюнер), аппаратное декодирование и воспроизведение  VideoCD и

DVD-дисков, наличие  TV-входа/выхода. 

Устройство и принцип  работы 

Современная видеокарта включает в себя следующие основные компоненты: 

. SVGA-ядро 

. Ядро 2D-ускорителя 

. Ядро обработки  3D-графики 

. Видеоядро 

. Видео BIOS 

. Контроллер памяти 

. Видеопамять 

. Интерфейс главной  шины 

. Интерфейс внешнего  порта ввода-вывода 

. RAMDAC – цифроаналоговый  преобразователь с собственной  памятью с произвольным доступом.

Последний компонент  отвечает за формирование окончательного изображения на мониторе, то есть преобразует  результирующий цифровой поток данных, поступающих от других элементов  видеоадаптера, в уровни интенсивности, подаваемые на соответствующую электронную  пушку (красную, зеленую, синюю) электронно-лучевой  трубки монитора.

Один из первых RAMDAC был разработан фирмой IBM в 1985 году и  обеспечивал вывод изображения  с разрешением 320х200 точек при  цветовом охвате 8 бит. В дальнейшем схемотехника RAMDAC быстро развивалась и сегодня стандартом считается RAMDAC, обеспечивающий разрешение 1600х1200 точек при 32-битном цвете на частоте 75-85 Гц. Обязательным стало требование поддержки режима

Direct Color, то есть прямого доступа к элементам DAC. Это позволяет создавать независимые таблицы для каждого из трех основных цветов и, тем самым, компенсировать цветовые искажения, вносимые электронной частью монитора. Такой эффект правки цвета получил название гамма-коррекции.

Качество получаемого  изображения в решающей степени  зависит от таких характеристик RAMDAC, как его частота, разрядность, время переключения с черного  на белый и обратно, варианта исполнения (внешний или внутренний).

Частота RAMDAC говорит  о том, какое максимальное разрешение при какой частоте кадровой развертки  сможет поддерживать видеокарта. (см. таблицу)

Современными можно  считать RAMDAC с частотой не ниже 170 МГц.