Текст книги "Аппаратные средства персональных компьютеров"

В ряде случаев, когда на винчестере имеется не только операционная система Windows, или были проблемы с BOOT-вирусами или программами защиты информации, программа FDISK отказывается изменять существующую на винчестере загрузочную запись (MBR, Master Boot Record). В этом случае есть несколько способов изменения MBR так, чтобы программа FDISK снова согласилась с ней работать. Если не рассматривать восстановление работоспособности компьютера с помощью аварийной дискеты, которую можно создать различными программами, например утилитой, входящей в антивирусный программный пакет AVP, то все способы представляют собой ручную корректировку главной таблицы разделов в MBR. То есть с помощью специальной программы необходимо получить доступ к нулевой дорожке винчестера[27]27
  Доступ к нулевой дорожке возможен только при работе в операционной системе DOS. Режим эмуляции DOS в Windows не позволяет получить доступ к этой дорожке.


[Закрыть] и провести корректировку данных, записанных на ней. Далее приводится насколько вариантов такого воздействия на винчестер разной степени сложности.

• Самое простое, это попробовать запустить программу FDISK с дополнительным параметром, который позволяет привести MBR к стандартному виду:

A: fdisk /mbr

Но т. к. вы уже столкнулись с проблемой при разбиении винчестера программой FDISK, то, вполне вероятно, такой вариант запуска этой программы не поможет восстановить доступ к винчестеру.

• Для ручной корректировки MBR, точнее главной таблицы разделов, можно использовать программы NU.EXE или DISKEDIT.EXE из пакета Norton Utilities. Хотя способы работы с ними несколько отличаются (особенно для младших версий NU.EXE), но в любом случае надо выбрать функцию Physical Sector (работа с физическими секторами) и, перейдя к Partition Table или сектору 1 цилиндра 0 поверхности 0, испортить загрузочную запись, введя случайный набор данных. После записи такой неверной информации на диск и перезагрузки программа FDISK снова согласится корректировать MBR. Того же можно добиться и с помощью программы DOS Navigator, выбрав соответствующий пункт в меню.

Последним способом можно не только испортить загрузочную запись, чтобы дать разрешение на работу программы FDISK, но и восстановить главную таблицу разделов так, чтобы она имела те же параметры, которые были до возникновения проблем. Для этого нужно вручную откорректировать главную таблицу разделов, заполнив ее правильными значениями.

Правда, такой способ доступен только тем, кто четко представляет, какова была логическая структура дискового пространства ранее. Заметим, что в этом случае уже нельзя пользоваться программой FDISK, т. к. она "не понимает" "нестандартной" разметки дискового пространства.

Модернизация компьютера чаще происходит спонтанно, и пользователь в большинстве случаев руководствуется принципом – побольше и подешевле. В итоге почти всегда получается, что узлы в компьютере никак не согласованы друг с другом. Гигагерцовый процессор вынужден постоянно ждать ответов от низкоскоростного винчестера, память не работает на доступной ей скорости и т. д.

У популярной конфигурации компьютера, в которую входит процессор Celeron и дешевый винчестер объемом 10–40 Гбайт, имеется слабое место – свопинг (виртуальная память на винчестере).

Примечание

Свопингом называют резервирование части места на диске для использования в качестве дополнительной памяти. Это ускоряет работу компьютера. Оптимальный результат обычно достигается в случае, когда Windows устанавливает эти параметры автоматически.

Хотя такие конфигурации компьютеров снабжаются оперативной памятью 128 и 256 Мбайт, но даже и в этом случае, когда существует излишек оперативной памяти, операционная система Windows использует файл подкачки величиной, например 40 Мбайт. Если с помощью программы Системный монитор посмотреть, как при работе в Windows 98 SE/ME используется ОЗУ, то видно, что почти всегда постоянно свободно более 100–150 Мбайт (при 512 Мбайт оперативной памяти свопинг практически не нужен). Но несмотря на большой объем неиспользуемой оперативной памяти, операционная система продолжает использовать свопинг на винчестер, как будто так и положено. В итоге, теряется время на обмен с низкоскоростным винчестером.

В настройках Windows есть параметр, который позволяет отключить виртуальную память. Для этого надо установить флажок Не использовать виртуальную память (Не рекомендуется) в окне Виртуальная память, попасть в которое можно следующим путем: Панель управления | Система | Быстродействие (рис. 9.23).

Рис. 9.23. Отключение виртуальной памяти (свопинга)

После этой нехитрой операции останется только щелкнуть на кнопке ОК и перезагрузить компьютер. После перезагрузки компьютер будет работать заметно быстрее, например, установка чуть более скоростного процессора дает куда меньший эффект.

