Борис Леонтьев
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ UPGRADE 2004 Издание четвертое, дополненное и исправленное
Москва
NEW
PUBLISHING
HOUSE
ЗАО «Новый издательский дом» 2004
УДК004.056 ББК 32.973.202 Л47
Леонтьев Б. К.
Л47
Энциклопедия Upgrade. - М: «Новый издательский дом» («New Publishing House»), — 4-е издание — 2004. — 624 с. ISBN 5-88548-127-Х
Издание посвящено модернизации аппаратных компонентов, использующихся в современных персональных компьютерах. В этой книге последовательно описана модернизация практически всех компонентов компьютера: установка дополнительной оперативной памяти, новых жестких дисков, процессора, дисководов, звуковых плат, модемов, видеоплат и многое другое. Рассмотрены внутренние и внешние компоненты, специализированные интерфейсы периферийных устройств, устройств хранения данных, электронной памяти, шины расширения, аудио- и видеоинтерфейсы, беспроводные интерфейсы, коммуникационное оборудование, а также особенности замены отдельных компонентов и оценена степень сложности такого рода замен. Цель книги — предоставление читателю понятного и в то же время профессионального пособия по выполнению наиболее типичных процедур, которые происходят при модернизации ПК. Книга, в первую очередь, адресована широкому кругу специалистов, связанных с ремонтом ПК, разработчикам аппаратных средств компьютеризированной аппаратуры и их программной поддержки, а также широкому кругу пользователей, которые решили провести модернизацию домашнего компьютера. УДК 004.056 ББК 32.973.202 Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельца авторских прав. Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но, поскольку вероятность технических ошибок все равно остается, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых сведений. В связи с этим издательство не несет ответственности за возможный ущерб любого вида, связанный с применением содержащихся здесь сведений. Все торговые знаки, упомянутые в настоящем издании, зарегистрированы. Случайное неправильное использование или пропуск торгового знака или названия его законного владельца не должно рассматриваться как нарушение прав собственности.
ISBN 5-88548-127-Х
©ЛеонтьевБ. К., 2004 © ЗАО «Новый издательский дом», 2004
Введение в Upgrade-компьютеризацию
Введение в Upgrade-компьютеризацию Сегодня провести модернизацию персонального компьютера своими руками может каждый, но главная задача — сделать это эффективно, с наименьшими затратами и наибольшей отдачей. Несмотря на то, что сегодня свободно возможно приобрести современный ПК, число пользователей, бесконечно совершенствующих свои компьютеры, не уменьшается. На страницах этой книги вы найдете систематизированное описание «железной» части семейства самых распространенных персональных компьютеров. Книга дает знания как по отдельным электронным подсистемам (память, процессоры, диски), так и по их соединению в единое целое — знаменитый персональный компьютер со всеми его достоинствами и недостатками. Аппаратные средства рассматриваются во взаимодействии с программным обеспечением, что дает целостную картину функционирования компьютера. Большое внимание в книге уделено различным интерфейсам — а именно с ними имеет дело разработчик аппаратных и программных средств. Приводятся сведения по установке и конфигурированию аппаратных средств, не оставляются в стороне и практические вопросы диагностики, а также проблемы электробезопасности. Книга написана с позиций пользователя ПК, имеющего практический опыт разработки и подключения различных устройств. Для неподготовленных читателей даются основы компьютерной техники и некоторые другие сведения, необходимые для понимания материала, что позволяет рекомендовать книгу самому широкому кругу читателей. Эта книга поможет вам справиться со многими проблемами, возникающими при ремонте и модернизации ПК. Здесь подробно описывается каждый компонент PC-совместимого компьютера — от процессора до клавиатуры и монитора, вы узнаете об использовании программного обеспечения, в том числе о взаимодействии операционной системы с аппаратными средствами при запуске компьютера; а также научитесь диагностировать аппаратную часть. Вы откроете для себя возможности новых высокопроизводительных моделей и познакомитесь с наиболее эффективными способами их использования; узнаете, какое аппаратное и программное обеспечение представлено сегодня на рынке, как на его основе составить оптимальную конфигурацию, затратив минимум времени и денег. Книга предназначена для пользователей, которые собираются модернизировать, ремонтировать, поддерживать и устранять неисправности в персональных компьютерах. В этой книге также рассматриваются практически все существующие аппаратные части и компоненты. Весьма ценными являются сведения о новых компонентах, таких как дисководы и диски DVD, дисководы сменных магнитных дисков.
Введение в Upgrade-компьютеризацию Модернизация (или совершенствование — словом, то, что в английском языке обозначается словом upgrade) — такое же американское явление, какяблочный пирог и любовь к антикварным автомобилям. В действительности, модернизация всего и вся (пока только в мире компьютеров), которую возможно наблюдать сегодня, скорее всего, является производной от ажиотажа вокруг старых автомобилей, имевшего место в 50-х годах. В те времена развернулось ни с чем не сравнимое соперничество в стремлении внести в свой автомобиль усовершенствования, максимально улучшающие его характеристики. Несмотря на то что сегодня свободно возможно приобрести современный ПК, число пользователей компьютеров, не «вылезающих из под капота» своих машин, не уменьшается. Относите ли вы себя к вышеупомянутым фанатам, или вы новоиспеченный пользователь компьютера, вам теперь вовсе необязательно быть «вне игры», ожидая, пока появится возможность приобрести новый ПК, обеспечивающий нужное быстродействие. Хотите ли вы просто увеличить объем памяти, или перед вами стоит задача выполнить кардинальную модернизацию, включая замену материнской платы, микропроцессора и дисководов, теперь вы сможете приобрести знания, необходимые, чтобы чувствовать себя уверенно «под капотом» своего компьютера.
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора Глава 1: Flash BIOS Модернизация Flash BIOS Настоящий компьютерщик рожден для того, чтобы экспериментировать. Хотя есть еще две категории людей, которые пусть и называют себя настоящими компьютерщиками, но на самом деле они более консервативны. Первые — многочисленная армия пользователей (не экспериментаторы, так как не знакомы что к чему, как и зачем работает), вторые — профессионалы, для ГТК — ни больше, ни меньше, а просто инструмент (что-то вроде кисти у художника: если пришла в негодность, покупается новая). В один прекрасный день в «жизни» любого компьютера может наступить важный переломный момент. Это происходит тогда, когда раздосадованный недостаточно высокой производительностью аппаратных средств пользователь берется за модернизацию или upgrade. Проведение подобных реконструкций не всегда лучшим образом сказывается на содержимом кошелька. С модернизацией спешить никогда не нужно. Главное — своевременность. И вот вам наглядный пример. Стоило только появиться материнским платам для процессора Pentium II, производители тотчас же попытались «похоронить» самый ходовой форм-фактор Baby AT. Платы для процессоров, использующих Slot l, производились только для корпусов АТХ. Ситуация сложилась не из приятных: если хочешь использовать Pentium IT — покупай новый корпус для системного блока. Однако, учитывая все удобства, предоставляемые АТХ, следует заметить, что корпус АТХ занимает больше места на рабочем столе. Для дома и небольших офисов этот вариант модернизации был неприемлем. Многие уже просто привыкли к компактности Baby AT, да и менять корпус ради Pentium II и новой материнской платы накладно. Попытки широкого распространения нового форм-фактора Micro ATX провалились, ибо, как и в случае с АТХ, этот форм-фактор материнской платы требует приобретения нового корпуса. Опять встает вопрос — куда деть старый? Пользователи стали ждать появления на свет материнских плат для Pentium II в форм-факторе Baby AT. С такой платой не придется заменять корпус системного блока, что позволит сэкономить дополнительные у.е., которые возможно пустить на приобретение более мощного процессора. Сложно сказать, кто же из производителей первым выпустил материнскую плату для Pentium (I в форм-факторе Baby AT. Ясно одно, что эта разновидность плат предназначена по большей части для модернизации старых ПК, нежели для создания новых, но более компактных, чем собранных на базе АТХ.
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора Зачастую источник «глюков» при совместной работе нескольких современных компьютерных устройств — материнская плата или ее чипсет. С последним вопрос решается так же, как и с видеокартами. Установив последние версии драйверов для операционной системы, которую вы используете, возможно обойти беспокоившие вас проблемы. На самом же деле не все так просто, как хочется. Ошибки могут таиться и в BlOS'e материнской платы. Тогда уж никак не обойтись без перезаписи (перепрошивки) содержимого Flash BIOS. BIOS (Basic Input/Output Sysiem) — это базовая система ввода/вывода: своеобразная микропрограмма, предназначенная для обеспечения совместной работы системных устройств ПК. BIOS также является «посредником» между операционной системой и аппаратными ресурсами. Приставка Flash означает возможность многократной перезаписи для update. Во все современные материнские платы устанавливается Flash BIOS. Глупо было бы использовать устаревшую версию BIOS, когда производители уже сами позаботились об исправлении собственных ошибок и выпустили новую версию. Конечно, все самые свежие прошивки (небольшие файлы с расширением .bin) выкладываются производителями материнских плат на свои http- и ftp-серверы. Пользователи сети могут зарегистрировать официально свой продукт или просто подписаться на почтовую рассылку новостей компаний. Затем им будет периодически высылаться информация об обновлении версий драйверов и BIOS'ов. Файлы с прошивками занимают в архивированном виде немного дискового пространства, так что «вытянуть» их не составит труда даже с сервера, не поддерживающего «докачку». А как быть всем тем, кто не может воспользоваться Internet? Выход один — обратиться к продавцу. Большинство фирм, постоянно занимающихся продажей компьютерных комплектующих, подключены к Internet или имеют ограниченный, но все же хоть какой-то доступ к WWW. Обеспечить вас новыми версиями BIOS — это не просто их обязанность, а необходимость. Ведь если у вас не будет корректно работать, к примеру, свежекупленный привод CD-ROM, то вы, сообразив в чем дело, непременно придете к продавцу материнской платы за разъяснениями. К сожалению, не всем везет с добросовестными продавцами. Все же не ленитесь и попробуйте. Кроме самой прошивки, вам также понадобится программа (ехе-файл), непосредственно выполняющая перезапись. Обычно она находится на дискетке или компакт-диске, входящем в комплект поставки материнской платы, и описывается в руководстве пользователя. Не рекомендуется пользоваться утилитами, перезаписывающими BIOS от других плат. Они если даже и будут переписывать содержимое BIOS, то нет никаких гарантий, что все произойдет корректно.
Перезапись Flash BIOS Процесс перезаписи Flash BIOS по своей сути похож на процесс инсталляции драйверов. Основное отличие в том, что все операции с Flash BIOS производятся в чистом DOS'e, то есть без размещения в оперативной памяти всевозможных драйверов и программ. Перед перезаписью Flash BIOS прежде всего следует отключить в BIOS Setup кэширование System BIOS и Video BIOS (установить опции System BIOS Chacheable и Video BIOS Chacheable в положение Disabled). Затем во время загруз-
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора ки операционной системы нажмите F8, а в появившемся меню выберите пункт «Safe mode command prompt only». Далее следует «ручками» или каким-нибудь простым файловым менеджером типа Norton Commander, DOS Navigator или FAR добраться до каталога с прошивкой и утилитой перезаписывающей Flash BIOS. Например, для Award BIOS эта утилита может называться awdflash.exe, а для AMI — amiflash.exe. Почему «может»? Некоторые производители материнских плат создают собственные версии перешивающих утилит, которые учитывают дополнительные тонкости настройки определенной модели материнской платы. Название может быть любым. Главное, — использовать утилиту, предназначенную именно для вашей материнской платы. Перед записью новой версии BIOS вам будет предложено сохранить текущую версию. Соглашайтесь. Иногда свежезаписанный BIOS работает неверно или просто не так, как вы ожидали. Встречается такое достаточно редко, но все же...
Восстановление Flash BIOS Вы, наверное, не раз слышали рассказы о безнадежно испорченных вирусами или «кривыми руками» BIOS. Паникуют в таких случаях либо авторы антивирусов, потому как хотят прославить свой чудный программный продукт, либо люди, не знающие то, что неверно записанный или испорченный вирусом BIOS возможно восстановить. Простейший метод подходит для Award BIOS с так называемым Bootblock Flash Support. Эта уникальная возможность некоторых плат позволяет при выходе из строя Flash BIOS загружаться с дисковода и отображать видео на 15А'шную видеокарточку. С PCI, AGP, а также жестким диском этот «фокус» не пройдет, потому что для них нужен корректно работающий BIOS. Итак, извлеките PCI- или AGP-видеокарту, вставьте в один из свободных ISA-слотов 18А'шную. Приготовьте загрузочную дискетку с записанной на нее утилитой для перезаписи и правильной прошивкой. Загрузитесь с нее и перезапишите BIOS. После перезагрузки BIOS начнет правильно функционировать. Компания Intel для обеспечения аварийного восстановления Flash BIOS на своих материнских платах продвинулась еще дальше. Для того, чтобы восстановить неисправный BIOS на «интеловской» материнской плате, нет нужды искать у кого-нибудь спасительную видеокарту под шину ISA. Достаточно лишь переключить джампер Flash Recovery в положение Recovery Mode, вставить в дисковод специальную загрузочную дискету, которой комплектуется материнская плата, и включить компьютер. Программа восстановления BIOS самостоятельно перезапишет правильную версию. Вам останется только, подождав пару минут, выключить компьютер и вернуть джампер в исходное положение. Самая кропотливая работа по восстановлению BIOS предстоит всем владельцам материнских плат без поддержки аварийного Bootblock. Им никак не обойтись без другой (исправной) материнской платы, поддерживаю шей ту же разновидность микросхемы Flash BIOS. Описанные ниже операции требуют определенной сноровки и ловкости, так что, если вы будете производить их в первый раз, будьте предельно внимательны, чтобы случайно не повредить выводы микросхемы ПЗУ.
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора Выключите компьютер с исправным BIOS. Аккуратно двумя загнутыми скрепками, поддев микросхему со сторон безвыводных краев, достаньте микросхему ПЗУ и обвяжите ее кольцами суровой нити.
Это самодельное крепление будет использоваться для извлечения микросхемы. Вставьте обвязанную микросхему в разъем, но не зажимайте ее до упора. Достаточно того, чтобы выводы только касались контактов разъема. Включите компьютер и, загрузившись в чистом DOS'e, потяните за нитки. Микросхема должна легко извлечься наружу. Заметьте, компьютер при этом остается работоспособным. Теперь обмотайте тем же образом неисправную микросхему и вставьте на освободившееся место. Загрузите программу перезаписи BIOS от материнской платы, на которой производится восстановление. Используйте ту прошивку, которую вы сохраняли при перезаписи, или прошивку с инсталляционной дискеты (компакт-диска). Далее перезаписываете BIOS как и в случае простого обновления старой версии. Вот только сохранять неисправную версию необязательно. Как только процесс перепрошивки будет успешно завершен, выключите компьютер и извлеките микросхему с исправленным BIOS. Теперь ее возможно вставить в разъем пострадавшей материнской платы и произвести первую загрузку «потерпевшей крушение», но успешно восстановленной Flash BIOS. Для восстановления запорченных микросхем BIOS также возможно использовать программатор, «понимающий» вашу разновидность ПЗУ. В случае, если есть такая возможность, используйте ее. Этот метод лучше, чем экспериментирование с чужой материнской платой.
Глава 2: Процессор персонального компьютера Устройство управления сопроцессора и процессора обращается за всеми командами одновременно, подобно тому как каждый байт команды проходит одновременно. Одновременная выборка позволяет сопроцессору все время знать, что делает процессор. Это необходимо для исключения возможности неподготовленного запуска команды сопроцессора. Команды сопроцессора смешиваются с командами процессора в общем потоке данных. Математический сопроцессор позволяет компьютеру выполнять с высокой скоростью арифметику, логарифмические функции и тригонометрические операции с высокой точностью. Сопроцессор работает параллельно с процессором. Параллельная работа уменьшает время обработки, позволяя математическому сопроцессору производить математические вычисления в то время, как процессор продолжает выполнять другие функции.
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора Первые пять битов каждого командного кода для сопроцессора являются одинаковыми (двоичные 11011). Когда процессор и сопроцессор встречают такой код команды, то процессор вычисляет адреса всех переменных в памяти, в то время, как сопроцессор проверяет команду. После этого сопроцессор, если это необходимо, получает адрес памяти от процессора. Для доступа к памяти сопроцессор захватывает локальную магистраль у процессора по окончанию выполнения им текущей операции. Когда сопроцессор оканчивает обмен данными с памятью, он возвращает управление локальной магистралью процессору. Математический сопроцессор работает с несколькими типами числовых данных, разделяя их на три перечисленных ниже класса: •
двоичные целые (три типа),
•
вещественные числа (три типа).
десятичные целые (один тип). Сопроцессор использует те же тактовый генератор и интерфейсные компоненты системной магистрали, что и процессор. Сопроцессор непосредственно связан с процессором. Когда сопроцессору приходит неверная инструкция (например, деление на ноль или загрузка полного регистра), сопроцессор может сигнализировать процессору об этом через прерывание.
