Конспект лекций к семинарам, страница 7

Основные характеристики дисплеев с точки зрения пользователя таковы: разрешающая способность, число воспроизводимых цветов (для цветного дисплея) или оттенков яркости (для монохромного).

В настоящее время начался промышленный выпуск плазменных дисплеев. В основе - возможность управлять возникновением электрических разрядов в некоторых газах и сопровождающим их свечением. Такие дисплеи обладают высоким качеством изображения и могут иметь значительно большие, чем у привычных компьютеров, размеры экранов при небольшой толщине (экран с диагональю около 1 м при толщине 8-10 см).

Огромную роль при выводе информации играют разнообразные печатающие устройства - принтеры. Наличие дисплея на современных компьютерах позволяет, работая в интерактивном режиме, экономить огромное количество бумаги, но все равно наступает, как правило, момент, когда необходима так называемая "твердая копия" информации - текст, данные, рисунок на бумаге. В процессе эволюции принтеры прошли следующий путь. Первые копировали пишущую машинку, имея ударные клавиши с буквами, цифрами и т.д. Под управлением процессора та или иная клавиша наносила удар по красящей ленте, оставляющей след на бумаге. Таких принтеров давно нет, их прямые наследники - точечно-матричные принтеры ударного типа - располагают перемещающейся вдоль строки печатающей головкой, содержащей от 9 до 24 игл, каждая из которых может независимо от остальных наносить удар по ленте. Это позволяет формировать изображения как букв и цифр, так и любых других символов, а также достаточно сложные рисунки и чертежи. Для хранения и подачи ленты используют специальную пластмассовую коробочку - картридж. Принтеры стали "интеллектуальными", т.е. имеют собственное ОЗУ и электронный блок управления для того, чтобы разгрузить основное ОЗУ и не отнимать в процессе печати время у центрального процессора.

Особенность современного принтера - возможность поддержки многих шрифтов. Часть шрифтов "прошита" в памяти принтера и задается нажатием клавиш на его панели. Еще больше шрифтов являются "загружаемыми", т.е. задаются той программой, которая обращается к устройствам печати. При печати "собственными" шрифтами принтер обычно работает быстрее, так как комбинации ударов игл выбираются из знакогенератора принтера, загружаемые шрифты требуют дополнительного времени на загрузку до начала печати соответствующей программы - знакогенератора, самая медленная печать осуществляется в графическом режиме, который требует постоянной пересылки в принтер информации о текущем режиме работы каждой иглы. Последний (графический) режим с появлением системы "Windows" стал очень распространенным, он не включает предварительной пересылки шрифтов в память принтера.

Приведем названия наиболее распространенных шрифтов, чаще всего "прошитых" в принтерах: roman - шрифт пишущей машинки, boldface – полужирный, italic – курсив, condenced - сжатый.

Качество печати текста определяется не только шрифтом и классом принтера, но и числом точек, из которых формируется символ. Наиболее быстрый режим с минимально возможным числом точек и весьма невысоким качеством печати – режим черновой печати (draft), наиболее высококачественный – режим SLQ (Super Letter Quality). На одном и том же принтере соотношение скоростей печати в разных режимах может достигать 1:10.

Все чаще на рабочих местах пользователей персональных компьютеров появляются вместо точечно-матричных струйные (рис. 1.10) или лазерные принтеры. Струйные принтеры вместо головки с иглами имеют головку со специальной краской и микросоплом, через которую эта краска "выстреливается" струйкой на бумагу (и быстро сохнет). Для формирования изображения либо струйка краски может отклоняться специально созданным электрическим полем (так как она электризуется в момент выхода из сопла), либо (чаще) головка имеет столбец из нескольких сопел - наподобие матрицы игл точечно-матричного принтера.

С труйные принтеры могут быть цветными, они смешивают на бумаге красители, порознь распыляемые разными соплами. Изображение, формируемое струйными принтерами, по качеству превосходит аналогичное, получаемое на точечно-матричных. Дополнительное достоинство – меньший уровень шума при работе.