Но, к сожалению, кроме положительного эффекта отключение свопинга в ряде случаев приводит к неприятным вариантам. Некоторые популярные программы не умеют правильно работать при отключенном свопинге, например, программа Photoshop регулярно зависает при работе со вторым или третьим рисунком (потребуется перезагрузка компьютера). Поэтому надо взвесить все "за" и "против" до того как вы начнете экспериментирование с отключением свопинга.

Цены на новые винчестеры стремительно падают, поэтому пользователи начинают оснащать свои компьютеры современными винчестерами с новейшими интерфейсами АТА/66, АТА/100 и АТА/133. К сожалению, многие популярные системные платы, в частности с чипсетом 440ВХ, не поддерживают скоростные спецификации IDE-интерфейса. Соответственно, даже очень хороший винчестер будет вынужден работать в том режиме, который может обеспечить системная плата.

Для увеличения пропускной способности IDE-интерфейса можно использовать плату дополнительного контроллера IDE, которая вставляется в слот PCI. Такие дополнительные платы выпускаются многими фирмами и стоят от 30 до 150 долларов.

На рис. 9.24 показана блок-схема контроллера IDE-интерфейса.

Рис. 9.24. Блок-схема IDE-контроллера

Примечание

Режим Ultra DMA предусматривает, что данные передаются по каждому перепаду тактовой частоты (рис. 9.25), т. е. частота обмена увеличивается в два раза.

Рис. 9.25. Работа интерфейса IDE: а – обычный режим; б – режим Ultra DMA

Последовательный интерфейс Serial ATA, который только-только начал внедряться, видимо, положит конец всем тем проблемам, которые свойственны интерфейсу IDE. В первую очередь – это согласование производительности и разрядности шины PCI и накопителей на жестких магнитных дисках. Кроме того, внутреннее пространство в корпусе персонального компьютера кардинально освободится от двух IDE-шлейфов, которые создают массу хлопот – их сложно подключать, т. к. приходится работать наощупь, большие их габариты мешают нормальному охлаждению процессора и микросхем, установленных на системной плате и т. п.

На рис. 9.26 показано, как подключаются устройства с последовательным интерфейсом Serial ATA. Вместо громоздкого плоского кабеля с 80 проводниками предлагается использование тонкого коаксиального провода длиною до 1 м, по которому данные будут передаваться в виде отдельных битов с разницей в уровнях напряжения всего 0,5 В. Интересно, что, наконец, подвергся модификации разъем питания, в котором предложено использовать 5 линий – дополнительное напряжение 3,3 В предназначено для будущих устройств, которые, возможно, скоро появятся.

Рис. 9.26. Подключение устройств с интерфейсом Serial ATA

Немаловажным достоинством интерфейса Serial ATA является и то, что уменьшаются габариты разъемов. В совокупности со всем остальным это позволяет начать действительно реальный процесс сокращения габаритов системных блоков персональных компьютеров. Сравнение двух стандартов показано на рис. 9.27.

Рис. 9.27. Сравнение стандартов IDE и Serial ATA

Как обещают разработчики интерфейса Serial ATA, пользователям будут доступны переходники, которые позволят совместно использовать устройства с интерфейсами IDE и Serial ATA. То есть можно будет подключить винчестер с интерфейсом Serial ATA к любой старой системной плате, а к системной плате с интерфейсом Serial ATA подключить традиционный винчестер.

Глава 10
Звук

Установка динамика в первых компьютерах IBM PC объяснялась только желанием разработчиков иметь возможность звуковой индикации системных событий, например, отказов в работе видеокарты или возникновения ошибок оперативной памяти. Каких-либо претензий на воспроизведение голоса или музыки с помощью компьютера у разработчиков не было и, соответственно, динамик был подключен к выходу обычного двоичного счетчика, который только и мог, что формировать звуковые сигналы различной длительности и тональности.

Появление первых звуковых карт, которые достаточно чисто могли воспроизводить голос, музыку и формировать из MIDI-команд незатейливые мелодии, было встречено пользователями с весьма вялым интересом. Тут проявились два фактора – качество звука, формируемого первыми 8-битными звуковыми картами, было на уровне радиоприемника, а их установка, к сожалению, сопровождалась различными проблемами – то не хватало аппаратного прерывания, то конфликтовали порты ввода/вывода. Так что длительное время звуковой картой был оборудован не каждый компьютер.