Intel Pentium — самые первые процессоры этого семейства появились в далеком марте 1993-го, тогда Intel, чтобы не повторить ошибки с i486 (суд отклонил иск Intel к AMD по поводу названия) решила дать своему детишу имя. которое впоследствии стало нарицательным. Первое поколение Pentium носило кодовое имя Р5 он же 80501, напряжение питания 5 вольт расположение выводов матрица и выпускалось на тактовых частотах 60 и 66 МГц по 0.80-микронной технологии, правда стоит отметить, что частота шины у этих процессоров была равна частоте ядра. Выпускались они исключительно под Socket 4. Следующим шагом в развитии этого семейства стал Р54 он же 80502, напряжение питания 3.3 вольта, расположение выводов — шахматная матрица. Появился ровно через год после Р5. При его изготовлении использовался уже 0.50, а затем и 0.35-микронный технологический процесс. Тактовая частота была в пределах 75-200 МГц, а шина 50-66 МГц. Объем кэш памяти первого уровня 16Кб, причем впервые был применен раздельный кэш — 8 Кбайт на данные и 8 Кбайт на инструкции. Форм-фактор — Socket 5. Архитектура IA32, набор команд не менялся со времен 1386. Pentium w/MMX technology — следующим шагом ста! выпуск Р55, процессора в котором впервые был реализован новый набор из 57 команд ММХ. С развитием технологии процессоры стали выпускаться по 0.35 мкм технологии. Изменилось напряжение питания, уменьшилось до 2.8 вольта. Соответственно потребовались изменения в конструктивах системных плат — требовалась установка дополнительного стабилизатора напряжения. Объем кэш памяти первого уровня был увеличен в два раза — 32 Кб. Тактовая частота 166-233 МГц, а шины исключительно 66 МГц. Рассчитан на Socket 7. На этом развитие линейки Pentium для настольных компьютеров было прекращено.
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора Tillamook — процессор, изначал ьно создавшийся для применения в ноутбуках; благодаря усовершенствованному 0.25-микронному процессу, удалось одновременно поднять тактовую частоту вплоть до 266 МГц, а также снизить напряжение ядра и мощность. Таким образом, мобильные компьютеры встали в один ряд с настольными. Он является продолжением линейки Pentium и включает 32 Кб L1 кэша и набор ММХ. Выпускался на тактовых частотах от 133 до 266+ МГц с частотой шины 60-66 МГц. Тип упаковки: TCP и ММС (хотя существуют переходники для установки Tilamook в гнездо Super?). Pentium Pro — первый процессор шестого поколения. Довольно революционный для своего времени. В нем впервые Intel решилась применить кэш память второго уровня, объединенную в одном корпусе с ядром и оперирующую на частоте процессора. Имел очень высокую себестоимость изготовления, которая так практически и не снизилась за все время его существования с 1 ноября 1995 года. Выпускался как по 0.50, так и по 0.35-микронной технологии, 0.35 мкм позволили увеличить объем кэша. Кэш второго уровня имел объем 256, 512, 1024 и 2048 Кб. Тактовая частота от 150 до 200М Гц. Частота системной шины 60-66 МГц. Кэш первого уровня объемом 16Кб. Выпускался исключительно для Socket 8. Pentium Pro поддерживал все инструкции процессора Pentium (естественно, не ММХ), а также ряд новых по сравнению с Pentium инструкций (cmov, fcomi). Введена двойная независимая шина. В дальнейшем все их унаследовал Pentium II (в свое время, задолго до своего выпуска. Klamath представлялся просто как Pentium Pro с добавлением ММХ и улучшенной работой с 16-бит приложениями). Значительно опередил свое время. Pentium II/III — семейство Р6/бх86. Объединяет общим именем процессоры, предназначенные для разных сегментов рынка. Pentium II (Klamath, Deschutes, Katmai) для массового рынка ПК среднего уровня, Celeron (Covington, Mendocino, Dixon) — для недорогих low-end компьютеров, Xeon (Xeon, Tanner, Cascades) для высокопроизводительных серверов и рабочих станций. Имеет модификации для Slot I, Slot 2, Socket 370, а также варианты в мобильном исполнении. Ниже мы рассмотрим каждое семейство в отдельности. Klamath —самый первый процессор линейки Pentium II. Изготавливался по уже устаревшей 0.35-микронной технологии, а потому диапазон тактовых частот всего 233-300 МГц. Частота системной шины — 66МГц, кэш память второго уровня — 512 Кб, которая размещена на процессорной плате и работает на половине частоты процессора. Ранние модели выпускались как с 256 Кбайт, так и с 512 Кбайт кэша L2. Кэш первого уровня 32 Кб. Дополнен ММХ блоком. Питание 2.8 В. Это также первый процессор для Slot I (картридж — SECC). Deschutes — дальнейшее развитие линейки Pentium II, усовершенствованная технология изготовления 0.25 микрон, питание — 2.0 В. Соответственно, удалось поднять тактовую частоту 266-450+ МГц, частота системной шины 66-100 МГц, кэш память второго уровня 512 Кб размещена на процессорной плате, вышел 26 января 1998, Slot 1. Кэш первого уровня 32 Кб. Последнее ядро, официально применявшееся в процессорах Pentium II. Хотя последние модели Pentium II 350-450 шли с ядром, уже больше напоминавшим Katmai — только, естественно, с обрезанным SSE. Да и картридж тогда уже стал SECC2 (кэш с одной стороны от ядра (а не с двух, как в стандартном Deschutes, измененное крепление кулера.).
10
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора Tonga — очень интересный процессор. Дело в том, что Intel никогда не афишировала тот факт, что Mobile Pentium I I , построенный на 0.25 микронном ядре Deschutes будет называться именно Tonga. Правда, особо удивляться тут нечему, это ведь всего л и ш ь codename, а на рынок процессоры выходят совсем под другими именами. Тактовая частота в диапазоне 233-300+ МГц, шина — стандартные 66 МГц. Выпускается как Mini Cartridge Connector и Mobile Module Connector I и 2(MMC-1 и 2). Katmai — Прямой наследник Deschutes. Изменения — добавился блок SSE (Streaming SIMD Extensions), слегка расширен набор команд ММХ, усовершенствован механизм потокового доступа к памяти. Техпроцесс 0.25 мкм, тактовая частота 450-600 МГц МГц, кэш память второго уровня 512 Кб размещена на процессорной плате Частота шины 100 МГц, но в сентябре 1999, в связи с задержкой Coppermine, вышли 533 и 600 МГц модели, рассчитанные на частоту системной шины 133 МГц. Celeron — революционный в некотором смысле процессор, Intel наконецто обратила внимание на массовый рынок недорогих компьютеров. В общем, это целое семейство недорогих процессоров как с кэшем второго уровня, так и без оного. В данный момент выпускаются следующие его представители Covington, Mendocino, Dixon. Выпускается в вариантах для Socket 370, Slot 1. Covington — первый процессор линейки Celeron. Построен на ядре Deschutes и выпускался по 0.25-микронной технологии. Тактовая частота 266-300 МГц, частота системной шины 66 МГц, кэш L1 — 32 Кбайт (по 16 Кбайт для данных и инструкций), кэш L2 отсутствует. Для уменьшения себестоимости выпускался без кэш памяти второго уровня и защитного картриджа. Питание — 2.0 В. Физический интерфейс — облегченный Slot I (SEPP — Single Edge Pin Package). Mendocino — является развитием линейки Celeron. В отличие от своего предшественника имеет кэш память второго уровня объемом 128 Кб, интегрированную на одном кристалле с ядром. Тактовая частота — 300-533 МГц, используемая частота системной шины — 66 МГц. Технологический процесс — 0.25 мкм. для Socket-370 моделей — 0.22 мкм, чем объясняется их лучшая разгоняемость. Благодаря тому, что кэш оперирует на частоте процессора, имеет весьма неплохую производительность. Питание — 2.0 В. Первоначальный форм-фактор— Slot1, некоторое время параллельно существовали Slot-1 (ЗООА — 433 МГц) и Socket 370 (ЗООА — 533 МГц) варианты, сегодня первый плавно вытесняется в пользу последнего. Dixon — следующий пункт в истории Celeron. Недорогой процессор в первую очередь ориентированный на применение в ноутбуках. Изготавливается по 0.25 микронной технологии. Объем кэш памяти первого уровня — 32 Кб. Как и в Mendocino, кэш второго уровня расположен на чипе, однако его объем увеличен до 256 КБ. Тактовая частота — от 300 МГц (Celeron 3090A) и до 500 МГц, частота системной шины — 66 МГц. Официальная классификация — мобильный Pentium II. Coppermine — Pentium III, сделанный на базе 0.18 мкм техпроцесса, с интегрированными на чип 256 Кбайт кэша L2. Скорость — от 533 МГц и выше. Наряду с FSB133 версиями продаются и FSB100 варианты (например, 667/650 МГц). Скорость — 1 ГГц. Форм-фактор — Slot-1. Последний Slot-1 процессор.
1I
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора Coppermine (FC-PGA 370) — более дешевый вариант Coppermine в формфакторе FlipChip PGA 370, рассчитанный на использование с Socket-370 материнскими платами (хотя с форм-фактором PPGA, используемом Celeron Socket-370 эти процессоры не совместимы) и частоту системной шины 100 МГц. FC-PGA Coppermine ниже 600 МГц официально не поддерживают режим мультипроцессорности — SMP. Тактовая частота начинается с 500 МГц, дальнейшее увеличение скорости происходит в рамках осей линейки Coppermine до 1.13 ГГц. Питание - 1.65 В. Существует совместно со Slotl вариантом процессора, потом предполагается вытеснение Slotl. Coppermine 128K — новый этап развития линейки Celeron. Начиная со скорости 566 МГц, Celeron обзавелся новым процессорным ядром — Coppermine с урезанным до 128 Кбайт кэшем L2. Соответственно, по своим характеристикам процессор максимально близок к Pentium III, построенным на базе Coppermine, в том числе впервые для Celeron включает поддержку SSE. Ожидается рост до 900 МГц и выше, переход на 0.13 мкм и частоту системной шины 100 МГц. Tualatin — Socket-370 Pentium I I I , сделанный по 0.13 мкм техпроцессу. Последний Pentium III. Тактовая частота — 1.26 ГГц, системная шина — 333 МГц. данных о других вариантах процессора на сегодня нет. Timna — Coppermine 12SК с интегрированным на чипе графическим ядром и контроллером SDRAM. To есть, фактически, уже больше чипсет, нежели процессор. Нацелен на сверхдешевые PC и телеприставки. Отменен, в связи с проблемами в МТН и общей ситуацией на рынке. Хеоп — спустя несколько лет Intel решилась на выпуск замены Pentium Pro. Как и в его предшественнике, кэш память второго уровня здесь оперирует на частоте процессора. Правда, если в РРго кэш и ядро были объединены одним корпусом, то в Хеоп одним картриджем. Это первый процессор для Slot 2, и предназначен в первую очередь для мощных серверов и рабочих станций. Способен работать в мультипроцессорных конфигурациях. Построен на ядре Deschutes и выпускается, как и собственный кэш, по 0.25 микронной технологии. Кстати сам кэш имеет объем 512, 1024, 2048Кб. что во многом определяет высокую стоимость и тепловыделение. Tanner — Pentium III Хеоп, то есть, от Хеоп отличается, примерно также, как Katmai от Deschutes. Предназначен, в первую очередь, для hi-end серверов. Тактовая частота от 500 МГц, частота системной шины 100 МГц, как и положено всем Хеоп'ам CSRAM-кэш второго уровня, работающий на частоте процессора. объемом 512, 1024 и 2048 Кб. Естественно ММХ и SSE, кэш первого уровня все тот же — 32 Кб. Cascades — Pentium III Хеоп на базе 0.18 мкм технологического процесса. Фактически, серверный вариант Coppermine. На чипе содержится кэш L2 256 Кбайт, тактовая частота от 600 МГц, частота системной шины — 133 МГц. Первые варианты работают только в двухпроцессорных конфигурациях и только на частоте системной шины 133 МГц. В конце 2000 года все же обзавелся 2 Мбайт кэша L2 на чипе. Финальная тактовая частота — 900 МГц для полноценной версии, 1 ГГц — для версии с 256 Кбайт L2. Форм-фактор — Slot-2 Willamette aka Pentium 4 — следующий после Coppermine принципиально новый IA-32 процессор Intel для обычных PC. Использует новую системную ши-
12
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора ну вместо старой GTL+ — Quad Pumped 100 МГц, с результирующей частотой 400 МГц. Кэш L1 — 8 Кбайт, L2 — 256 Кбайт, предпринят ряд шагов, направленных на увеличение производительности: добавленные исполнительные модули, декодеры, увеличенный объем буферов. Введен новый набор инструкций — SSE2, на который Intel делает большую ставку в плане увеличения производительности нового процессора. Вышел с тактовой частотой 1.4-1.5 ГГи. В течение 2001 дорос дорасти до 1.7 ГГц, после чего уступил свое место Northwood. Форм-фактор Socket-423. Northwood — 0.13 мкм вариант Pentium 4. Одновременно происходит переход на новый форм-фактор, Socket-478. Именно этот процессор стал основным в ассортименте Intel на долгое время, сменив на этом посту линейку Katmai/Coppermine. Исходная тактовая частота — 2 ГГц. Foster — серверный вариант Willamette. Частота системной шины — 400 МГц, Как и в случае с Cascades, объем кэша L2 остался тем же, что у базовой версии — Willamette. Тактовая частота — от 1.7 ГГц. Предполагаемый срок выхода — начало 2001 года. Предполагаемый форм-фактор — Socket-603. Prestonia — новый 0.13 мкм 1А-32 серверный процессор Intel, продолжение л и н е й к и Хеоп. По отношению к Foster является тем же самым, чем является Northwood по отношению к Willamette. Merced или Itanium — первый процессор архитектуры IA-64, аппаратно совместим с архитектурой 1А-32, включает трехуровневую кэш память 2-4 Мбайт, включая память LO. Производительность примерно в три раза выше чем у Tanner. Технология изготовления 0.18 микрон, тактовая частота начиная с 800 МГц, частота системной шины — 266 МГц. Превосходит Pentium Pro по операциям FPU в 20 раз. Физический интерфейс: Slot М. По умолчанию: ММХ, SSE. Itanium — торговая марка, под которой будет продаваться процессор с кодовым названием Merced. McKinley — второе поколение процессоров архитектуры IA-d4. тактовая частота начиная 1000 МГц. Производительность по сравнению с Merced возросла вдвое. А также, втрое поднялась пропускная способность шины данных, имеющей результирующую частоту 400 МГц, увеличенный (по сравнению с Merced) объем кэша второго уровня и скорости за 1 ГГц. Как водится 0.18-ти, а через год и 0.13микронная технология изготовления. Физический интерфейс — Slot M. Madison — преемник McKinley, другими словами это тот же McKinley, но построенный по медной, 0.13-микронной технологии. Deerfield — процессор, который ожидается к выходу в 2003 году. Изготовляться будет по 0.13 микронной медной технологии Motorola. Является преемником Foster'a. Как и все новые процессоры будет выпускаться для Slot M. Позиционируется как недорогой процессор архитектуры IA64 рабочих станций и серверов среднего уровня.