Самые высококачественные изображения на бумаге на сегодняшний день дают лазерные принтеры. Один из основных узлов лазерного принтера - вращающийся барабан, на внешней поверхности которого нанесен специальный светочувствительный материал. Управляемый электронным блоком луч лазера оставляет на поверхности барабана наэлектризованную "картинку", соответствующую формируемому изображению. Затем на барабан наносится специальный мелкодисперсный порошок - тонер, частички которого прилипают к наэлектризованным участкам поверхности. Вслед за этим к барабану прижимается лист бумаги, на который переходит тонер, после чего изображение на бумаге фиксируется ("прижигается") в результате прохождения через горячие валки. Все это происходит с огромной быстротой, благодаря чему лазерные принтеры значительно превосходят обсуждавшиеся выше по скорости работы. Лазерные принтеры - рекордсмены по части количества воспроизводимых шрифтов и качеству рисунков благодаря высочайшей разрешающей способности. Существуют как черно-белые, так и цветные лазерные принтеры. Лазерный принтер работает почти бесшумно. Единственный, но, увы, очень важный параметр, по которому они существенно уступают принтерам ранее описанных типов - стоимость; далеко не всякий может себе позволить приобрести принтер, по стоимости превосходящий точечно-матричный аналог в несколько раз.

Лидирующая фирма в производстве струйных и лазерных принтеров - "Hewlett-Packard" (HP), США, хотя в этой области действуют и другие фирмы.

Существуют и принтеры, работающие на других физических принципах, но по распространенности они значительно уступают тем, которые обсуждались выше.

К принтерам близки по назначению плоттеры специализированные устройства для вывода на бумагу чертежей и рисунков. Рисунок исполняется специальным пером, управляемым электронным блоком; для цветного плоттера необходимо несколько перьев. Плоттер необходим как часть автоматизированного рабочего места (АРМ) проектировщика, инженера-конструктора, архитектора. В силу специализированности и высокой стоимости плоттеры не являются устройствами массового распространения.

1.5.4. Функциональные характеристики ЭВМ

Основными характеристиками ЭВМ являются:

1. Быстродействие, производительность, тактовая частота.

Единицами измерения быстродействия обычно служат МИПС (MIPS -Mega Instruction Per Second) - миллион операций над числами с фиксированной запятой (точкой). Оценка производительности ЭВМ всегда приблизительная, ибо при этом ориентируются на некоторые усредненные или, наоборот, на конкретные виды операций. Реально при решении различных задач используются и различные наборы операций. Поэтому для характеристики ЭВМ вместо производительности обычно указывают тактовую частоту, более объективно определяющую быстродействие машины, так как каждая операция требует для своего выполнения вполне определенного количества тактов.

Тактовая частота машины задается генератором тактовых импульсов, который генерирует последовательность электрических импульсов. Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины или просто такт работы машины. Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов. Зная тактовую частоту, можно достаточно точно определить время выполнения любой машинной операции.

2. Разрядность машины и кодовых шин.

Разрядность ЭВМ - это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция, в том числе и операция передачи информации. Чем больше разрядность, тем, при прочих равных условиях, будет больше и производительность ЭВМ.

3. Тип системной магистрали.

Разные типы магистралей обеспечивают разные скорости передачи информации между узлами машины, позволяют подключать разное количество внешних устройств и различные их виды.

4. Емкость оперативной памяти.

Емкость оперативной памяти измеряется чаще всего в мегабайтах (Мбайт), реже в килобайтах (Кбайт). 1 Мбайт = 1024 Кбайта = 1024² байт. Следует иметь в виду, что увеличение емкости основной памяти в 2 раза, помимо всего прочего, дает повышение эффективной производительности ЭВМ при решении сложных задач примерно в 1 7 раза.

1. Емкость накопителя на жестких магнитных дисках (винчестера).

Емкость винчестера измеряется обычно в гигабайтах (1 Гбайт=1024 Мбайта).

1. Тип и емкость накопителей на гибких магнитных дисках.