Прошло несколько десятилетий, технологии воспроизведения звука усовершенствовались настолько, что теперь ни один пользователь не может себе представить, что в современном компьютере не установлена звуковая карта. А для многих игр и программ наличие звуковой карты обязательно.

По сути, в настоящее время компьютер на равных конкурирует с музыкальным центром и видеомагнитофоном. И совсем скоро даже просмотр телевизионных программ на мониторе будет вполне обычным делом.

Канал звука

Так как традиционный канал звука в персональном компьютере предназначен для озвучивания системных событий, то все его узлы, которые участвуют в формировании звуковой волны, разнесены по разным блокам (ранее микросхемам). Каждым блоком-микросхемой надо управлять по отдельности, используя специфичные для нее особенности, поэтому вроде бы простое управление звуком никак не напоминает работу с музыкальным синтезатором.

Для операций, синхронизированных с реальным временем, а это системные часы и звуковой канал, используются три программируемых интервальных счетчика-таймера. В самых первых моделях IBM PC XT и AT применялась микросхема 8253 (или 8254), а в дальнейшем ее функции были встроены в чипсет системной платы. Принципы управления счетчиками, независимо от типа процессора, остаются одними и теми же.

На рис. 10.1 показана подсистема формирования звуковых сигналов. От системных часов поступают импульсы с частотой 1,19 МГц, которые одновременно подаются на три канала таймера (на рисунке показан только канал 2). Каналы 0 и 1 используются для расчета времени системных событий, например прерываний BIOS или восстановления синхронизации времени после аппаратных прерываний. Заметим, что хотя пользователю доступно программирование этих каналов, но использовать их и менять какие-либо настройки и режимы нежелательно.

Рис. 10.1. Канал управления звуком

Третий канал (канал 2) используется для формирования звуковых сигналов BIOS. Но т. к. системные события, которые озвучивает BIOS, происходят только во время начальной загрузки и при тяжелых ошибках операционной системы, то пользователь вправе использовать этот канал по своему усмотрению. То есть любая пользовательская программа может управлять режимом этого канала по собственному алгоритму, например синтезировать голос человека, музыку или подавать звуковые сигналы в ответ на ошибочные действия пользователя.

В каждом канале используются 16-разрядные двоичные счетчики, с помощью которых можно сосчитать максимально 65 635 импульсов. Если разделить входную частоту 1,19 МГц на разрядность счетчика, то минимальная частота на его выходе будет около 55 Гц или 18,2 импульса в секунду.

Счетчик канала может работать в 6-ти режимах, которые программируются пользователем. Но в любом из них за каждый такт системных часов счетчик всегда только вычитает единицу из значения, которое в него записано. После обнуления он формирует выходной импульс.

В счетчик можно записать любое число в диапазоне от 0 до 65 635 двумя способами – загрузить два байта или только один, старший или младший.

Чтобы не нарушать работу счетчика во время загрузки нового значения (частота синхронизации процессора и таймера не совпадают), каждый канал снабжен регистром-задвижкой, в который загружается будущее значение счетчика. А содержимое счетчика меняется только после получения таймером байта управления и одного или двух байтов, которые должны быть в него загружены.

Для управления любым каналом таймера используется управляющий порт с адресом 43h, в который посылаются однобайтные команды. После команды управления по адресу порта нужного канала передается один или два байта для загрузки счетчика канала. Рабочий цикл счетчика завершится, когда его значение будет равно 0. Адреса портов таймера приведены в табл. 10.1, а значения битов в командном слове – в табл. 10.2. Табл. 10.3 содержит названия возможных режимов работы каналов таймера, но пснти всегда используется 3-й режим, когда канал таймера работает в режиме обычного делителя импульсов, имитируя генератор.

Таблица 10.1. Порты таймера

Таблица 10.2. Значение битов в командном слове таймера

Таблица 10.3. Режимы работы каналов таймера

Динамик компьютера не подключен непосредственно к выходу 2-го канала таймера, а управляется блоком периферийного интерфейса. Это значит, что помимо управления таймером, для того чтобы запищал динамик, надо установить определенные биты портов периферийного интерфейса.

Интерфейс с периферией ранее выполнялся на микросхеме 8255, представляющей собой три однобайтовых порта. Каждый порт в состоянии как принимать данные, так и передавать. При этом полученное или переданное значение может, по желанию программиста, храниться во внутреннем регистре интерфейса. Адреса портов интерфейса с периферией приведены в табл. 10.4. Само управление блоком периферийного интерфейса похоже на работу с таймером, но т. к. в данном случае, кроме управления таймером и динамиком, на эти порты возлагаются и другие системные функции, то требуется изменение состояния одиночных битов, а не целых байтов. Поэтому программисту приходится сначала считывать состояние порта, а потом записывать новое значение с измененными одним или двумя битами.