AMD К5 — первый процессор AMD, который всерьез предназначался для конкуренции с Pentium. Платформа — Socket 5. Подобно Cyrix 6x86, использовал PRрейтинг, от 75 до 166 МГц. При этом, используемая частота системной шины со-
13
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора ставляла от 50 до 66 МГц. Кэш L1 24 Кбайт (16 Кбайт для инструкций и 8 для данных), кэш L2 на материнской плате, работает на частоте системной шины. Существовало четыре версии процессора: К5-75, 90, 100 (PR-rating соответствовал частоте процессора, технологический процесс 0.6 мкм). Процессор К5-100 (0.35 мкм), процессоры K5-PR120, PR 133 (PR-рейтинг соответствует частотам 90 и 100 MHz, технологический процесс 0.35 мкм, переработанное ядро). И процессор К5PR166 (реальная частота 66MHz х 1.75) с нестандартным коэффициентом умножения. Кб — начал поставляться с апреля 1997 года (это Model 6), на месяц раньше выхода Pentium II, производился на базе 0.35 мкм (позднее 233 MHz Кб производились с использованием 0.25 мкм процесса) технологического процесса, Процессор работал на частоте от 166 до 233 МГц (Причем последний — официально разогнанный вариант — 3.2/З.ЗВ вместо стандартных 2.9/З.ЗВ). Был создан на базе дизайна процессора 686, созданного приобретенной AMD компанией NexGen. По сравнению со своим предшественником, получил модуль ММХ, увеличился объем кэша L1 — до 64 Кбайт (По 32 Кбайт для инструкций и данных), возросшая тактовая частота позволила AMD отказаться от PR-рейтинга. В К5 предлагались решения, которые позволяли добиться большей производительности на той же частоте, а именно исполнение по предположению и внутренняя риск-подобная организация. Все последующие процессоры от AMD унаследовали это свойство. Позднее начались поставки Кб Model 7 (мобильный вариант) с частотами 266 и 300 MHz, технологический процесс 0,25 мкм, FSB 66 MHz. К6-2 — следующее поколение Кб. Основными усовершенствованиям относительно его предшественника стали поддержка дополнительного набора инструкций 3DNow! и частоты системной шины 100 МГц. Кэш L1 64 Кбайт (по 32 Кбайт для инструкций и данных), кэш L2 находится на материнской плате, и может иметь объем от 512 Кбайт до 2 МБайт, работая на частоте системной шины. Был выпущен на частоте 266 МГц, сегодня максимальная тактовая частота составляет 475 МГц, в скором времени должен выйти 500 МГц вариант. Было две модели процессора К6-2: первая, работающая на частотах 266 (66*4), 300 (100*3), 333 (95*3.5), 350 (100*3.5) и 366 (66.*5.5) MHz. И вторая модель AMD, работающая с частотами 380, 400,450 и 475MHz. В ней используется новое ядро, такое же, как в K6-III, главное отличие в новом ядре (СХТ) это модифицированный метод работы с кэшем. Sharptooth (K6-III) — первый процессор от AMD, имеющий кэш второго уровня на ядре. Последний их процессор, сделанный под платформу Socket 7. Фактически, представляет из себя просто К6-2 с 256 Кбайт кэша L2 на чипе, работающих на той же частоте, что и процессор. Кэш L1 имеет объем 64 Кбайт (по 32 Кбайт для инструкций и данных), кэш L3 находится на материнской плате, и может иметь объем от 512 Кбайт до 2 МБайт, работая на частоте системной шины. Был выпущен в феврале 99 года в вариантах 400 и 450 МГц. К6-2+ — один из последних Socket? процессоров AMD. И первый Socket? процессор, сделанный с использованием 0.18 мкм техпроцесса. Должен содержать на чипе 128 Кбайт кэша L2, работающих на частоте процессора. Скорость — от 533 МГц. Естественно, поддержка 3DNow!. K6-III+ — 0.18 мкм вариант K6-I11 — с 256 Кбайт кэша L2 на чипе,
4
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора Argon — кодовое название использованного в К7 ядра. К7 (Athlon) — Первый проект AMD, в котором она была вынуждена отойти от прямого копирования архитектур Intel, и предложить рынку свой вариант платформы для PC. Процессор имеет непревзойденный для сегодняшних х86 процессоров объем кэша первого уровня — 128 Кбайт (по 64 Кбайт для инструкций и данных). Кэш L2 — 512 Кбайт, работающий на 1/2 или 2/5 частоты процессора. Системная шина — EV-6, та же, что и в процессорах Alpha, что потенциально дает возможность создания материнских плат, поддерживающих оба процессора. Скорость системной ш и н ы — 200 МГц, но имеет потенциал до 400 МГц и выше. Поддерживаемые наборы инструкций— ММХ, расширенный по сравнению с К6III 3DNow!. Форм-фактор — Slot А. Первый процессор AMD, получивший при выходе собственное имя — Athlon. Модели 500-850 МГц. Thunderbird — 0.18 мкм версия Athlon с использованием технологии медных соединений. На чипе интегрированы 256 Кбайт полноскоростного кэша L2. В качестве переходного выпускался Slot-А вариант, но в массе своей процессор ознаменовал собой переход на Socket-A. Максимально доступная на сегодняшний день тактовая частота — 1.26 ГГц. Spitfire aka Duron — вар и ант Thunderbird с урезанным кэшем L2 — 64 Кбайт, Производится только с использованием алюминиевых соединений на Fab25 в Техасе. Максимально доступная на сегодняшний день тактовая частота — 800 МГц. Mustang — серверный вариант Athlon. Кэш L2 объемом 1-2 Мбайт, интегрированный в чип. Процессор рассчитан на использование системной шины 266 МГц и DDR SDRAM памяти. Palomino — версия Athlon на базе ядра Mustang. В наличие незначительные архитектурные изменения с целью улучшения скоростного потенциала процессора. Тактовая частота — от 1.4 ГГц и выше. Morgan — по отношению к Palomino то же, что Duron по отношению к Thunderbird. Thoroughbred — 0.13 мкм версия Athlon. Тактовая частота — в районе 2 ГГц. Appaloosa — 0.13 мкм версия Duron. ClawHammer — первый 64-бит процессор AMD. Или, по крайней мере, частично 64-бит. В отличие от Itanium, этот процессор будет ориентирован главным образом на 32-бит инструкции, нежели наоборот. Одновременно с его выходом появилась и новая шина — Lightning Data Transport (LDT), используемая для связи с процессорами и устройствами ввода/вывода. LDT является не заменой, а дополнением к системной шине EV6 или EV7.
Cyrix 6x86 — или Ml. Для оценки производительности использовался PR-рейтинг, когда производительность процессора сравнивается со скоростью процессора Pentium, на которой ему пришлось бы работать для достижения той же производительности. PR-рейтинг 6x86 составлял от 120 до 200 МГц. Е,сть устойчивое мнение, что первоначальные варианты процессора были знамениты наличием ошибок, ведших к частым зависаниям PC, и необходимости для производителей программ выпускать патчи специально под этот процессор. На самом деле все
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора проблемы были связаны именно с ошибками в программах. Особенно известны проблемы с программами, написанными на Clipper. Слухи про проблемы под Windows NT не подтвердились. Кэш первого уровня — 16 Кбайт (единый). Частота системной шины — от 50 до 75 МГц. Платформа — Socket 5, затем, когда появилась версия с двойным питанием — Socket 7. MediaGX — ответвление в семействе процессоров Cyrix, первый процессор. сделанный по идеологии PC-on-a-chip. К ядру 5x86 были добавлены контроллеры памяти и PCI, в чип интегрирован видеоускоритель, с кадровым буфером восновной памяти PC. И лишь в самых последних моделях используется ядро 6x86. В чипе-компаньоне реализован мост PCI-ISA и интегрирован звук. PR-рейтингот 180 до 233 МГц, кэш LI 16 Кбайт (единый). Производился по техпроцессу 0.5 мкм. Сегодня National делает на базе этого процессора два продукта— Geode GXLV(0.35 мкм, 166-266 МГц) и Geode GX1400 (с добавленной аппаратной поддержкой MPEG-2, Dolby AC3). 6х86МХ (Позднее переименован в М-П) — несколько переработанный для большей производительности 6x86. Вчетверо увеличился кэш L1 — до 64 Кбайт (единый), увеличилась общая производительность процессора, добавился блок ММХ, появилась поддержка раздельного питания. Использовал частоту системной ш и н ы от 60 до 75 МГц. Использовал PR-рейтинг от 166 до 266 МГц. Процессоры 6х86МХ делала и компания IBM. Их 6х86МХ имели рейтинг от 166 до 333 и были рассчитаны на шину 66, 75 или 83 MHz. Позднее, по маркетинговым соображениям, Cyrix переименовал свои процессоры в М-Н, a IBM до конца сотрудничества продавало их под маркой 6х86МХ. МП — последний процессор Cyrix, начал производиться в марте 98 года. Кэш первого уровня — 64 Кбайт (единый), L2 — как обычно, для Socket 7, находится на материнской плате, и имеет объем от 512 Кбайт до 2 МБайт, работая на частоте системной шины. Поддерживаемые наборы инструкций ММХ. Использует PR-рейтинг. Реальная скорость в МГц, как правило, значительно ниже — так, Cyrix Mil PR366 имеет реальную скорость 250 МГц. При производстве применяется техпроцесс 0.25 мкм. Продаются модели, имеющие PR-рейтинг 300-433 МГц. Cayenne — кодовое название ядра, используемого в Gobi и MediaPC. Gobi (MII+) — процессор имеет сразу два кодовых имени, что несколько необычно. Вначале он назывался Jedi, но в дальнейшем, по требованию владельца авторских прав на это название, Lucas Film, был переименован в Gobi. Первый из процессоров Cyrix, рассчитанный на платформу Socket 370. Поддерживаемые наборы инструкций — ММХ, 3DNow!. Значительно переработан блок операций с числами с плавающей запятой. Кэш L1 — 64 Кбайт (единый), кэш L2 — 256 Кбайт на чипе, работающие на полной частоте процессора. Выпускается фирмой VIA, под именем Joshua. MediaPC — продолжатель дела MediaGX, Socket-? процессор, работающий на скорости от 233 до 300 МГц. То же ядро, что и в Gobi, с добавленными графическим ускорителем и периферийными контроллерами. Mxi — Socket? Pc-on-a-chip, построенный все на том же ядре Cayenne, должен превосходить по скорости MediaPC — 333-400 МГц.
16
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора Jalapeno — кодовое название ядра, используемого в Mojave. Mojave (МЗ) — процессор содержит 32 Кбайт (по 16 для данных и инструкций) кэша L1, и 256 Кбайт интегрированного на чипе кэша L2. 0.18 мкм техпроцесс, значительно улучшенная по сравнению с предшественниками архитектура. Поддерживаемые наборы инструкций — ММХ, 3DNow!. Скорость в момент выпуска—600-800 МГц (не PR-рейтинг), скорость системной ш и н ы — 100-133 МГц. Чип имеет интегрированные контроллер памяти и 3D ускоритель.
Rise mP6 — первый процессор компании Rise, преимущественно предназначен для ноутбуков, используюших Socket 7 процессоры. Соответственно, отличается очень малым тепловыделением. Кэш L1 — 16 Кбайт (по 8 кбайт для данных и инструкций), L2 — на материнской плате, от 512 Кбайт до 2 Мбайт, работает на частоте системной шины. Поддерживается дополнительный набор инструкций ММХ. При оценке производительности своих процессоров, Rise, как и Cyrix, использует PR-рейтинг. PR-рейтинг от 166 до 366МГц. тР6 II —то же самое, по сравнению с тР6, что и K6-III по сравнению с К62. То же ядро, к которому добавлено 256 Кбайт кэша L2 на чипе. Была обещана поддержка SSE, производительность от PR-200 и выше. Tiger — mP6 II для платформы Socket 370. 16 Кбайт кэша L1, 256 Кбайт кэша L2, работающего на тактовой частоте процессора.
Centaur Winchip C6 — процессор изначально создавался, будучи ориентированным на дешевые PC, как следствие, по скорости уступал по производительности своим конкурентам. Системная шина — 60, 66, 75 МГц, платформа — Socket 5. При производстве использовался техпроцесс 0.35 мкм. Поддерживаемый набор инструкций — ММХ. Работает на скоростях от 180 до 240 МГц. Winchip-2 — производится по техпроцессу 0.25 мкм. Кэш L1 64 Кбайт (по 32 Кбайт для инструкций и данных), кэш L2 находится на материнской плате, 512 Кбайт — 2 Мбайт. Поддерживаются наборы инструкций ММХ и 3DNow!. Платформа — Socket 7. От Winchip отличается значительно ускорившейся работой с числами с плавающей запятой. Появилась поддержка частоты системной шины 100 МГц. Скорость от 200 до 300 МГц. Winchip-2A — Winchip-2 с исправленной ошибкой в реализации 3DNow. Winchip-3 — Кэш L1 64 Кбайт (по 32 Кбайт для инструкций и данных), кэш L2 — 128 Кбайт на чипе, работающих на частоте процессора, кэш L3 находится на материнской плате, 512 Кбайт-2 Мбайт. Скорость 300 МГц и выше. Winchip-4 — Планировался на скоростях порядка 400-500 МГц, а при переходе на 0.18 мкм техпроцесс — и 500-700 МГц. Предполагалась смена форм-фактора.
VIA Joshua — первым процессором VIA, намеченным к выпуску, стал приобретенный вместе с Cyrix их дизайн Gobi. 17
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора Samuel — ядро Winchip4, доставшееся VIA в наследство от Centaur, чип работает на частоте 500-700 МГц, производиться National и TSMC с использованием 0.18 мкм техпроцесса. Процессор использует SIMD набор 3DNow!, форм-фактор — Socket-370. Кэш L1 328 Кбайт. Быстро сменил собой Joshua под тем же именем Cyrix III. Тактовая частота — 500-667 МГц. Samuel 2 — следующее ядро группы Centaur. Добавился кэш L2 объемом 64 Кбайт, увеличилась тактовая частота — 667-800+ МГц. Частота системной шины 100/133 МГи, форм-фактор — Socket-370. Ezra — совместная разработка групп Cyrix и Centaur. Первое действительно новое ядро VIA. Первый их процессор с поддержкой SSE, кэш L1 128 Кбайт, кэш L2 128. Предполагается значительно возросшая производительность и тактовая частота.
Transmeta Crusoe — Transmeta, наконец, подвела итог своей 5 летней деятельности, объявив аппаратно-программный комплекс — процессор Crusoe. Компания решила не конкурировать с Intel и AMD в той области, где те традиционно сильны, позиционируя свой процессор, как лучшее решение для мобильных систем, НРС. Для начала процессор выходит в двух вариантах — 333-400 МГц ТМЗ120 и 500-700 МГцТМЗбОО. Для первого объем кэша составляет 96 Кбайт L1, для второго — 125 Кбайт L1 + 256 Кбайт L2. Плавающее энергопотребление составляет ог 10-20 мВт до 1-3 Вт, в зависимости от выполняемой работы.
Глава 3: Как ускорить работу процессора Еще в 1990 году люди еще не знали, что такое разгон, мало того, еще даже не было 486-го процессора! Тогда, чтобы модернизировать компьютер, скажем, с 286-го на 386-й или с 20 МГц 386 на 33 МГц 386, нужно было вместе с процессором менять и материнскую плату, так как они выпускались на конкретную модель процессоров с конкретной тактовой частотой. Но было замечено, что эти материнские платы отличаются только одним элементом — тактовым генератором. Таким образом, сменив процессор и перепаяв генератор, мы получали существенно более дешевую модернизацию. А так как процессоры тестируются на более высокой частоте, нежели их рабочая, то возможно было повышать тактовую частоту, не меняя процессор. Этим и занимались первые оверлокеры (от английского «overlock» — разгон). Ситуация кардинально меняется с появлением 486-х процессоров в середине 1990 года — тогда начали появляться первые универсальные (поддерживающие процессоры с разной тактовой частотой) материнские платы — отпала необходимость брать в руки паяльник. Легким движением руки процессор 486 с тактовой частотой 25 МГц превращался в 33 МГц процессор. Тем более, что тогдашние новые шины PCI и VLB (VESA) работали на частоте процессора, соответственно, разгон процессора разгонял также и другие девайсы (от английского «device» — устройство). Стоит отметить, что тогда процессор работал на частоте процессорной шины (FSB — Front Side Bus (не путать с Федеральной Службой Безопасности!)), то есть коэффициент умножения (CPU Multiplier) был равен 1. Настоящая же пора расцвета разгона началась, когда появились процессоры с отличным от единицы
18
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора коэффициентом умножения (это были процессоры 486 DX4 и Pentium с тактовой частотой 75 МГц). Тогда появилась возможность менять и частоту процессорной шины, и коэффициент умножения. Вот наверное и вся информация о истоках разгона процессоров. Так почему же возможно увеличение производительности компьютера на 5-10 или даже 15 процентов без материальных (но не без моральных!) затрат? Казалось бы. почему Intel, вырастив кристалл Pentium IV. ориентированный на тактовую частоту, скажем, 1,3 ГГц, но заработавший на 1,7 ГГц, не маркировать его, как 1,7 ГГц Pentium IV (ведь разница в цене весьма значительна)? Но не все так просто. Процессоры маркируется на меньшую, чем та, на которой они работают. тактовую частоту для того, чтобы обеспечить ресурс процессора (средний ресурс процессора — 10 лет и больше) и стабильность работы при самых высоких нагрузках. То есть, разгоняя процессор (а особенно повышая его напряжение питания при разгоне) мы уменьшаем его ресурс со, скажем, 15 до 10 лет. Но все равно, процессоры не «живут» 10 лет — уходят на значки, частные коллекции раритета, и, что печально, на свалки. Вот сейчас, к примеру, 10 лет 386 процессорам. Не хочу обидеть их счастливых владельцев, но сейчас его не берут даже задаром — кому он нужен? Обидно, ведь в свое время они стоили немалые деньги. Другой фактор, способствующий разгону — перемаркировка кристаллов. Скажем, большой популярностью пользуется Celeron с тактовой частотой 500 МГц, но почти не покупается Celeron 633 МГц. И Intel принимает судьбоносное для многих оверлокеров решение — перемаркировать партию 633 МГц процессоров в 500 МГц. Этот случай выдуман, но что-то подобное вполне может случиться. И тогда Вы, купив I ntel Celeron 500 МГц, и робко попытавшись его затем разогнать, в скором времени будете гордо тыкать их носом в свой системный блок и утверждать, что это с Вашей счастливой руки 500 МГц процессор был разогнан до 800 МГц. Каждый процессор рассчитан на какую-то номинальную частоту. Эта частота указана на его поверхности, указывается в прайс-листах и другой документации. Например, Pentium II-30Q должен работать с внешней частотой 300 МГц. Но, как показывает практика — от процессора можно добиться большего. Дело в том, что частота, на которой будет работать микропроцессор, задается материнской платой, поэтому возникает возможность увеличить ее относительно значения, указанного на процессоре. Это и называется разгоном. Да, в общем-то, особенно и не за чем. Разгоняя процессор можно увеличить производительность своей системы процентов на 10. Кроме этого поднять мнение о себе в глазах друзей. Ну и конечно почерпнуть некоторые сведения об устройстве компьютера. Однако, превышая номинальное значение тактовой частоты процессора, система теряет надежность. Впрочем, в большинстве случаев это будет совсем незаметно. Так что главное — это идея сэкономить средства, покупая один процессор, а используя его как другой, более быстрый. Для того чтобы понимать теорию разгона, необходимо представлять, как изготавливаются и тестируются процессоры. Модели, создаваемые в одних и тех же технологических рамках (например. 0.25 мкм, напряжение 3.3 В), производятся на одной технологической линии. Затем некоторые образцы серии выборочно тестируются. Тестирование проходит в экстремальных (по напряжению и температуре) условиях. На основании этих тестов на процессор наносится маркировка о номинальной частоте, на которую рассчитан процессор. Учитывая то, что частота берется с некоторым запасом прочности, и что далеко не все кристаллы бы19
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора ли протестированы, можно с большой долей вероятности предсказать, что большинство изделий имеют запас мощности по частоте в 10-15%, а то и больше. Кроме того, дополнительный ресурс для разгона можно получить, обеспечив процессору хорошее охлаждение, так как производитель тестирует свои изделия в очень жестких температурных условиях. Практически все материнские платы для процессоров Pentium и Pentium II рассчитаны на работу не с одним типом кристалла, а с несколькими. То есть, предоставляют пользователю возможность указать, какой процессор на них установлен. Выбор его тактовой частоты осуществляется путем умножения внешней частоты (той, на которой работает системная шина и оперативная память PC) на один из фиксированных множителей (эти множители обычно кратны 0.5 и находятся в диапазоне 1.5-4). Способ установки того или иного умножения и внешней частоты всегда указывается в руководстве к материнской плате и иногда — на самой плате. Возможность выбора внешней частоты и коэффициента умножения внутренней частоты процессора порождает возможность выдать процессор за более быстрый. Разгон можно осуществлять двумя путями. Во-первых, возможно увеличение множителя внешней частоты процессора, так как в этом случае повышается лишь скорость работы самого процессора, а скорость работы системной шины (памяти) и других устройств не увеличивается. Однако данный способ, хотя и надежен (сбоев можно ждать только от процессора), не дает большого прироста производительности всей системы в целом. Кроме того, в последнее время ведущий производитель процессоров для PC — фирма Intel решила блокировать эту возможность, фиксируя умножение у своих кристаллов. Второй метод — увеличение внешней частоты без изменения коэффициента или и того и другого (например, с 60 до 66 МГц). Дело в том, что именно от вел и ч и н ы внешней тактовой частоты зависит быстродействие таких компонентов компьютера, как кэш второго уровня, оперативная память и шины PCI и ISA (a значит, и все платы расширения). В настоящее время практически все материнские платы поддерживают внешние частоты 50, 55, 60, 66, 75 и 83 МГц. Однако, экспериментируя с внешней частотой, следует помнить, что риск, столкнуться со сбоями в работе системы резко повышается, так как разгоняется не только процессор, но и все остальные компоненты системы. Поэтому, разгоняя систему таким способом, следует быть уверенным в качестве комплектующих (особенно это относится к модулям оперативной памяти). Однако думать, что такие умные только конечные пользователи в России, несправедливо. Многие китайские, а то и наши конторы специализируются на перемаркировке кристаллов. То есть они, проверяя разгоняемость процессоров, уничтожают старую и наносят на него более высокую тактовую частоту. Для того чтобы перемаркировать процессор, достаточно уничтожить (соскоблить) верхний слой краски на его корпусе и нанести новые отметки, соответствующие более старшей модели. Купив такой кристалл, человек невольно разгоняет его, и если компьютер после этого работает без нареканий, он может и не узнать, что его процессор пиленый. Защититься от покупки такого микропроцессора практически невозможно. Однако, можно покупать процессоры в коробке или низшие модели в одном технологическом ряду (например, «древний» Intel Pentium 166 ММХ). Существуют
20
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора лишь косвенные признаки для определения «пиленности» процессора — неровная поверхность, несоответствие маркировок на верхней и нижней сторонах корпуса кристалла, некачественно нанесенная маркировка. Вопрос, которым задаются многие при разгоне — это вопрос о том, не сгорит ли процессор или другие компоненты системы. Однозначно ответить на этот вопрос нельзя. Однако, случаи сгорания процессора крайне редки. Об этом говорит статистика. Только примерно в 0.1% случаев возможны необратимые проблемы. Особенно опасны в этом смысле процессоры Cyrix/IBM, которые горят чаще всего. Кроме того, если материнская плата оборудована не импульсным (отличаемым наличием тороидальной катушки на плате), а линейным источником питания, то возможно повреждение материнской платы при разгоне процессоров Cyrix и AMD из-за большого потребления тока. При повышении внешней частоты, а. следовательно, и частоты шины PCI, возможна потеря данных на винчестере, но сам жесткий диск при этом остается работоспособен. В любом случае, большинство из описанных проблем можно решить.