Сейчас применяются в основном накопители на гибких магнитных дисках, использующие дискеты диаметром 3,5" (1 дюйм = 25,4 мм). Они имеют стандартную емкость 1,44 Мбайта.

1. Виды и емкость КЭШ-памяти.

2. Тип видеомонитора (дисплея) и видеоадаптера.

3. Тип принтера.

4. Наличие математического сопроцессора.

Математический сопроцессор позволяет в десятки раз ускорить выполнение операций над двоичными числами с плавающей запятой и над двоично-кодированными десятичными числами.

1. Аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ.

Аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ означает возможность использования на компьютере соответственно тех же технических элементов и программного обеспечения, что и на других типах машин.

12. Надежность.

Надежность - это способность системы выполнять полностью и правильно все заданные ей функции. Надежность ЭВМ измеряется обычно средним временем наработки на отказ.

1.6. Перспективы развития вычислительной техники

С самого начала компьютерная промышленность была движима нескончаемым стремлением ко все большей и большей вычислительной мощности. Компьютер ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator - электронный цифровой интегратор и калькулятор) мог выполнять 300 операций в секунду, что в 1000 раз превосходило скорость всех электромеханических калькуляторов того времени. Однако его колоссальной по тем временам мощности разработчикам показалось недостаточно. Теперь существуют машины в миллион раз мощнее, чем ENIAC, однако спрос на все большие мощности не стихает. Астрономы пытаются понять вселенную, биологи бьются над расшифровкой генома человека, а инженеры хотят создать более надежные и экономичные самолеты. Всем им нужны компьютерные мощности. Сколько бы ни было доступно мощности на данный момент, ее всегда оказывается недостаточно.

В прошлом решение всегда состояло в том, чтобы увеличить тактовую частоту процессора. К сожалению, сегодня мы приближаемся к некоторым фундаментальным пределам тактовой частоты. В соответствии со специальной теорией относительности Эйнштейна, никакой сигнал (в том числе электрический) не может распространяться быстрее скорости света, равной 30 см/нс в вакууме и около 20 см/не в медном проводе или оптоволоконном кабеле. Это означает, что в компьютере с тактовой частотой 10 Гц сигналы за один такт не могут распространяться дальше, чем на 2 см. Для 100-гигагерцового компьютера полная длина пути сигнала будет составлять максимум 2 мм. Компьютер с тактовой частотой 1 ТГц (1000 ГГц) должен иметь размеры менее 100 мкм, чтобы сигнал от одного его конца до другого успел пройти за один такт процессора.

Производство компьютеров такого размера, может, теоретически и возможно, но при этом мы сталкиваемся с другой фундаментальной проблемой: рассеянием тепла. Чем быстрее работает компьютер, тем больше тепловой энергии он производит, а чем меньше компьютер, тем труднее отводить эту тепловую энергию. Уже сейчас на новых системах с процессором Pentium вентилятор для охлаждения центрального процессора больше, чем сам центральный процессор. Для перехода с частоты 1 МГц на частоту 1 ГГц требовалось всего лишь постепенное усовершенствование технологии производства микросхем. Для перехода на частоту 1 ТГц потребуются более радикальные изменения.

Другой способ увеличения вычислительной мощности системы состоит в использовании параллельных вычислений. Для этого могут использоваться многопроцессорные компьютеры, состоящие из большого количества процессоров, каждый из которых работает с "нормальной" частотой (чтобы это ни означало в данном году). Однако совместно эти процессоры обладают значительно большей мощностью, чем отдельный центральный процессор. В настоящее время серийно выпускаются и продаются системы с 1000 процессорами. В ближайшее десятилетие, вероятно, будет построена система с 1 млн. процессоров.

Высокопараллельные компьютеры часто применяются для сложных вычислений. Такие задачи, как прогноз погоды, моделирование воздушного потока вокруг крыла самолета, мировой экономики или взаимодействия лекарства с рецептором в мозгу, требуют больших компьютерных мощностей. Для решения этих задач требуются долгие расчеты на большом количестве центральных процессоров одновременно. Многопроцессорные системы широко применяются для данных и подобных задач в науке и машиностроении, а также в других областях.