Младший бит (бит 0) порта В (рис. 10.1) управляет воротами (gate), которые разрешают (бит равен 1) или запрещают (бит равен 0) прохождение импульсов от системных часов к счетчику какого-либо канала таймера. Чтобы импульсы от таймера проходили к динамику, помимо битов порта В надо установить в единицу бит 5 порта С. Кроме того, выходные импульсы от таймера проходят через порт В (бит 1). Заметим, что этот порт также можно использовать для генерации звука.

Таблица 10.4. Порты периферийного интерфейса

Несмотря на кажущуюся сложность, для программиста, знающего схемотехнику компьютера, использование портов для управления звучанием динамика не представляет особой проблемы. Ранее даже встречались программы, которые необычайно чисто воспроизводили на встроенном в компьютер динамике речь и музыку, правда, таких примеров было не так много, поскольку от программиста требовалось подать на динамик аналоговый сигнал, преобразованный в широтно-импульсную модуляцию (ШИМ). В этом случае динамик выполнял не только роль излучателя, но и работал как интегрирующая цепь (фильтр низких частот).

Обычно программисты и пользователи ограничивались простейшим управлением динамиком, например, с помощью оператора sound из языка программирования Basic. Ниже приведен фрагмент программы, которая создает звуковой сигнал частотой 587 Гц и длительностью 1 с:

SOUND ON

SOUND 587,1

SOUND OFF

Для создания нехитрой мелодии можно воспользоваться значениями частот нот первой октавы, которые приведены в табл. 10.5.

Управляя непосредственно портами таймера и интерфейса с периферией, возможно добиться хорошего звука даже на той "пищалке", мощностью 0,1 Вт, которая установлена в системном блоке.

Таблица 10.5. Частоты первой октавы

Простой звуковой сигнал можно вызвать при использовании функции BIOS или MS-DOS, посылая код ASCII 7 на стандартное устройство вывода (терминал). Этот код интерпретируется как управляющий символ «звонок» и не выводится на экран монитора. Ниже приведен программный код на языке Ассемблера:

MOV АН,2; функция вывода на экран

MOV DL,7; код ASCII 7

INT 21h; вызов прерывания

Примечание

Очень часто канал звука применяется для управления прерываниями, чтобы синхронизировать в реальном времени работу внешних устройств. При этом запрещается прохождение выходных сигналов от таймера к динамику.

Звуковые карты

Как только появились аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи (АЦП и ЦАП), выполненные на одном кристалле кремния и не слишком дорогие по цене, то разработчики сразу нашли им применение для создания более реалистичного звука с помощью персонального компьютера, с использованием не внутреннего динамика, а внешних звуковых колонок.

Как мы уже отмечали, создание звука с помощью стандартного канала звука – это подача импульсов напряжения 5 В на динамик. Получить с помощью таких импульсов красивый звук весьма проблематично.

ЦАП же позволяет между двумя крайними точками создать множество промежуточных отсчетов, приближая синтезированный звуковой сигнал к реальному – аналоговому сигналу.

Посмотрите на рис. 10.2, где показан принцип цифроаналогового преобразования. Входной цифровой код поступает на вход ЦАП. Каждый разряд кода управляет выключателем, который подает на вход усилителя напряжение (ток) своего уровня. Суммарное напряжение на выходе усилителя представляет собой ступенчатый сигнал. После сглаживания выходного сигнала с помощью фильтра на выходе ЦАП появляется выходной аналоговый сигнал, который в точности соответствует тому, который был закодирован в цифровом коде.

Рис. 10.2. Цифроаналоговое преобразование

Качество выходного сигнала ЦАП зависит от того, сколько цифровых разрядов принимает участие в его формировании. При 8 разрядах – звуковой сигнал имеет «красоту» воспроизведения обычного средневолнового радиоприемника. Все разборчиво, но наслаждаться чистотой звука нельзя. При 16 разрядах получается качество звучания, соответствующее тому, что можно услышать при воспроизведении компакт-дисков.

Аналого-цифровой преобразователь преобразовывает входной аналоговый сигнал – речь или музыку – в цифровой код. Один из вариантов АЦП показан на рис. 10.3. Конструктивно такой АЦП – это тот же ЦАП, на вход которого подается от двоичного счетчика последовательность кодов от 0 до максимально возможного значения, и выходной сигнал АЦП сравнивается с входным аналоговым с помощью компаратора. Когда эти два сигнала оказываются равны, то значение счетчика в момент срабатывания компаратора является цифровым кодом, соответствующим данному уровню напряжения входного аналогового сигнала.

