Изучение аппаратного и программного обеспечения персонального компьютера. Основы программирования на языке С++

       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. 
 

       3.1 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.

       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).

       Разрядность RAMDAC говорит о том, какое цветовое пространство способен охватывать видеоадаптер. Большинство микросхем этого типа поддерживает представление 8 бит на каждый канал цвета, что обеспечивает отображение около 16,7 млн. цветов. За счет гамма-коррекции исходное цветовое пространство расширяется еще больше. В последнее время появились RAMDAC с разрядностью 10 бит по каждому каналу цвета, охватывающие более миллиарда цветов.

       Обычно  не афишируемым, а зачастую и замалчиваемым  производителями параметром является Slew Rate. Это время, в течение которого электронный луч пушки кинескопа  монитора включается, достигает максимальной яркости на отдельном пикселе и выключается (переключение черного сигнала на белый и наоборот). При установке параметров монитора в режим высокого разрешения при высокой частоте кадровой развертки случается, что не успевший полностью погаснуть луч переводится на следующий пиксель (или не достигший требуемой яркости луч перескакивает дальше). В результате изображение становится размазанным. Такой эффект получил название «замыливание» и встречается, к сожалению, довольно часто. 

       3.2 Звуковая карта

       Мультимедийный  компьютер обязательно должен уметь  воспроизводить качественный звук. Основным устройством для работы со звуком стали специализированные звуковые карты. Они появились на рынке около 10 лет назад.

       Сама  по себе звуковая карта звучать, разумеется, не может. Поэтому для того, чтобы услышать звук к ней необходимо подключить колонки. На большинстве звуковых карт имеются два входа: линейный и для микрофона, один или два выхода: для колонок и для наушников, а также разъем для подключения внешнего MIDI-устройства или джойстика.

       Любая звуковая карта имеет дело с двумя основными форматами компьютерного звука: цифровой (Wave-формат) и синтезированный (MIDI). Следовательно, в ее конструкции есть два основных элемента, отвечающих за работу с этими видами звука: Цифро-аналоговый и аналогово-цифровой преобразователь (ЦАП/АЦП) и синтезатор. Разумеется, на плате располагаются и другие элементы, например, микросхема, отвечающая за обработку сжатого звука, а иногда – еще и модуль спецэффектов.

       Цифровой  звук можно сравнить с фотографией. Это точная цифровая копия музыки, человеческой речи и любого другого звука. Принцип воспроизведения такого звука звуковой картой похож на принцип работы магнитофона. В этом случае звуковая карта лишь переводит цифровой звук в аналоговую форму. Возможно и обратное – аналогово-цифровое преобразование. Оно происходит при записи в компьютер звука от внешнего источника.

       Цифровой  звук – основной стандарт компьютерного  звука сегодня. Именно оцифрованный звук мы слышим, играя в компьютерные игры, слушая аудио компакт-диск или просматривая мультимедиа-энциклопедию.

       Если  цифровой звук можно сравнить фотографией, то синтезированный (MIDI) звук можно  уподобить конструкции, собираемой из стандартных блоков. Блоки –  это, проще говоря, звуки, сыгранные  определенным инструментом. При воспроизведении MIDI-музыки на звуковую карту идет не цифровой звуковой поток, а команды, заставляющие ее воспроизводить какую-либо ноту определенным музыкальным инструментом. И звуковая карта конструирует из посланного ей кода какую-нибудь мелодию.

       Существуют  два основных метода воспроизведения MIDI-звука – с помощью частотного синтеза (FM-синтезатор) или волновой таблицы (Wavetable-синтезатор).

       В FM-синтезаторе каждый инструмент описан как совокупность нескольких частотных генераторов простых частот, для каждой из которых заданы амплитуда, частота, фаза и другие параметры. Поэтому качество музыки на звуковой карте с FM-синтезатором оставляет желать лучшего. В настоящее время все крупные производители звуковых карт прекратили их выпуск.

       В табличном синтезаторе используется волновая таблица. Это своего рода банк, где хранятся оцифрованные образцы звучания реальных инструментов. Поэтому музыка на табличном синтезаторе звучит более реалистично и качественно. Табличным синтезатором снабжены практически все современные звуковые карты.

       Современные звуковые карты бывают 16 или 20-разрядными. Отличие этих двух типов карт в качестве воспроизводимого ими звука. 16-итные карты обеспечивают неплохое звучание и являются звуковыми картами на каждый день. 20-битная карта – выбор профессионалов.

       Звуковые карты также различаются по количеству голосов, которые может одновременно воспроизводить установленный на ней синтезатор при воспроизведении MIDI-музыки. Конечно, лучше карты с большим числом голосов. Однако редко в какой MIDI-мелодии можно найти более 32 голосов, то есть партий инструментов.

       Еще одной важной характеристикой является частота квантования звука. Стереозвук высокого качества должен иметь частоту  не менее 44,1 кГц. Многие сегодняшние звуковые карты поддерживают даже частоту 48 кГц, хотя на практике такая частота вряд ли понадобится. 44 кГц – вполне приличная частота оцифровки и именно такая частота используется при записи аудио компакт-дисков.

       Наличие полного дуплекса говорит о том, что звуковая карта может и  воспроизводить и записывать звук одновременно. Этот режим особенно актуален при использовании Internet-телефонии. Полнодуплексными являются практически все карты, выпущенные после 1998 года.

       В 1998 году на рынке звуковых карт произошла  настоящая революция: после многолетней ориентации на старый интерфейс ISA звуковые карты плавно перешли на более скоростной интерфейс PCI. И сегодня практически все звуковые карты выпускаются именно в этом форм-факторе. 
 
 

       3.3 Мультимедийное Программное обеспечение

       Совокупность  используемых в компьютере программ принято называть программным обеспечением.

       Программное обеспечение создает на компьютере определенную среду для работы и  включает в себя инструментарий, с  помощью которого вы имеете возможность создавать любые компьютерные объекты.

       Разнообразие  сред определяете составом программного обеспечения компьютера, так как любая, даже самая небольшая программа после ее запуска создает свою рабочую среду.

       Итак, программное обеспечение компьютера — совокупность всех используемых в компьютере программ.

       Для того чтобы ясно понимать, где и какую программу вам лучше использовать для преобразования информации и получения желаемого результата, необходимо иметь представление об имеющихся разновидностях программ.

       Все программное обеспечение принято  разделять на три класса:

           * системное,

           * прикладное,

           * инструментарий программирования (системы программирования). 

       3.3.1 Системное программное обеспечение

       Этот  класс программного обеспечения  является необходимой принадлежностью компьютера, так как обеспечивает взаимодействие человека, всех устройств и программ компьютера.