Как разогнать процессор 1. Сначала необходимо определить, к чему стремиться. То есть решить для себя, что вы будете изменять — внешнюю частоту или коэффициент умножения. Имейте в виду, что на одну ступень по частоте подняться удастся почти всегда, а увеличение множителя частоты даст эффект меньший, чем при таком же увеличении внешней частоты. Кроме этого новые процессоры фирмы Intel, для пресечения разгона и пере маркировки, имеют возможность установить только номинальные коэффициенты для умножения частоты. Поэтому в таком случае возможно лишь манипулирование внешней частотой. 2. Изучите, как устанавливаются перемычки на вашей материнской плате для выбранных вами значений. Многие производители материнских плат не документируют внешние частоты выше 66 МГц, потому что такие частоты не документированы для чипсетов фирмы Intel, на которых собрано подавляющее количество системных плат. И еще, умножение на 3.5 устанавливается так же, как и 1.5. Поэтому, если в руководстве к вашей материнской плате умножение на 3.5 не указано, можете смело использовать установку для множителя 1.5. 3. Выключите компьютер и переустановите перемычки. 4. Включите компьютер. Если система не запускается (черный экран), значит, вы переразогнали процессор и компьютер в такой конфигурации работать не будет. 5. Если компьютер запускается и загружается, то необходимо проверить стабильность его работы. Эта проверка выполняется запуском многозадачной операционной системы (Windows 98, ME, XP) и выполнением приложений, требующих активной работы с памятью, так как операции по пересылке данных сильнее всего прогревают кристалл. В качестве примера можно предложить одновременный запуск архиватора pkzip, просмотр mpeg-файла и работу пары копий игры Quake, непрерывно переключаясь между ними. Пятнадцати минут стабильной работы в таком режиме вполне достаточно, чтобы сделать вывод об устойчивости системы.
21
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора 6. Если компьютер запускается, но не загружается (повисает после вывода таблицы с конфигурацией системы), то за его стабильную работу можно побороться. Такое поведение, скорее всего, вызвано невозможностью нормальной работы жесткого диска, памяти или ISA-карт. 7. При нестабильной работе операционной системы и приложений корень проблемы, скорее всего, кроется в недостаточном охлаждении кристалла. Иногда, правда, такие эффекты наблюдаются при недостаточном уровне логического сигнала. Эта проблема решается на материнских платах, оборудованных возможностью выбора напряжений питания процессора путем его повышения на 0.1-0.2 В. Однако в этом случае об охлаждении надо задуматься еще сильнее.
Охлаждение процессора Одна из самых важных задач, встающих при разгоне процессора — это его охлаждение. Перегрев процессора можно считать главным обстоятельством, препятствующим разгону. В 90 процентах случаев, когда разогнанная система запускается, но через некоторое время начинает сбоить и виснет или сбоит при выполнении приложений, сильно загружающих процессор, причину следует искать именно в перегреве процессора. Поэтому стоит обзавестись хорошим радиатором с вентилятором, обеспечивающим наилучший отвод тепла. Чем лучше будет вентилироваться весь системный блок, тем стабильнее будет работать компьютер. Кстати, форм-фактор АТХ с этой точки зрения значительно лучше, так как корпуса ПК и системные платы, выполненные в соответствии с этим форм-фактором, очень хорошо вентилируются благодаря удачному расположению компонент. Однако и обычный Baby АТ-корпус можно оборудовать дополнительным вентилятором. Как же правильно выбрать вентилятор? При выборе радиатора следует обратить внимание на высоту и строение собственно железной части (чем выше радиатор, и чем больше на нем выступов — тем лучше), и на высоту вентилятора (чем выше — тем лучше, обычно — 20 или 30 мм). Стоит также учесть, что предпочтительнее вентиляторы, работающие «на вытяжку» (то есть гонящие воздушный поток вверх, от радиатора). Во-вторых, очень важно при покупке обратить внимание на способ крепления радиатора к процессору. Существует несколько типов крепежа. Однако в наилучшем случае радиатор крепится к процессору с помощью изогнутой металлической скобы, которая цепляется за специальные выступы у разъемов Socket 7 (Pentium) и Socket 8 (Pentium Pro). Этот способ следует признать наиболее приемлемым, так как изогнутая скоба хорошо прижимает радиатор к процессору, практически не оставляя места для воздушных «подушек». Но даже при других схемах крепления радиатора можно достигать неплохих результатов. Лучшим является то крепление, при котором воздушная прослойка между процессором и радиатором сводится к минимуму. Этого можно достигать как увеличением силы прижима поверхности радиатора, так и шлифовкой соприкасающихся плоскостей. Следует отметить, что у Pentium II задача крепления радиатора к процессору решена гораздо лучше, однако, некоторые (особенно ранние) модели поставляются только с пассивными радиаторами (без вентилятора). Пользователям про-
22
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора цессоров Pentium II можно посоветовать самостоятельно прикрепить вентилятор к радиатору. Однако, как бы крепко вы не посадили радиатор на процессор, небольшие воздушные прослойки между поверхностью радиатора и верхом процессора все же останутся. А воздух, обладающий очень низкой теплопроводностью, сильно мешает теплообмену между процессором и радиатором. Ликвидируются эти прослойки обычно путем применения тепло проводя шей пасты К.ПТ-8, сделанной на основе оксида цинка. Паста помешается тонким слоем между процессором и ралиатором, обеспечиваю лучшую теплопроводность. Для того, чтобы разогнать свой процессор, вам придется не только захотеть этого (жалко...), но и приложить некоторые усилия. В частности, найти в одной из тех бумажек, в которые завернута рыба в вашем холодильнике, с надписью «Инструкция к материнской плате», найти раздел о выставлении частоты процессорной шины перемычками на материнской плате (тому, кто еще по какой-то уважительной причине еще не завернул в нее рыбу, повезло значительно больше; но больше всех повезло счастливым обладателям JumperLess плат — плат без перемычек, с устанавливаемой из BIOS-a FSB). Разгон (начинай со времени процессоров Pentium MMX) производится исключительно увеличением частоты процессорной шины, так как производители процессоров по каким-то причинам не любят, когда их продукты разгоняют, и блокируют изменение множителя («зашивают» его в процессор). Затем нужно прикинуть частоту, до которой вы хотите разогнать свой процессор. После этого вам придется в соответствии со своими планами изменить положение перемычек на материнской плате или выставить соответствующую частоту в BIOS. Для этого вам нужно будет знать «зашитый» коэффициент умножения Вашего процессора. Его вы можете определить, разделив тактовую частоту процессора на частоту его процессорной шины. Celeron (Coppermine-128) — шина 100 МГц используется для 800 МГц модели (и готовящейся к выходу 850 МГц); •
Pentium III (Katmai, Coppermine) — в обозначении 133 МГц вариантов присутствует буква «В» (пример: Pentium III 600 В — 600-133x4,5);
*?
Pentium IV (Willamette) — при передаче данных используется технология Quad Pump, учетверяющая пропускную способность, то есть результирующая частота системной шины: 4x100—400 МГц.
Итак, вы выставили нужную частоту системной шины для процессоров Intel или коэффициент умножения для процессоров AMD (начальный множитель возможно найти, разделив тактовую частоту вашего процессора на 100). Желательно также убрать все дополнительные PC 1-устройства (SCSI-контроллеры, звуковые карты), проверить, чтобы память соответствовала будущей частоте процессорной шины. Затем вы включаете свой компьютер, и... далее возможны варианты: •
Вариант для тех, у кого счастливая рука или кто разогнал свой процессор на 10 МГц — все загрузилось, вы видите вашу вожделенную частоту, и даже при нескольких часах прогона процессорных тестов (рекомендуемая для тестирования надежности разогнанного процессора мера), компьютер работает без сбоев —
23
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора считайте, что Ваши 10 МГц (или больше) прибавки достались вам без затрат (материальных и моральных). •
Менее приятный вариант — система загрузилась, но в процессе работы появляются ошибки. Это верный признак перегрева процессора, а это в свою очередь верный признак того, что его нужно охлаждать. Этого вопроса мы коснемся ниже.
•
Также не самый приятный вариант — прошли все тесты, но операционная система не загрузилась. Это значит, что предстоит поднять напряжение. Это также совершается перемычками на материнской плате (да-да, доставайте из мусорного ведра этот скомканный листик), либо, по возможности, из BIOS-а. Менять напряжение нужно максимально плавно, до достижения результата. Не меняйте его более, чем на 0,3 вольта — это чревато.
•
Самый неприятный случай — вообще ничего не загрузилось. Тогда вам не достичь желанной частоты — планку придется понижать. Пожелаю вам удачи на другой частоте...
Итак, вы получили работающий, на частоте выше начальной, процессор. Теперь ему предстоит проверка на надежность — обычно предлагают прогонять процессорные тесты. Но на мой взгляд лучше свои собственные ощущения — после разгона возможно заставить процессор, если позволяет место на диске, архивировать-разархивировать в максимальном режиме сжатия какую-нибудь здоровую штуковину, к примеру, игру (вот и ваш любимый Unreal Tournament на что-то путнее сгодился) или загрузить какое-нибудь ресурсоемкое приложение (ох уж этот Unreal Tournament...). В случае, если глюкоз будет больше обычного, то есть повод насторожиться. Вот вроде и все собственно о разгоне. Теперь переходим к такому важному аспекту, как охлаждение разогнанною процессора.
Хороший процессор — холодный процессор Ваш процессор разогнан, но сбоит. И даже если не сбоит, вам неплохо бы ознакомиться с этим обзором — на всякий случай. Рассмотрим способы охлаждения процессора. Самый эффективный, но не доступный простым смертным способ — запихать системный блок в холодильник. Просто берешь, и ставишь его туда. Но там он долго не проживет, там влажно. Поэтому холодильник нам в борьбе с температурой не поможет. Еще один способ — заливать процессор жидким азотом — как начнет нагреваться, так половину столовой ложки на него — и все ОК, А если серьезно, то для уменьшения температуры внутри системного блока (а в частности, около процессора) может использоваться простое снятие кожуха, С нашим отоплением в зимнее время это, безусловно, лучшее средство. В случае, если вы не хотите ее снимать, то есть еще возможности — перевернуть в другую сторону вентилятор блока питания (чтобы он не вдувал, а выдувал воздух). Можно поставить еще один вентилятор (такая возможность есть не во всех системных блоках). Это поможет и со снятым кожухом.
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора И главный способ — это установка мощного кулера. Вначале отметим новую технологию охлаждения — так называемое «охлаждение с использованием элементов Пельтье». В случае, если не вдаваться в технико-физические подробности, это такая штука, которая позволяет очень хорошо охлаждать процессор. В случае, если вам интересно, то напишите мне, объясню, что знаю. Элемент Пельтье — это тоже своего рода радиатор, то есть к нему нужен вентилятор, а вместе эта связка дорога, и используется только самыми отчаянными оверлокерами. Обладателям боксовых процессоров еще повезло. У них уже есть неплохой кулер, который подходит для слабого разгона. Но тем, кто брал Retail-вариант, стоит сразу же сменить кулер.
Пример разгона процессора Duron «Overclocking», или, по-нашему, «разгон» — установка большего, чем рекомендует производитель, значения тактовой частоты какого-либо компонента компьютера (процессора, памяти, видеочипа). Это становится возможным потому, что производитель оборудования зачастую выпускает изделия с разными частотами по одной технологии и на одном оборудовании, а затем маркирует частоту по итогам выходного тестирования чипов. То есть на более высокой частоте чип не может удовлетворять предъявляемым ему требованиям. Для конечного потребителя это означает то, что производитель гарантирует надежную работу устройства на номинальной частоте. В случае, если тактовую частоту поднять, устройство будет работать, но недостаточно стабильно. Однако далеко не всегда компьютер работает под большой нагрузкой, так что нестабильность может и не проявиться. Почему бы не попробовать определить самим, на какой частоте стабильность не будет вас удовлетворять? Ведь вы, а не производитель, будете пользоваться компьютером! С разгоном связан один неприятный эффект — повышенная потребляемая мощность. Вместе с ней повышается и рассеиваемая мощность, то есть микросхема нагревается больше обычного. А излишний нагрев тоже не способствует повышению стабильности работы. Поэтому вместе с экономией, связанной с тем, что цена на оборудование зависит от его частоты, приходится больше тратиться на охлаждение. Кроме того, возрастает риск испортить микросхему из-за неправильной или неумелой организации охлаждения. Желание получить несколько мегагерц «на халяву» подвигает людей на экспериментирование с разгоном. Но прежде чем приступать к этому потенциально опасному делу, нужно знать несколько простых правил. Иначе возможно наступить на те же грабли, на которые уже наступили другие, и вместо выигрыша получить полный проигрыш в виде сгоревшего процессора. Поэтому я попытался систематизировать все советы и рекомендации по разгону процессора Duron и сделать что-то вроде краткого руководства к действию. Процессор Duron возможно назвать наиболее выгодным процессором по трем причинам. Во-первых, он фантастически дешев. Согласитесь, потратить на 700-мегагерцовый процессор меньше семидесяти американских рублей — очень заманчивая перспектива. Во-вторых, по производительности в большинстве распространенных приложений он мало уступает как «старшему брату» — AMD Athlon, так и дорогому аналогу Intel — Pentium-Ill. В-третьих, он имеет возможность простого и эффективного разгона изменением множителя. Как известно. внутренняя частота процессора в несколько раз выше частоты шины, по которой 25
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора он «общается» с остальными компонентами компьютера. В случае, если мы увеличиваем частоту этой шины, неизбежно повышаются частоты других шин, из-за чего система приобретает дополнительную нестабильность, связанную уже с другими компонентами. А если множитель изменяется, то разгону подвергается только процессор. Таким образом, изменение множителя более безопасно и потенциально может дать лучший разгон, чем увеличение частот всех шин компьютера. Поэтому процессоры AMD разгонять проще — у них множитель не зафиксирован жестко. Точнее, он может быть изменен средствами материнской платы. Итак, вырешились купить Duron и выжать из него дополнительные 100-200 МГц, а может, и больше, путем изменения множителя. Для того чтобы это осуществить, нужно правильно выбрать: процессор; •
материнскую плату;
•
кулер.