Рис. 10.3. Аналого-цифровое преобразование

Первые звуковые карты содержали 8-разрядные АЦП и ЦАП, а в дальнейшем, чтобы повысить качество звука, количество разрядов увеличили до 16. В настоящее время для создания очень чистого звука используют 18– и 24-разрядный код.

На качество звука оказывает сильное влияние частота дискретизации – количество замеров входного уровня напряжения аналогового сигнала за одну секунду. Чем больше раз будет измерен уровень входного сигнала, тем точнее можно описать его форму. Для записи и воспроизведения человеческой речи используют частоту дискретизации 6–8 кГц. Для оцифровки звукового сигнала от телевизора или радиоприемника частоту дискретизации повышают до 20–25 кГц. Для аудиокомпакт-дисков используют частоту 44–48 кГц.

Примечание

Для хранения звука на винчестере или CD-ROM используется большое количество разнообразных форматов файлов, но наиболее популярны у пользователей —WAV и MP3.

В формате WAV хранятся необработанные звуковые сигналы, например этот формат использует программа Звукозапись из операционной системы Windows. Размер файла формата WAV наиболее велик. Так, даже при записи голоса с невысоким качеством для 3-минутного ролика на винчестере требуется 1 Мбайт дискового пространства.

Наибольшей популярностью у пользователей (но не у студий звукозаписи) пользуется формат MP3, который позволяет с высоким качеством сохранить эстрадное произведение в файле размером 3–5 Мбайт. Сокращение объема файла происходит за счет кодирования и компрессии сигнала, при этом от коэффициента сжатия зависит качество воспроизведения. Чем сильнее сжат файл, тем хуже звучание музыки.

Блок-схема стандартной звуковой карты показана на рис. 10.4. На блок-схеме видно, что звуковая карта содержит два независимых канала формирования звуковых сигналов. Первый канал – это модуль записи/воспроизведения аналоговых сигналов, например запись с микрофона или радиоприемника и воспроизведение через звуковые колонки или наушники. Второй канал – это блок синтезатора мелодий, выход которого может подаваться на модуль записи/воспроизведения. Для работы с различными MIDI-клавиатурами или внешними музыкальными синтезаторами предназначен блок MIDI-интерфейса.

Рис. 10.4. Блок-схема звуковой карты

В настоящее время выпускается широкая номенклатура звуковых карт, рассчитанных на самые различные группы пользователей – от дешевых устройств для домашних или офисных компьютеров до систем, предназначенных для создания домашних кинотеатров. Цена звуковой карты может составлять от 6 до нескольких сотен долларов.

На рис. 10.5 показана простая звуковая карта Hercules Gamesurround Muse LT, которая позволяет слушать на компьютере музыкальные записи и просматривать видеофильмы. При желании к ней можно подключить MIDI-клавиатуру или джойстик. Всю работу по преобразованию звуковых сигналов в цифровой код и обратно выполняет один лишь чип, установленный на ее плате.

Рис. 10.5. Звуковая карта Hercules Gamesurround Muse LT

Аналогичные звуковые карты выпускают множество фирм, правда, чаще всего не с такой вычурной печатной платой. У этих карт, кроме 15-контактного разъема для подключения джойстика и MIDI-клавиатуры, обычно имеются стандартные стереогнезда для подключения активной акустической колонки, микрофона, радиоприемника или магнитофона.

На рис. 10.6 показана более сложная звуковая карта, у которой для подключения внешних звуковых устройств дополнительно имеется цифровой последовательный интерфейс S/PDIF (Sony/Philips Digital Interface Format). К этому интерфейсу можно подключить цифровые акустические колонки, телевизор, музыкальный центр. Заметим, что поддерживается технология создания объемного звука, которая получила название 3D Sound (по аналогии с 3D-изображениями). В этом случае необходимо использовать шесть звуковых колонок по схеме, имеющей название – 5.1 (два фронтальных, центр, два тыловых и сабвуфер).

Рис. 10.6. Звуковая карта Hercules Gamesurround Muse 5.1 DVD

Примечание

Для того чтобы операционная система и пользовательские программы могли правильно работать с разнообразными звуковыми картами, большинство производителей поддерживают совместимость с Sound Blaster. В этот стандарт входят совместимые с Sound Blaster порты, FM-синтезатор и MIDI-интерфейс, совместимый с MPU-401.

Другой стандарт Windows Sound System (WSS) ввела корпорация Microsoft.