И, конечно, все это нужно правильно соединить и запустить. Для того, чтобы выбрать процессор, имеющий наиболее высокий потенциал и запас прочности, нужно обратить внимание на его маркировку. Известно, что чем раньше процессор был выпущен, тем большую частоту он способен выдержать. Дату выпуска (неделю) возможно определить по второй строке маркировки. Наиболее приспособлены для разгона процессоры, выпушенные около 36-й недели. Они способны работать на частотах 950-1000 МГц, вне зависимости. какая частота у них является номинальной. Распространенные сейчас процессоры, выпущенные в конце года (45,46 и более поздняя неделя), разгоняются в среднем до 850-900 МГц. Не так хорошо, но дополнительные 150 МГц из них возможно добыть из них в любом случае. Причем если раньше покупать процессор с частотой выше 600 МГц смысла не было — все одинаково разгонялись до 1000, то теперь стало понятно, что из любого «позднего» процессора возможно выжать еще 200-250 МГц: 650>850, 750MOOQ. Как изменится ситуация в будущем — неизвестно, так как до сих пор разгоняемость процессоров только уменьшалась. Для того чтобы процессор возможно было подвергнуть разгону множителем, нужно закоротить контакты, называемые «золотыми мостами» («golden bridges»). За блокировку множителя отвечают четыре пары контактов L1. У первых версий мосты L1 не были разрезаны, однако сейчас таких процессоров остается все меньше, и найти их не всегда удается. Поэтому, скорее всего мосты придется закорачивать подручными средствами. Есть несколько проверенных способов: •
запаять;
•
закрыть проводящей пастой;
•
замазать проводящим клеем; зарисовать простым грифельным карандашом.
Последний способ самый ненадежный, но и самый доступный. Подробно останавливаться на этой операции не буду — тут все очевидно. Главное — обеспе-
26
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора чить контакт между каждой парой, не задев соседей. Насколько долго держится такой контакт — неизвестно, однако он эффективен и дешев. Кроме того, стереть карандаш для приведения процессора в товарный вид проще простого. Основным чипсетом для материнских плат с разъемом Socket-462 пока остается VIA KT133. Он поддерживает память SDRAM PC-100 и РС-133, частоту процессорной шины 100 МГц (эффективная 200 МГц, так как шина EV6 обменивается двумя пакетами за один такт). Частота памяти может отличаться от частоты процессорной шины на 33 МГц в лучшую сторону, что, при наличии РС-133, позволяет получить дополнительный прирост производительности. Однако сам по себе чипсет — не подарок, и не сильно подкованные в компьютерных вопросах люди могут столкнуться с настоящими проблемами совместимости. Особенно, если комплектующие и сама плата не очень качественные. Далеко не все материнские платы позволяют изменять множитель процессора Duron. Хотя с каждым днем их становится все больше, так как многие производители, осознав свою ошибку, выпускают новые модификации плат. Вот короткий список наиболее распространенных материнских плат с возможностями изменения множителя: •
ABIT KT7 и более новые;
•
ASUS A7V и более новые;
•
Micro-Star K7T Рго2 и более новые;
•
Soltek KV75+; Chaintech 7AJA;
•
Ерох SKTA2 и более новые платы.
При этом такие платы, как правило, недешевы. Однако их приобретение вполне оправдано, так как затраченные лишние 20-30 американских рублей окупятся, во-первых, благодаря низкой цене процессора, а во-вторых, вы получите бесплатные мегагерцы. Конечно, это не полный список, и далеко не все перечисленные платы хорошо подходят для разгона. Перечислять отличительные особенности каждой я не буду — это тема отдельного разговора. Кроме возможности изменения множителя, для успешного разгона крайне необходима возможность повышать напряжение, подаваемое на процессор (называется обычно VCore). Чем выше напряжение, тем меньше задержки на переключение транзисторов, из которых состоит процессор. Поэтому на повышенном напряжении процессор работает стабильнее, хотя и больше нагревается. При разгоне наверняка понадобится поднять напряжение с номинала (1.5-1.65 В) до 1.75-1.8 В. Также очень важно, чтобы плата позволяла повышать напряжение не только ядра, но и буферов ввода-вывода (называется обычно VI/O), Стандартное напряжение — 3.3 В, его придется повысить хотя бы до 3.45 В, иначе зависаний не избежать. Duron имеет не самую удачную конструкцию корпуса, поэтому очень важно подобрать «правильный» кулер и установить его на пасту.
27
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора Слабое место процессора Duron — его корпус. Он достаточно хрупкий и может быть поврежден при неправильной установке кулера. Для того чтобы кулер располагался на контактной площадке без перекосов, на краях процессора наклеены резиновые прокладки. Установленный кулер будет испытывать одинаковое давление на все четыре утла. Конечно, площадь кулера должна быть не меньше плошади процессора, иначе толку от прокладок не будет. Существует две базовых конфигурации кулеров — квадратный и цилиндрический. Квадратный, — чем больше его радиатор, тем лучше. То же касается размеров вентилятора. Как правило, большие вентиляторы вращаются с меньшей скоростью и поэтому меньше шумят. Кроме размеров, кулер должен иметь специальную систему крепления. Раньше прижимная пластина (клипса) была узкой, а кулеры, специально предназначенные для установки на Duron, имеют широкое крепление, чтобы радиатор устойчивее и ровнее сидел на процессоре. Обращайте внимание, так как неправильное крепление кулера приведет к быстрому сгоранию Duron. Цилиндрический кулер обычно называется Orb. Их выпускают фирмы ThermalTake и Titan. Причем для Duron нужен не Golden Orb золотистого цвета, а Crome Orb — серебристый. Дело в том, что Chrome Orb имеет широкое квадратное основание, которое входит в контакт с резиновыми прокладками. Нужно ли покупать именно Orb? Желательно, конечно, так как эти кулеры (если, конечно, вам не попалась подделка) достаточно качественно выполнены. Но они не настолько эффективны, насколько эффектны. Просто красивые и достаточно малошумные кулеры. В случае, если кулер по площади ненамного превосходит процессорное гнездо, то его установка проходит без проблем. А вот ОгЬ'ы возможно установить не на каждую плату, так как ему могут мешать конденсаторы. Для того, чтобы не пришлось подпиливать грани кулера, обращайте внимание на то, как установлены конденсаторы на плате. Или читайте обзоры тех, кто на это обращает внимание, и выбирайте плату не по принципу «что было у продавца». Использовать термопасту строго обязательно. К счастью, даже китайские кулеры сейчас комплектуются пакетиком с ней. ОгЬ'ы имеют специальную прокладку, нанесенную на их нижнюю сторону. Лучше, конечно, ее удалить и использовать пасту, но на крайний случай и она сойдет. А вот различного рода металлические пластины, прикрепленные к дешевым кулерам, нужно отдирать без всякого сожаления.
Приступаем Принцип, по которому производится разгон, всем хорошо известен, и подробно останавливаться тут нет смысла. Только если очень коротко. Частота процессора последовательно подымается до тех пор, пока не будет достигнуто состояние, когда процессор откажется запускаться либо будет зависать через несколько минут работы. Вместе с частотой нужно подымать напряжение, тогда удастся запустить систему на более высокой частоте. В случае, если найден максимальный множитель, при котором процессор работает вроде бы нормально, нужно протестировать систему на предмет стабильности работы. Пару часов работы (лучше выбрать что-нибудь, хорошо нагружающее подсистему памяти и процессор, к примеру, серьезную игру вроде Unreal Torunament) — и будет понятно, достаточно ли 28
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора стабильно работает процессор в разогнанном состоянии. При этом логично будет контролировать температуру процессора с помощью одной из программ-мониторов, к примеру, MBProbe или Motherboard Monitor. В случае, если температура не превышает 50 градусов, все нормально, иначе нужен кулер побольше и помощнее. В случае успеха возможно также попробовать поднять частоту шины процессора. Но чипсет КТ133 отличается неустойчивостью к частоте, превышающей номинал 100 МГц. Обычно выше 110 МГц поднять ее не удается.
А если не множителем? Конечно, если произвести разгон не множителем, а частотой шины, то производительность возрастет больше, чем при использовании только множителя процессора. Вместе с процессором быстрее будет работать память, шина AGP. Но вот незадача — VIA КТ133 не может работать на частоте выше 110. Не мог до недавнего времени. На смену КТ133 выпушена его модификация — КТ133А, и теперь Duron может работать и на 115, и на 133, и даже на 160 МГи. Новые платы должны быстро заменить старые. Так что скоро не придется возиться с контактами L1, достаточно будет просто установить повышенную частоту шины — и все.
Глава 4: Upgrade оперативной памяти Для персонального компьютера доступны несколько опций памяти. Системная плата должна быть полностью оснащена, прежде чем опции расширения памяти могут быть установлены. Все дополнительные средства расширения памяти имеют контроль по четности. Если обнаружена ошибка четности, то устанавливается триггер и активизируется линия контроля каната ввода/вывода, указывая процессору на ошибку. В дополнение к модулям памяти дополнительные средства расширения памяти содержат следующие схемы: буферы шины, генератор тактовых сигналов для динамической памяти, адресный мультиплексор и логику выбора/декодирования адреса карты, Модуль DRAM (в данном случае — асинхронного) имеет следующие контакты: Линии ввода/вывода Служат непосредственно для передачи данных и вместе составляют шину данных. Их количество обычно определяется типом модуля. Модули с четностью имеют дополнительные линии ввода/вывода для битов четности. Адресные линии Служат для передачи адреса, по которому находятся считываемые/записываемые данные. Как правило, их то же количество, что и у составляющих модуль чипов, RAS
Регистры строки, сигнал на этой л и н и и означает, что на адресные линии чипов, подключенных к данному RAS, подается адрес строки, в которой содержатся данные. Двухбанковые модули организованы именно посредством дополнительных RAS.
29
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора CAS
Регистры столбца, сигнал на этой линии означает, что на адресные линии чипов, подключенных к данному CAS, подается адрес столбца, в котором содержатся данные. Write Enable Сигнал на этой линии означает, что возможна запись данных. PRD
Контакты, заземление или не заземление которых несет информацию Presense Detect (в частности, емкость и время доступа модуля). Линии Output Enable, имеющиеся у всех чипов, в модуле памяти, как правило, заземляются.
SIMM и DIMM Единственное принципиальное отличие этих модулей памяти обозначено в названиях — Single и Dual ln-Line Memory Module соответственно. Если вы возьмете в руки 72-пиновый SIMM, то легко увидите, что он имеет по 72 контакта с каждой стороны! Объясняется это просто — смежные контакты с разных сторон являются в действительности одним и тем же контактом. Задумано все было, скорее всего, с целью облегчить установку модулей в разъемы, сохраняя при этом высокое качество электрического соединения. DIMM в этом смысле более экономичен — с каждой стороны 168-пинового модуля всего 84 контакта. Разумеется, здесь контакты с разных сторон модуля электрически независимы. Естественно, что «единица длины» у DIMM используется более эффективно. Понятно также, что для того, чтобы такое стало возможно, нужны как минимум чипы нового по сравнению с используемым (поначалу) в SIMM поколения. Если оставить в стороне SO DIMM, область применения которых все же достаточно узка, то наиболее популярными форм-факторами модулей памяти в настоящее время являются SIMM 72-пин и DIMM 168-пин. Первые имеют ширину шины 32 бит (какрезультат, в платы с процессором старше 486 их приходится ставить парами), ширина шины вторых 64 бит позволяет устанавливать их поодиночке в 64-битные платы. Это, по сути, единственное принципиальное преимущество D I M M перед SIMM (к тому же, кажется, крайне незначительное — годами SIMM ставили попарно и горя не знали). Надо, впрочем, иметь в виду, что современные высокоскоростные модули памяти для современных же компьютеров все же чаще выполнены в виде DIMM, что и порождает зачастую утверждения типа «DIMM лучше SIMM», хотя и понятно, что в такой форме оно некорректно.
Обозначения типа 2x36-70 Обозначения такого рола содержат основную информацию о модулях памяти. В большинстве своем они являются стандартными устройствами, и естественно, что индустрия и рынок пользуются неким сокращенным описанием, наиболее адекватно соответствующим описываемым объектам. Надо подчеркнуть, что это не маркировка производителя, это утверждение о соответствии некоему JEDEC-стандарту, и его вполне естественно встретить в самых разных местах, от технических описаний модулей памяти и материнских плат до прайс-листов про-
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора давцов памяти. Будучи сокращенным, оно не описывает полностью архитектуры модуля (это особенно актуально для DIMM), так что по умолчанию предполагается, что речь идет о наиболее распространенном, если таковое существует, устройстве данного типа, все же остальные должны снабжаться комментарием (например, buffered). Неподготовленного человека эти обозначения могут смутить, однако на самом деле все довольно просто. Число после черточки — не что иное, как время доступа (время такта для синхронных устройств), 70 наносекунд в приведенном примере. Как правило, оно пишется полностью (без опускания нулей, как это бывает при маркировке чипов), однако иногда опускается вообще (обычно когда и так ясно, о каком времени доступа идет речь). «Произведение* перед черточкой представляет собой организацию модуля памяти, которая, в свою очередь, есть произведение глубины адресного пространства на ширину шины, то есть количество линий ввода-вывода. (С адресным пространством все не совсем так, более правильно считать, что первый множитель — произведение адресного пространства на число банков, но на дальнейшие рассуждения это не повлияет.) В свою очередь, ширина шины однозначно (если изъять из рассмотрения SO DIMM, которые все же крайне редко применяют в настольных системах) определяет тип модуля. С наибольшей вероятностью вы можете встретить шины следующей ширины: •
х8, х9 — 30-пиновый SIMM без четности и с четностью соответственно.
•
х2, хЗ — некорректное, но иногда встречающееся обозначение тех же 30-пиновых SIMM, но в исполнении с малым количеством (2 и 3) чипов.
•
х32, хЗб — 72-пиновый SIMM без и с четностью (х32 также может быть 72-пин SO DIMM).
•
х64, х72 — 168-пиновый DIMM без четности/ЕСС (х64 также 144-пин5ОО1ММ).
Модуль без четности имеет ширину шины, кратную 8, а с четностью — другую (как правило, кратную 9). Дело в том, что весь «остаток» от деления ширины шины на 8 и есть биты четности. Далее, глубина адресного пространства измеряется в мегабитах (иногда так и пишут — 2МхЗб), реже в килобитах (разве что 256 и 512). Произведение (2x36) как раз и даст нам емкость модуля, хотя опять же в мегабитах. Чтобы перевести его в привычные всем мегабайты, нужно просто поделить результат на 8. Два замечания: Во-первых, нужно отбросить биты четности, то есть второй сомножитель — это ближайшее снизу к ширине шины число, кратное 8. Во-вторых, как уже упоминалось выше, х2 есть в действительности х8, а хЗ — х9 (то есть в конечном итоге та же восьмерка). Таким образом, 2x36-70 есть SIMM 8MB 72пин с четностью 70 не.
Маркировка Сейчас распространена ситуация, когда производитель маркирует печатную плату своим логотипом, но никакой другой полезной маркировки на плате
31
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора нет. По большому счету редко кто кроме major-производителей маркирует так называемый part number (артикул) на печатной плате, причем обычно краской, а не травлением (это в принципе понятно — как минимум ко времени доступа плата безразлична, поэтому маркировку все равно пришлось бы наносить). Иногда на платах имеются нанесенные краской своеобразные «checkbox» — предполагается, что после сборки производитель промаркирует емкость, время доступа и четность, но на практике это часто не делается. Очень часто для маркировки модулей используются также и наклейки (в том числе и major). Но надо иметь в виду, что если модули памяти вызывают у вас какое-либо подозрение, наклейкам доверять особо не следует — при современном состоянии полиграфии их ничего не стоит подделать (хотя качественно выполненный и аккуратно наклеенный металлизированный лэйбл — это не так уж и плохо). Естественно, наклейка продавца (а не производителя) имеет ограниченную ценность. Наконец, наиболее печальный факт — даже если у вас в руках модуль major/major с прекрасно различимой оригинальной маркировкой — это еше не значит, что вам удастся ее прочитать. Потому что никаких единых правил чтения маркировки не существует. Как правило, время доступа читается ничуть не хуже, чем на чипах. Организация тоже присутствует, но не очень понятно, в какой форме — почти наверняка есть ширина шины, а также либо глубина адреса (чаше), либо емкость. Позиция, на которой находится то или иное число — произвольная, другие числа и буквы — непредсказуемые. •
ESA1UN3241-60JS - SIMM 1x32 EDO производства Fujitsu. 60 не видно довольно отчетливо, 32 в принципе тоже (если у вас в руках SIMM, понятно, что искать нужно 32 или 36). Из цифр имеются также две единицы и четверка, спрашивается — кто из них глубина адреса, или же емкость? Ответ — первая единица, глубина адреса (41 означает чипы 1x4). За EDO отвечает первая буква. В оставшихся буквах закодировано, что перед нами SIMM 72-пин небуферизованный 5В, на базе SOJ с оловянными контактами. HYS72V4000GR-10 - DIMM 4x72 SDRAM от Siemens. HYS модуль SDRAM, 72V4 — 4x72 3.3В, последовательность нулей означает, что никаких особых отклонений (от стандарта SDRAM DIMM) нет, G — золоченое покрытие контактов, R — registered, 10 — наносекунды, разумеется. Несложно видеть, что принципы кодирования информации имеют между собой мало общего (в случае с Fujitsu о емкости модуля можно только догадываться...),
Похожая ситуация и у других «брэндов». В первом приближении — найдите в маркировке подходящую к вашему модулю ширину шины, ближайшая к ней цифра (буквы можно игнорировать) спереди или сзади будет глубиной адреса (хотя может оказаться и емкостью). Или, если есть возможность, посетите сайт производителя и постарайтесь найти такую же или аналогичную маркировку, или хотя бы определить исповедуемые данным производителем принципы. Маркировку большинства других модулей, промаркированных производителями как «стандартные», следует пытаться читать описанным в предыдущем абзаце способом. В принципе, иногда стандартные модули могут быть промаркированы и «открытым текстом», хотя нельзя не отметить, что наличие «артикула» производителя все же весьма желательно — он свидетельствует о более высоком
32
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора уровне производства (здесь имеется в виду, что артикул+каталог позволяют описать модуль намного более подробно, чем просто сообщив время доступа и организацию). Наконец, в принципе можно столкнуться и с proprietary-маркировкой в двух ее ипостасях. Во-первых, модуль, извлеченный из brand-name устройства, с большой вероятностью несет на себе pan number данного брэнда. Если вы (являясь, например, специалистом по этому брэнду) сможете извлечь из этой информации пользу — вас можно поздравить, кроме того, всегда можно попытаться сделать на web-сервере данного брэнда поиск по этому номеру — есть шанс получить приемлемое описание модуля. Во-вторых, модуль мог быть изготовлен genericпроизводителем для применения опять же в устройствах некоего брэнда. Если вы в состоянии определить производителя — идите на его сервер, определяйте part number брэнда — и задача сведена к «во-первых». В противном случае — довольно часто в маркировке явным образом указана емкость (обычно в виде наподобие 8MEG или ххх/32), однако есть риск, что это емкость не данного модуля, а комплекта, в который он входит. Опять же, остается вопрос с четностью, временем доступа. Есть ли связь между маркировкой чипов и характеристиками модуля? Предположим для начала, что маркировка чипов вполне соответствует их характеристикам, иначе мы рискуем погрузиться слишком глубоко. В нашем случае ответ на вопрос будет — да, характеристики чипов и модуля совпадают, по крайней мере в первом приближении. Более точно — тип модуля (fast page, EDO, SDRAM) наверняка соответствует типу чипов, а время доступа — соответствует, как правило. Как правило — потому, что «официальное» (промаркированное) время доступа модуля иногда может быть хуже, чем у составляющих его чипов. Дело в том, что по мере развития технологии более медленные чипы попадают в разряд относительно дефицитных. С другой стороны, если чип работает, скажем, на 60 не, он обязан работать и на 70 не. Поэтому нередко можно видеть модуль 70 не (согласно маркировке и PRD), собранный из 60 не чипов. Его реатьное время доступа при этом может, конечно, составлять и 45 не — маркировка чипов указывает лишь нижнюю границу времени доступа... Производители, склонные считать свой товар «марочным» и, соответственно, готовые отвечать за его качество, маркировку обычно наносят, чаще всего травлением платы или краской. Это относится практически ко всем производител я м из имеющихся на данном сайте списков «major» и «generic», причем второй список далеко не исчерпывающ. Логотип или название чаще всего легко читаются и отождествляются. «Все остальные» производители (качества от среднего до никакого) чаще всего не имеют собственного производства печатных плат (на которые и наносится маркировка), а также не очень заинтересованы в отождествлении потребителем их как производителей, соответственно маркировка либо отсутствует вообще, либо (реже) применяется «одноразовая» — набор букв или хвалебное слово, Надо иметь в виду, что в Азии существует несколько крупных производителей печатных плат, которые продают их сборщикам, и некоторые из этих производителей (опять же — наиболее себя уважающие) ставят на платах свой логотип. Соответственно, по маркировке можно определить производителя платы и с
33 2-41С
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора большой вероятностью регион сборки. Так, модули с датой производства платы (типа 9607) в «жидкокристаллическом» стиле скорее всего происходят с Тайваня, а модули с маркировкой GT — из Сингапура. Кстати, на мой взгляд, такая маркировка все же говорит об определенном качестве как минимум платы и все же лучше, чем никакая.., PRD PRD — это «электрическая» маркировка модуля памяти. Эта маркировка может быть считана контроллером памяти, что позволит ему правильно сконфигурировать схему доступа. Начиная с 72-пииовых SIMM все стандартные модули памяти имеют и стандарт на PRD. 1:ели говорить конкретно о 72-пиновых SIMM, то под PRD там зарезервированы контакты с 67 по 70-й. Информация передается путем заземления (или незаземления) этих контактов (заземление обычно производится на 72-й контакт). Первая пара контактов отвечает за емкость модуля, вторая — за время доступа. Таким образом, на каждый параметр приходится по 2 бита информации (то есть 4 возможных варианта). Для передачи всего спектра емкостей, существующих в природе (от 1 до 128 MB), этого явно недостаточно, как результат, емкостям, отличающимся в 16 раз (например, 4 и 64 М В), соответствует одна и та же конфигурация PRD. Похожая ситуация и с временем доступ а — с той разве что разницей, что сильно отличающиеся времена доступа, как правило, не сосуществуют в рамках одного форм-фактора. У DIMM, как правило, для PRD отведено больше контактов, поскольку количество значимых параметров (напряжение питания, буферизованность, число банков, глубина refresh) также больше. Технологически PRO, как правило, выполняется следующим образом — на печатной плате оставляются специальные пары контактных площадок. Соединение между собой какой-либо пары таких площадок (посредством напаив а н и я резистора нулевого или низкого сопротивления) и представляет собой заземление соответствующего пина PRD. Обычно это происходит одновременно с напаиванием всех других чипов, включая DRAM. Этот набор контактных площадок, часть из которых закорочена, в общем-то несложно увидеть (при условии, что он на модуле имеется).
Самое же интересное в PRD заключается в том, что контроллеры памяти используют его крайне редко. Большинство контроллеров способны вполне самостоятельно определить рабочие характеристики модуля памяти и соответственно сконфигурировать схему доступа, причем понятно, что прямые тесты дают более достоверную информацию. Как результат, подавляющее большинство no-name производителей в порядке экономии нескольких центов не напаивают PRD вообще, выпуская тем самым не соответствующий JEDEC продукт (что в подавляющем большинстве случаев ни на что не влияет, но все же некрасиво).
ЕСС ЕСС обычно расшифровывается как Error Checking and Correction, существуют и другие версии, но смысл заключается в том, что речь идет о схеме обнаружения и исправления ошибок в памяти. За счет чего удается добиться таких потрясающих результатов? Идея, лежащая в основе метода, довольно проста — пусть каждый бит основной памяти входит более, чем в одну контрольную сумму. Это потребует увеличения числа контрольных бит (напомним — стандартный метод контроля четности реально не требует более 1 контрольного бита на всю шину), но даст возможность восстанавливать позицию (а. следовательно, и значение) - •
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора сбойного бита по позициям нссошедшихся контрольных сумм. Предполагается, что контроллер памяти самостоятельно восстанавливает это значение, не прерывая работу всей системы (хотя разумно при этом генерировать системное сообщение об исправленной ошибке, чтобы владелец системы, если такие сообщения повторяются, мог принять меры по замене памяти, не дожидаясь бол ее значительных сбоев).
SIMM с четностью Это так называемый SIMM, предназначенный для работы в системе с контролем четности. В случае 30-пинового S I M M — что S I M M , имеющий помимо 8 бит основных данных дополнительный бит четности, то есть стандарт х9). В случае 72-пинового SIMM все далеко не так просто. Классический SIMM с четностью представляет собой как бы сумму четырех SIMM x9, к каждому из которых теоретически возможен независимый доступ (это достигается тем, что каждые 9 бит — 8 основных и один бит четности — присоединены к отдельному CAS). Такая структура осталась в наследство от тех времен, когда 72-пиновые SIMM только приходили на смену 30-пшювым, и разработчикам просто лень было переделывать наряду с модулями и гнездами еще и контроллеры. Как бы то ни было, с логической точки зрения эти 36 являются 4х(8+1). Так называемые «ЕСС SIMM» хЗб, в отличие от SIMM «с чет ностью», имеют 36 абсолютно равноценных (и адресуемых через единственную л и н и ю CAS) бит. Как правило, такие SIMM не предназначены для работы (и не будут работать) в системах с «обычным* контролем четности из-за имеющихся архитектурных отличий. Отличить первые от вторых относительно просто — S I M M с четностью имеет 8 (или 16) чипов основной памяти (малочиповые варианты можно вообще не рассматривать — они ЕСС быть не могут) плюс 4, реже 2 или 1 (8. 4 и 2 соответственно) отличающихся от них чипов четности. FCC SIMM имеет 9 (18) абсолютно одинаковых чипов.
ЕСС SIMM ЕСС SIMM — понятие, к сожалению, сплошь и рядом применяемое неверно, в основном ввиду имевшего ранее место чрезвычайного многообразия контроллеров ЕСС. В наиболее узком смысле (причем это определение не имеет полного права называться единственно верным) — это S I M M 72-пин организации чЗб с одной линией CAS. В самом широком — любой SIMM, предназначенный для работы в устройстве с ЕСС (иди работающий в нем). Речь но всех случаях идет о 72-пиновых SIMM, ниже приводится п р и м е р н ы й список: SIMM x4U, реже х39, иногда называемые также ЕСС SIMM ^старого стандарта» — действительно применялись в устаревших, эпохи 486-х процессоров, контроллерах ЕСС. ECC-on-SIMM — разработанный IBM модуль, несущий на себе чип контроллера ЕСС. Одно время такого рода SIMM применялись в старших моделях серверов той же IBM, а также Digital и HP. Похоже, владельцам т а к и х серверов повезло меньше всего, поскольку никто из generic-производителе и такие SIMM не выпускал (очевидно, ввиду отсутствия чипов ЕСС), поэтому апгрейд памяти такого сервера может превратиться в проблему.
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора Обычный SIMM x36 с четностью. Большинство современных контроллеров способно реализовывать ЕСС на таких модулях. Таким образом, если вам, к примеру, необходимо приобрести (или предлагают это сделать) ЕСС SIMM, постарайтесь выяснить заранее, о каких имен но модулях идет речь — это может позволить вам сэкономить как время, так и деньги, Еще одно обстоятельство, на которое стоит обратить внимание — это кратность модулей — последние реализации ЕСС позволяют устанавливать модули хЗб парами, в то время как более ранние требовали установки 4 модулей одновременно, гак что фраза типа «ЕСС kit» требует еще более внимательного выяснения подробностей.
Логическая четность Логическая четность (logic parity, известна также под названием bridge parity, parity emulation, наиболее правдивое название fake parity — «ложная четность») — техническое решение, впервые примененное в 1994-1995 году. В это время происходил массовый переход индустрии PC на более дешевую память без четности. Обделенными при этом чувствовали себя владельцы еще относительно новых на тот момент 486-х компьютеров, подсистема памяти которых не позволяла использовать такое решение, в результате чего они без особой на то необходимости были вынуждены использовать дорогостоящую четность. Для них и была предназначена четность логическая. Идея, в сущности, была довольно простая. Как известно, в рамках контроля четности для группы бит, записываемых в память, контроллер вычисляет контрольную сумму и записывает ее в виде специального бита четности. При считывании данных контрольная сумма вычисляется снова и сравнивается с хранящейся в бите четности, при совпадении двух сумм данные считаются аутентичными. Необходимость хранения битов четности и удорожала всю систему. Модули с логической четностью вообще не имеют чипов четности, зато имеют логический чип, который при считывании данных сам вычисляет «контрольную» сумму и предъявляет ее контроллеру, как если бы эта сумма сохранялась в модуле. Понятно, что эта сумма всегда совпадает с той, которую вычислит сам контроллер, таким образом фактически контроль четности отсутствует, Цена логической микросхемы по сравнению с чипами четности исчезающе мала, так что главную задачу — экономию — можно считать выполненной. Таким образом, вообще говоря, можно признать правомерным использование модулей с логической четностью там, куда они первоначально были предназначены — в устаревших настольных системах, в которых невозможно отключить контроль четности, однако отсутствует реальная необходимость его осуществлять. При условии, конечно, что эти модули там заработают — во многих brand-name системах (а брэнды в свое время часто применяли нестандартные контроллеры) такая память неработоспособна. Тому есть естественное объяснение — никакая логика не срабатывает мгновенно, соответственно, логическая четность вносит изменения во временные диаграммы модуля памяти, и эти изменения одобрит не всякий контроллер. Кроме того, бессмысленно было бы возражать против использования таких модулей в системах без контроля (или с отключенным контролем) четности, при условии, конечно, что вы не проиграете в деньгах по сравнению с обычной памятью без четности — никакого преда в такой ситуации ложная четность не принесет.
36
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора К сожалению, у ряда пользователей сложилось впечатление, что логическая четность просто является более современным (и в силу этого дешевым) вариантом четности истинной. К еще большему сожалению, многие торговцы памятью не устояли перед соблазном заработать легкие деньги. Грошки за ними водились разные, начиная от вполне невинных (продажа «логики» чуть дешевле истинной четности, когда стоить она должна всего лишь чуть дороже памяти «без четности», или объявление в прайс-листах очень низкой цены на память с четностью, которая после прямого вопроса оказывается «логикой») до довольно несимпатичных (сокрытие от покупателя того факта, что он приобретает «логику» вплоть до камуфляжа логики под истинную четность, агитация за «логику» как за лучшее, чем истинная четность, решение). Поэтому хотелось бы обратить внимание на отрицательные стороны «логической четности». Логическая четность, как минимум, не повышает совместимость модулей с вашим компьютером — не исключено, что работать она не будет или будет вызывать сбои. Сумматор в лучшем случае не ухудшит временные характеристики подсистемы памяти, но вполне может это сделать, Установка ложной четности в сервер не рекомендуется ни под каким предлогом — даже если сервер и будет с ней работать, в конце концов, большие деньги за него платили именно во имя надежности, которой вы поступаетесь. Наконец — имейте в виду, что уважающие себя производители (включая всех major) никогда не выпускали SIMM с логической четностью — таким образом, вы покупаете продукт низшей, чем это возможно, категории качества. Таким образом, вывод— за исключением двух описанных выше случаев, применение логической четности рекомендовать нельзя никак, в этих же двух случаях — можно с определенной натяжкой. Как отличить модули с «логической» четностью? Ответ довольно простой — модули с «логикой» вместо чипов четности имеют чип <• логической четности*. Его-то и надо идентифицировать.
Ключи на модулях памяти Под ключом на модуле памяти (обычно речь идет о модулях SIMM или D I M M , хотя, безусловно, ключи имеют также memory card и многие специфические модули) обычно понимают выступ или вырез в модуле, который в сочетании с соответствующим вырезом (выступом) в разъеме выполняет одну из двух (или обе) функций: •
не позволяет установить симметричный модуль памяти «наоборот».
•
предотвращает использование в системе модуля, не подходящего по параметрам {скажем, по рабочему напряжению).
Рассмотрим поподробнее типы ключей, применяющихся в SIMM и DIMM: •
SIMM 30-пин — вырез сбоку со стороны 1-го пина, служит для правильной ориентации модуля,
•
SIMM 72-пин — аналогичный вырез со стороны 1-го пина, а также вырез посередине между 36-м и 37-м пинами. Как это ни странно, этот вырез также имеет довольно неожиданное значение.
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора •
SO DIMM 72-пин — вырез со стороны 1-го пина, высота этого выреза также отвечает за напряжение питания модуля.
•
DIMM 168-пин — 2 выреза «внутри гребенки» — между 10 и 11 и между 40 и 41 пинами (поскольку всего на одной стороне 84 пина, положение явно асимметрично и, соответственно, определяет 1-й п и н . Эти вырез могут быть слегка смещены по горизонтали, и это смешение задает буферизованность и напряжение питания соответственно.
•
SO DIMM 144-пин — вырез между 30 и 31 пинами (если быть более точным — между 59 и 61, у этого класса DIMM контакты нумеруются попеременно на обеих сторонах). Асимметричное расположение (всего на стороне 72 контакта) задает 1-й пин. Не исключено, что этот вырез также может быть смешен по горизонтали, что задаст, к примеру, напряжение питания, но данные DIMM встречаются только в 3-вольтовом исполнении, так что проверить гипотезу еще не удавалось.
Надо отметить, что контроль каких-либо параметров с помощью высоты выреза является «односторонним» — модуль с низким вырезом нельзя установить в разъем с высоким выступом, но не наоборот. Смещение ключа вдоль модуля — метод более надежный, так как гарантирует невозможность установки неправильного модуля, но создает серьезную проблему для производителей модулей (и материнских плат), вынужденных иметь дело с множеством разных дизайнов печатных плат и разъемов.
Буферизованный модуль Как известно, в микросхемах DRAM ячейкой, в которой хранится информация, является конденсатор. Как следствие, одновременно с информационной емкостью модулей памяти растет и емкость электрическая. В результате, по мере роста емкости (уже неважно какой) модулей памяти им требуется все больше времени, чтобы воспринять сигнал от контроллера. Соответственно, если банально наращивать емкость модулей памяти при существующем контроллере, рано или поздно «запаздывание» модуля достигнет такого значения, что нормальная совместная работа двух устройств станет невозможной. Проблема была осознана примерно к моменту появления 168-контактных DIMM, и при разработке контроллеров для систем с этими модулями (первыми, кажется, были PowerMac) было предложено следующее решение — контроллер общается с DRAM не напрямую, а через микросхему, именуемую буфером, которая сама по себе имеет низкую емкость, и. соответственно, способна мгновенно принимать сигнал от контроллера, освобождая системную шину. Дальнейшая зарядка ячеек DRAM идет уже без участия контроллера. Сам по себе буфер представляет собой дополнительную микросхему, размеры которой, в принципе, могут быть разными, но обычно меньше, чем чипы собственно памяти. В зависимости от количества банков буферов может быть больше одного, Однако прежде, чем 168-контактные DIMM прочно вошли в обиход, произошло еще одно событие — появились и стали легкодоступны микросхемы с рабочим напряжением 3.3 В. Все та же теория гласит, что время зарядки конденсатора про-
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора пориионально также и напряжению, таким образом, снижение напряжения несколько сняло остроту проблемы. К моменту массовой разработки контроллеров памяти для DIMM-ориентированных систем индустрия оказалась полностью дезориентированной, и результате, в компьютерах разных производителей могут применяться DIMM практически любой комбинации буферизованность/напряжение. Насколько можно судить, небуферизованные модули не работоспособны в системах, предназначенных для модулей буферизованных, и наоборот (в действительности установить DIMM с «невернойбуферизацией» не позволяет наличие ключа). SDRAM DIMM в буферизованном исполнении не встречаются, однако уже разработана аналогичная буферу конструкция и для них. Она носит название register, а соответстнуюшие модули — registered.
Композитный модуль По существу, единственной мало-мальски распространенной разновидностью композитных модулей были ранние реализации SIMM типа 4ч32. Тем не менее, кое-какое обобщение возможно. Для начала обратим внимание, что у однобанкового 72-контактного S I M M (например, 1x32 и 4x32) глубина адресного пространства совпадает с глубиной адресного пространства чипов (1x4 или 1x16 и 4x4 соответственно), из которых он состоит. Это естественно — адрес, запрашиваемый у модуля, просто запрашивается у каждого из его чипов. По поводу диухбанковых упомянем только, что фактически они имеют ту же глубину адрес! ого пространства, что и соответствующие однобанковые модули — удвоение идет за счет использования лишних RAS). Таким образом, каждому учеткерению емкости модулей памяти должно предшествовать, вообще говоря, появление нового поколения чипов. Однако в тот момент, когда компьютерной индустрии потребовались 16-мегабайтные SIMM, ч и п ы 4x4 были в большом дефиците (или дороги, что одно и то же). В качестве временной меры модули 4x32 (все излагаемое относится также и к SIMM с четностью, но для простоты не будем на этом останавливаться) начали изготавливать из имевшихся в наличии чипов 1x4. Сразу же возникла очевидная проблема — эти чипы имеют только 10 адресных л и н и й , но модуль-то должен иметь 11. Требовался способ сымитировать четырьмя чипами с адресуемым мегабитом один чип с четырьмя мегабитами (учитывая, что адресное пространство представляет собой квадратную матрицу, сделать это не так уж и просто), Выход был найден в том, что лишняя адресная линия была «подсоединена» к RAS, то есть, иными словами, происходило следующее — некая логическая микросхема перехватывала поступающие от контроллера состояния RAS и 11-го адреса (2 бита) и преобразовывала их в сигнал на одну из 4-х л и н и й RAS, на каждой из которых сидело по одному «малому» чипу. Получившиеся таким способом 32чиповые (плюс логический чип) SIMM 4x32 и применялись в качестве первых 16мегабайтных SIMM. Они то и получили название композитных, Естественно, наряду с достоинствами (дешевое и легкодоступное решение) метод имел и ряд недостатков. Два наиболее существенных — наличие логики {которое, как известно, не способствует совместимости с контроллерами, о логике не осведомленными) и повышенное по сравнению с нормой количество чипов, Насколько можно судить, далеко не все «ранние» контроллеры поддерживали композитные модули. Естественно, как только ч и п ы 4x4 стали более доступны, 39
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора разработчики систем перестали закладывать в них возможность работать с композитной памятью. Первое время в руководствах по компьютерному железу еще указывалось. что системе требуются 16-мегабайтные «non-composite» SIMM, потом и это стало опускаться. Забавно, что наиболее ранние из систем, поддерживающих 16-мегабайтные модули, кажется, в свою очередь работают только с композитными SIMM (впрочем, такие компьютеры — большая редкость). В принципе, следующими кандидатами на « ком позитность» должны были стать SIMM калибра 16x32, тем не менее этого произошло — «ранние» реализации этих модулей появились уже к эпоху хорошо развитой 16-мегабитной технологии и собирались из чипов 16x1. Чипов по-прежнему требовалось 32, но с адресным пространством все было в порядке. D I M M же 16x64 великодушно дождались появления 64-мегабитных чипов (при этом ранние реализации таких DIMM стоили веете же безумные деньги). Кое-какие проблемы имелись с SO DIMM, на которых физически невозможно разместить даже 16 чипов, но и здесь 32-мегабайтные модули появились только вслед за 64-мегабиткыми чипами. Похоже, ряд производителей ноутбуков использовал-таки композитные решения в своих модулях памяти, однако, поскольку речь идет о модулях специфических, это не предмет для обсуждения, хозяин — барин. Таким образом, реально вам может встретиться только композитный SIMM 72-пин 16MB, имеющий 32 {или 36) чипов DRAM и логический чип. Скорее всего, он произведен много (более 5) лет назад и все это время стоял в некоем компьютере. Использование его на прежнем месте ничем особым не грозит, раз уж он проработал так долго. Но устанавливать такие модули в современные системы без особой нужды не стоит. Аргументы — скорее всего, слишком большое время доступа; наличие логики еше более ухудшает время доступа или вообще делает модуль несовместимым; слишком много чипов — также потенциальная угроза. Покупать такие модули без серьезных тестов на совместимость, как следствие, не рекомендуется.
Как отличить модули памяти с одинаковым числом чипов Вообще-то отличить друг от друга модули памяти с одинаковым (а хоть бы и с разным) числом чипов можно, попросту определив, что каждый из них собой представляет (например, по маркировке чипов или их размеру). Кстати, именно частный случай SIMM 4 и 16 мегабайт (или, аналогично, 8 и 32) наиболее интересен, поскольку при беглом осмотре такие модули (в предположении, что первые собраны из чипов 1x4) выглядят абсолютно одинаково, Чтение маркировки ч и п о в — один из методов определить, кто есть кто, но намного более изящный метод основан на том факте, что 300-mil SOJ 1x4 имеет 20 контактов (2 раза по 5 е каждой стороны, зазор между каждой группой контактов относительно велик), а 4x4 — 24 контакта (по 6, зазор заметно меньше).
Как управлять внешним кэшем и системной памятью Это можно сделать через параметры RAS to MA Delay в BIOS. Это параметры управления внешним кэшем и системной памятью, описывающие временные диаграммы циклов чтения/за!шеи. Все значения задаются в тактах — периодах систем но и тактовой частоты (частоты платы, а не внутренней частоты процессора).
!
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора Простой цикл обращения к памяти выполняется за два такта. В пакетном цикле (burse) первый обмен занимает два такта, остальные — по одному такту. Например, диаграмма 2-1-1-1 обозначает четырехсловный пакетный цикл без дополнительных задержек, 3-1-1-1 — с одной задержкой после первого обращения, 32-2-2 — с задержками после каждого обращения. Поскольку задержки задаются дискретно, при увеличении системной тактовой частоты общая производительность иногда может упасть. Например, при частоте 40 МГц длительность такта — 25 не, что позволяет обмениваться с внешним кэшем 20 не без задержек, а при 50 МГц такт занимает 20 не. и такой кэш может перестает успевать. Добавление же одного такта задержки резко снижает пиковую производительность системы, хотя средняя производительность за счет достаточно медленной памяти изменяется незначительно. Полный перечень всех возможных пунктов настройки слишком велик, к тому же он постоянно меняется. Кроме этого, для сознательного управления этими параметрами нужно хорошо представлять себе механизмы работы статических и динамических микросхем памяти, организации страничного обмена, конвейеризации.
Глава 5: Теория разгона Рассмотрим некоторые теоретические предпосылки, которые подвигают обычного пользователя ни с того, ни с сего добавить несколько мегагерц своему вновь приобретенному другу — компьютеру. Предпосылка первая. Она касается оптимистов Потратив N-ную сумму денег в компьютерной фирме и. проходя по дороге домой мимо рекламы на огромном big board, где четко и ясно написано, что ты круглый идиот и запросто мог бы заплатить и полтора раза меньше, а то и просто получить все в кредит, приходишь к этому трудному решению. Разгон, разгон и только разгон. Это сразу поднимет тебя в своих же глазах, и ты. о к р ы л е н н ы й этой идеей, стремишься быстрее приступить к ее реализации. Предпосылка вторая. Касается пессимистов На дворе XXI век, компьютеры настолько сложны и имеют столь непонятную архитектуру, что любое вмешательство в хорошо отлаженную и настроенную систему стремит вероятность появления сбоя к единице, то есть к полной или частичной потери информации, времени на ее восстановление, а в худшем случае и на ремонт компьютера. Но ведь все компьютерные издания, именитые сайты в Интернет только о том и трубят, что разгон это правильно, что в этом нет ничего страшного, что это увеличивает производительность, что разогнанная однопроцессорная система лучше, чем двухпроцессорная. Может быть, производитель действительно заложил такие возможности в компьютер. Например, с рекламной целью. От чего же я должен себя обделять? Добавлю пару мегагерц, протестирую, а там посмотрим. На фоне таких убедительных доводов тихий стон о том, что есть спецификация, которая придумана не для того, чтобы ее нарушать, что тепловые режимы будут нарушены, что компьютер сгорит, и вы потом все равно ко мне придете, звучит очень и очень неубедительно. Тем не менее, давайте рассмотрим разгон компьютера как некий уже свершившийся факт, как стиль жизни, как модное направ-
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора ленис в музыке. Давайте рассмотрим, что происходит при разгоне компьютера, что на что влияет, какого рода неприятности возможно ожидать и почему и, самое главное, как сделать этот процесс предсказуемым. Введем некоторые базовые понятия и постулаты. Постулат Первый. Компьютер должен быть на гарантии, но не опломбирован. В противном случае каждый раз в случае неудачного разгона вам предстоит путешествие в фирму, продавшую компьютер, где вы со всем присущим вам акгерским мастерством будете доказывать, что компьютер вечером работал, а утром не включился. Постулат Второй. Имеет смысл предать разгону только самое современное и дорогостоящее решение. Идея разогнать Pentium75 до состояния Pentium90 не актуальна! Постулат Третий. Не все компоненты компьютера подвержены гонению. Обычно поддаются разгону: •
Центральный процессор
•
Память
•
Видео карта
•
Модем
То, что не поддастся разгону и часто от него страдает: •
Клавиатура
•
Манипулятор «Мышь*
• FDD
•
Sound Blaster
•
Сетевая карта
•
Жесткий диск
Разгон возможен за счет следующих факторов: увеличения частоты, увеличения коэффициента у м н о ж е н и я .
Инструментарий Почему-то никто никогда не задумывается, что нужно для того, чтобы заняться разгоном. Ну, понятно что, компьютер конечно, а что же еще скажет подавляющее большинство. И оно, конечно, будет право. Без компьютера к разгону приступать бессмысленно. Но. тем не менее, могу сказать точно, что кое-что вам таки может пригодиться. Первое, нужно точно знать, где на материнской плате находится переключатель Clear CMOS. Он нужен практически всегда, когда вы, пытаясь оптимизировать работу компьютера, установили значение параметров в CMOS Setup слишком уж неудачно. Его место расположение всегда возможно посмотреть в документации на плату или на WEB сайте производителя в Интернет. Постарайтесь, чтобы доступ к этому переключатель был свободен от кабельного хозяйства, и чтобы выполняя очистку CMOS вы случайно не сковырнули чего-нибудь полезного
1
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора на плате. Обычно он расположен недалеко от места установки батарейки, так как именно она и питает CMOS память, в которой хранится большинство настроек компьютера. Может, конечно, оказаться, что на вашей плате такого переключателя не оказалось. Что же вам не повезло, производитель платы сэкономил н на этом. Не беда: посмотрите, как снимается батарейка. В случае ошибочной установки параметров снимите ее и закоротите на несколько секунд контакты +- и -. Операцию Clear CMOS обязательно нужно делать при полностью обесточенном компьютере, так как в АТХ блоке питания всегда формируется, так называемое StandBy напряжение и если вы не выключите компьютер из розетки и не подождете секунд 10, то вес ваши манипуляции в области батарейки или переключателя будут безрезультатны. Второе, что нужно иметь для разгона — это мощный блок питания от хорошего производителя и хорошая система охлаждения. Объясняется это просто, хотя для многих и не всегда очевидно. Все компоненты компьютера рассчитываются на определенную потребляемую мощность и на определенное выделяемое тепло. Когда мы прибавляем в скорости за счет повьппения частоты, то мы увеличиваем и потребляемую мощность и соответственно больше греемся. Тут как бы все понятно — ставим хороший мощный вентилятор — нагрев прекращается. Но вот в чем беда. Когда разгон происходит на 5-10 процентов, то в общем дальше и говорить не о чем. Частота повысилась, компьютер немного нагрелся, частота кращения вентилятора немного повысилась и компенсировала этот нагрев. Конечно, потребляемая мощность линейно выросла. Но вот в чем беда. Начиная с какого-то момента, потребляемая мощность разгоняемой системы начнет расти не линейно, а по экспоненте. V R M на материнской плате, а следом за ним и маломощный блок питания компьютера тоже не готовы выдавать стабилизированное напряжение и в результате этого появляется большая вероятность сбоя в работе таких элементов компьютера, как память, дисковая система. Кроме того, вентилятор не сможет бесконечно наращивать обороты, а, следовательно, не сможет полностью отбирать выделяемое тепло. Не говоря о том, что практически не существует компьютеров, где бы кроме охлаждения центрального процессора и редко видео карты принудительно охлаждали бы еще и те несколько микросхем и транзисторов, которые формируют различные питающие напряжения на материнской плате. Считается, что разработчик сам позаботился об охлаждении всех узлов платы. Здесь возможно было бы закончить. И действительно, если в вас не к и п и т азарт, и вы просто немного подняли производительность компьютера, то указанных предосторожностей вполне достаточно. Но если у вас достаточно времени на эксперименты или вы пишете статью про разгон процессоров, — этого не достаточно. Человек пытливый всегда хочет докопаться, что же на самом деле мешает его компьютеру работать чуточку быстрее, чем у всех остальных. Может быть память или видео карта или IDE. а может быть дело в питании или охлаждении? Компьютер для начинающего гонщика, это фактически черный ящике переключателем Clear CMOS на материнской плате. Современные BIOS даже не пикают в отсутствии памяти или видео карты. Что ж, не нужно отчаиваться. На по-
1
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора мошь пришли те же разработчики железа. Причем пришли уже давно, а именно так давно, как существуют IBM совместимые компьютеры. Именно тогда на материнских платах был выделен 1О порт для вывода диагностических кодов, сигнализирующих о процессе прохождения процедур POST системного BIOS. Получить эту информацию позволяет, так называемая POST карта — несложное и зачастую недорогое устройство, устанавливаемое в один из свободных ISA, а на современных платах PCI слот и имеющее как минимум семи сегментный индикатор, посредством которого возможно достаточно точно определить какой из компонентов компьютера не выдержал испытание скоростью. Список POST кодов постоянно обновляется с появлением новых версий BIOS и его последние реализации и описания обычно возможно посмотреть только на специализированных сайтах в Интернет.
Разгон процессора Сердцем компьютера, как известно, является процессор. Как бы он ни назывался Intel, AMD, Cyrix или еще как-нибудь, это правнук дедушки Интел 8086. Сразу после включения питания он настраивает свои регистры и начинает выполнять стартовую микропрограмму, которая носит всем известную аббревиатуру BIOS. Настраивая свои регистры, процессор устанавливает наиболее мягкие режимы работы, к примеру, устанавливается режим RealMode, запрещается работа с кэш второго уровня L2. Это позволяет процессору стартовать в большом диапазоне рабочих частот, значительно отличающемуся от стандартной частоты, которая обычно заранее известна при покупке. Естественно, что эксплуатировать процессор в минимальном, режиме никто и никогда не собирается, поэтому, начиная с первых команд, в BIOS идет тонкая настройка кэш, сегментных регистров процессора, что уже несколько снижает его скоростные качества. Зачастую тонкая настройка процессора происходит еще до вывода первого POST кода. В случае, если вы наблюдаете такую ситуацию, знайте, вы хотите выжать из процессора все соки, даже те которые он дать не в состоянии. Умерьте свое рвение, и мы сможем пойти дальше в процессе изучения основ разгона. Рассмотрим вкратце, что представляет из себя процессор и почему до настройки его скоростные качества выше. Минуя длительные объяснения прослои проводников, полупроводников и диэлектриков, про микроны и тип материала подложки возможно сказать, что фактически процессор представляет собой ASIC (Application Specified Integrated Circuit), — матрицу, наполненную логическими элементами, связанными определенными зависимостями. В идеале вся эта конструкция должна работать синхронно с чип сетом, тогда все переданные команды и данные будут адекватно обработаны, и в определенное время произойдет заранее известное событие. Практически так и было до тех пор, пока производители процессоров с целью ускорить этот предсказуемый поток команд и данных не стали добавлять в процессор такие функции как кэш, много потоковую конвейерную обработку и прочие вкусности. Безусловно, с точки зрения программиста, сидящего за клавиатурой практически ничего не изменилось. Только привычный Windows 3.11 вдруг сменился современным Windows 2000. Но с точки зрения разгона произошло следующее. Часть процессора, которая имеет достаточно синхронную структуру, с повышением частоты работает весьма устойчиво, что и возможно наблюдать по POST карте в момент начально-
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора го старта до инициализации расширенных ресурсов процессора- В момент же инициализации или спустя несколько тактов после нее, когда к работе подключаются дополнительные блоки процессора, процесс выполнения команд останавливается, о чем тоже свидетельствуют данные на POST карте. И действительно, после инициализации кэш и подсистемы расширенной адресации синхронность работы процессора уменьшается и с повышением частоты всегда возможен случай, когда данные или команды поступят либо не вовремя, либо не по назначению. В результате происходит сбой и остановка выполнения команд из BIOS. Естественно, дальнейшее повышение частоты приведет к полному нестарту процессора. Таким образом, возможно определить физическую граничную частоту работы процессора, ну и естественно компьютера в целом. Известен также способ разгона процессора за счет принудительного изменения коэффициента умножения внутренней частоты процессора. Но обычно этот способ всегда связан с модернизацией либо процессора, либо материнской платы и в случае успеха сильно влияет на гарантийные обязательства, предоставляемые фирмой-продавцом компьютера, а в случае поражения влияет только на запас денег в вашем кошельке. Кроме того, зачастую фиксированный коэффициент умножения обусловлен не недоверием производителя процессора к вам как к специалисту, а невозможностью разместить дополнительную логику внутри FPGA матрицы из соображений свободного места и цены. Соответственно к таким процессорам подобный подход не применим. Осталось только точно узнать, к каким именно процессорам он применим.
45
Часть вторая. Модернизация видеосистемы
Часть вторая. Модернизация видеосистемы Глава 1: Устройство и принцип работы видеоадаптера Видеоадаптер, как чисть компьютера, появился относительно недавно — практически одновременно с появлением персонального компьютера. На заре компьютерной эры, когда самого термина «персональный компьютер» просто не существовало, вся необходимая информация отображалась с помощью индикаторов и обычного печатающего устройства, которое и принтером возможно было нагнать с большой натяжкой. В IBM-совместимых компьютерах первые видеокарты появились, в том виде, в котором мы привыкли их видеть, с выходом первого IBM XT. Самый первый адаптер — это MDA. Он был разработан фирмой IBM и являлся монохромным алфавитно-цифровым адаптером. Следующим был CGA — это уже был цветной адаптер и поддерживал он 16 цветов, правда в графических режимах он мог использовать одновременно только 4 или 2 цвета. По настоящему первым графическим и цветным адаптером стал НОЛ, разработанный фирмой Hercules; он был революционным для того времени. Но довольно истории. Поговорим о том, что же такое видеоадаптер и для чего он нужен. Самое простое определение, которое возможно предложить — он нужен для вывода информации на монитор. В случае, если бы его не было, то и работать с персональным компьютером мы бы просто не смогли. Или бы до сих пор работали с индикаторами в виде лампочек. Что общего есть у всех видеокарт, независимо от фирмы производителя, года выпуска и основного предназначения? Во-первых, это наличие собственной видеопамяти. Собственная память нужна видеоадаптеру для работы с той информацией, которую ему передает компьютер и которая потом выводится на экран. Во-вторых, специальная микросхема, отвечающая непосредственно за обработку поступающей информации и вывод ее на экран. Вог эти две составляющие присутствуют у любого видеоадаптера. Теперь рассмотрим это несколько подробнее. Начнем с той самой важной микросхемы. Раньше ее называли «видеочипом», сейчас все чаше возможно услышать «видеопроцессор» или «видеоакеелератор» (среди профессионалов принят термин RAMDAC). Задача первых видеопроцессоров заключалась только л и ш ь в получении от операционной системы определенных последовательностей команд, в которых указывалось, в какое место экрана и какую букву поместить. С появлением графических адаптеров, видеоч и п уже работал не с отдельными буквами и цифрами, а с точками экрана и их цветом. С появлением ускорителей трехмерной графики, все связанные с ней расчеты изначально были возложены на центральный процессор компьютера. Однако это сильно нагружало процессор и скорость смены кадров была практически нулевой
Часть вторая. Модернизация видеосистемы (имеются ввиду не профессиональные графические станции, а обычный персональный компьютер). Поэтому на видеоадаптер также возложили обязанное ч и по обработке трехмерных сцен. Любой современный видеопроцессор работает в двух режимах — 21.) и 3D, Первый из них используется при работе с плоской графикой —двухмерной. С 213 графикой мы работаем каждый день — когда печатаем документ, работаем в Интернете, рисуем в Photoshop'e или смотрим видеодиск. Это и есть двухмерная графика. С трехмерной графикой мы сталкиваемся только в компьютерных играх, если, конечно, вы не являетесь профессиональным художников, или это не ваше хобби. Наиболее важными характеристиками, и обоих режимах является максимальная частота вертикальной развертки — скорости перерисовки экрана. Чем она выше — тем меньше у вас будут уставать глаза при долгой работе за компьютером. Сейчас стандартом считается частота не ниже 85Гц. Проведите один маленький эксперимент — установите частоту вашего адаптера в 56 или 6()Га и посмотрите на качество изображения. В большинстве случаев, особенно в комнатах где находится много электроники и различных проводов, вы можете заметить, что изображение начнет слегка подергиваться. Казалось бы это не так уж и неприятно, но попробуйте просидеть за таким монитором несколько часов — вы сами почувствуете, как у вас начнут болеть глаза. Конечно, кроме адаптера такую же частоту должен поддерживать и ваш монитор. Л вообше старайтесь всегда ставит -, ту максимальную частоту, которую поддерживает ваш монитор на данном разрешении. Кроме максимальной частоты очень важное значение имеет четкость картинки. Автору попадались видеоадаптеры азиатского производства, сделанные на последних моделях видеочипов, но с совершенно ужасной четкостью. Хотелось все время протереть глаза. Когда вы запускаете современную игру, сделанную по последнему слову технологии, в дело вступает 3D часть видеопроцессора. Для лучшего понимания вопроса, мне хотелось бы сказать несколько слов о том что такое вообще трехмерная графика. Первое отличие 3D от 2D графики заключается, что логично, в количестве координат. В случае, если для отображения курсора в текстовом редакторе достаточно 2 координат — х и у, то для того чтобы правильно нарисовать, к примеру, монстра в игре Quake необходимо уже знать 3 координаты — х, у и т.. Как это происходит на деле? Сначала компьютер просчитывает координаты объекта в пространстве (объектом может быть что угодно, начиная от цветка в поле и заканчивая планетой в космосе) и передает их видеопроцессору. Последний по полученным координатам строит каркас, на который накладывает необходимые текстуры (текстура — это специальный рисунок, создающий эффект реалистичности поверхности) и транслирует трехмерную систему координат в двух\ерпую. Почему так? Дело втом, что отобразить на плоской поверхности трехмерную сцену без специального преобразования невозможно без искажений. По-настоящему трехмерный мир возможно показать только в виртуальной реальности или создать его эффект с помощью стереоэффекта. Теперь вы имеете представление о том. какие огромные вычисления производятся при обработке трехмерной графики. И это при расчете одной сцены. А в тех же играх сцены меняются постоянно. Вот здесь и проявляются возможности видеопроцессора. Кроме частоты вертикальной развертки, основными характеристиками 3D части видеочипа являются — частота работы, скорость «заливки» текстур и объем поддерживаемой видеопамяти. Частота работы, как и пентраль-
Часть вторая. Модернизация видеосистемы ного процессора компьютера, измеряется в Мгц. На сегодня, средняя скорость последних моделей видеопроцессоров уже перешагнула 200МГц. Скорость «заливки» — это скорость, с какой видеочип накладывает текстуры на каркас. Измеряется она в млн. текселей (тексель (texel) — это определенная точка текстуры). Память. В случае, если на первых моделях видеокарт объем памяти был равен 512Кб, то сегодня ее объемы сравнялись уже с объемами оперативной памяти компьютера — 32 и 64Мб. Основное назначение локальной памяти видеокарты — хранение текстур. Кроме этого там производится работа по обсчету трехмерных сцен. Для современного видеоадаптера имеет значение не только объем установленной памяти^ но также ее скорость работы и тип. Сегодня в видеоадаптерах применяют три типа памяти — SDRAM. SGRAM и DDR RAM. Отличаются они в первую очередь скоростью передачи данных. Наиболее распространена, особенно на более дешевых видеокартах SDRAM память. Этот же тип памяти используют при изготовлении модулей DIMM — память применяемая в компьютере в качестве оперативной, SGRAM более быстрая, но она же и несколько дороже. А наиболее дорогой и наиболее быстрой является DDR RAM память. Используется она только в видеокартах построенных на самых последних моделях видеопроцессоров и чаше всего влкжс комплектации. Ну и, конечно же, чем больше локальной памяти установлено на видеокарте, тем больше там может храниться текстур и тем быстрее будет производится прорисовка сцен и выводе на экран. В последнее время стало чуть ли не «модным» разгонять собственную видеокарту, благо утилит для этого достаточно. «Разгон» заключается в повышении тактовых частот видеопроцессора и локальной памяти видеокарты. Только вот, в отличие от общего разгона компьютера, вывести карту из строя шансов гораздо больше. К сожалению, определить какой режим окажется для видеопроцессора смертельным гораздо сложнее. В случае, если вы выставите нестандартную частоту работы компьютера он может просто отказаться работать. Видеокарта же работать будет, вот только — сколько? А потом, она может просто сгореть. Так что если вы все-таки решитесь на этот шаг, проконсультируйтесь сначала со знакомым специалистом или почитайте материалы по этому вопросу.
Глава 2: Upgrade частоты обновления Что такое кадровая развертка, она же вертикальная, она же Refresh Rate? Это частота смены кадров на экране монитора. Многие знают, что для комфортной работы и исключения заметного глазу мерцания нужно устанавливать ее в максимально возможное значение, никак не меньше 85 Герц. Но Windows по не совсем понятной причине задавать нужную частоту вертикальной развертки самостоятельно не может (или не хочет). После инсталляции новой видеокарты, монитора или всей операционной системы нужно обязательно выставить правильные значения — «виндошные» 60 Герц никак не являются оптимальными. Давайте разберемся, как и где эту частоту нужно устанавливать. Прежде всего, стоит предупредить, что для появления возможности настройки частоты развертки нужно обязательно сообщить Windows модель вашего монитора. Точнее, его характеристики — разрешения, частоты. Драйвер монитора (inf-файл с его параметрами) должен прилагаться на дискете или компакт-диске. В случае, если у вас его нет, возможно поискать в Internet или поставить заве-
48
Часть вторая. Модернизация видеосистемы домо лучший тип монитора. Процедура предельно проста — Свойства дисплея закладка Установки, кнопка Дополнительно, Монитор. Максимальная частота развертки означает максимальную нагрузку па электронику монитора. А если монитор работает на пределе, он не даст качественной картинки на экране, да и срок его службы существенно уменьшится. Видеокарта, особенно не очень современная и дорогая, на большой частоте развертки дает заметно худшее качество изображения, так как уже не справляется со своей задачей RAMDAC — преобразователь цифровых сигналов в аналоговые, понятные монитору. Как правило, вы должны выбрать две пары «разрешение/частота вертикальной развертки» — первую для постоянной работы с текстом, графикой, когда нужно сосредоточенно присматриваться к мелким деталям, вторую — для полноэкранных игр (2D и 3D). Для игр, особенно трехмерных, устанавливать слишком большую частоту не имеет смысла. Даже 60 Гц выглядит приемлемо, так как в играх всматриваться в экран не нужно, но лучше поставить 70-75 Гц для недорогого монитора и Ь5 — для качественного 17 и выше. При этом нужно обязательно отключить синхронизацию ЗО-ускорителя с сигналом вертикальной развертки (в настройках драйвера называется V-sync}. иначе в работе ускорителя появятся ненужные задержки, связанные с ожиданием вышеупомянутого сигнала перед выдачей каждого нового кадра. Итак, максимальному разрешению, поддерживаемому вашим монитором, назначайте 60 Гц, рабочему — 100, 85 или 75 Гц, всем более низким разрешениям нужно поставить 85 Гц.
Часть вторая. Модернизация видеосистемы
Развертка в обычных Windows-режимах Установить развертку в рабочем режиме несложно. Свойства дисплея», закладка Установки, кнопка Дополнительно, Адаптер. Значение «оптимальная» меняем на рассчитанное, по-настоящему оптимальное. После нажатия Применить отрегулируйте размер и центровку изображения с помощью кнопок управления монитором. В случае, если качество изображения слишком сильно ухудшилось — потерялась фокусировка, к примеру — значит, выставленная частота близка к физическому пределу л ибо видеокарты, либо монитора, и ее придется понизить (ил и понизить разрешение).
Часть вторзя. Модернизация видеосистемы
i"bv86'l, True Color № bit), 85 Hertz llSibv 86-t. True Color (32 bit), JOOHeitz И S2 by 864, T-ue Color (32 tot), 120 Herb 1280 by 960, True Color (32 bit), 60 Here; l^SObygeOj True Color 02 bit), 754ert; 12ЭО by 96D, True Color (32 bit), E5 Hert! 1280 by IQ?4, True Color (32 bit), 60 Hertz IZSO by 1024, True ' 32 Ы4_?.5 Hertz.
Cancel
Остальные режимы, используемые, к примеру, в играх, с помощью настроек апплета Свойства дисплея — не установишь. Нужно или «лезть* в реестр, или скачивать PowerStrip или другую утилиту настройки. В первом случае нужен раздел: HKEY_LOCAL_MACHINE\System\CurrentControlSet\Services\Class\Display В этом разделе содержится информация обо всех типах видеокарт, которые стояли на компьютере (точнее, о которых знает текущая копия Windows). Найдя нужную (обычно последняя в списке 0000. 0001, 0002...), заходим в раздел Modes. выбираем глубину цвета (4,8,16 или 32) и разрешение («640,4X0», «800,600»...) и добавляем строковой параметр с именем RefreshRate, Его значение и будет частотой вертикальной развертки для выбранного видеорежима. При использовании программы PowerStrip (Internet: http://www.ente с htaiwan.com) достаточно нажать кнопку Конфигурация монитора на се инструментальной панели и выбрать нужные частоты. Но в этом случае для работы на выбранной частоте PowerStrip должна быть запушена. Что не есть хорошо, как вы понимаете.
Развертка в играх Игры, использующие интерфейс DirectX (а таких подавляющее большинство), на общие настройки Windows в н и м а н и е обращать не будут. Для них нужно произвести дополнительные действия, к счастью, совсем несложные. Запускаем ярлык C:\Program Files\DirectX\Setup\DxDiag, выбираем последнюю закладку, там выбираем кнопку Перекрыть {«Override») и ставим значение 75, 85 или 100. Игры, использующие интерфейс OpenGL, обычно не требуют отдельной установки частоты развертки, так как используют сведения, предоставляемые Windows. Впрочем, бывают и исключения. Некоторые драйвера ставят максимально допустимую частоту для монитора, некоторые и в DirectX используют частоты, заданные дли Windows-режимов. Выбор частоты вертиканьной развертки — поиск компромисса. Слишком низкая частота вызывает повышенную усталость и резь в глазах, слишком высокая — тоже, так как качество изображения ухудшается, и, кроме того, сокращается срок службы монитора. Отнеситесь серьезно к этому вопросу,
5
Часть вторая. Модернизация видеосистемы
Глава 3: AGP Пожачуй, большинство проблем, возникающих при сборке нового компьютера или модернизации старого, связано с видеокартой. При этом решаются эти проблемы чаще всего методом перебора драйверов или простой заменой одной видеокарты на другую. А может нужно просто получше разобраться в принципах работы графической подсистемы современного компьютера и применить, так сказать, научный подход? Accelerated Graphics Poit (AGP) — особая высокоскоростная шина, предназначенная специально для видеокарты, и отличие от универсальных PC! и ISA. Она появилась одновременно с чипсетами для процессоров семейства Intel Pentium-И и теперь используется повсеместно. Для чего же потребовалось создавать эту шину, ведь до нее видеокарты нормально работали и на шине PCI? Что такое ЗО-ускоритель? Это, фактически, процессор, рассчитывающий в реальном масштабе времени трехмерную сцену (рендеринг). Сейчас общепринята полигональная модель этой самой сцены, то есть объекты состоят из полигонов (треугольников), покрытых текстурами. Задача видеокарты, в составе которой «трудится» ЗО-ускоритель — принимать координаты треугольников, заполнять их одной или несколькими текстурами (текстурирование), рассчитывать освещенность, прозрачность, рельефность, проецировать на двумерную плоскость экрана, рассчитывая перекрытие одних объектов другими (используется Z-буфер). Так как работа должна выполняться максимально быстро (вам ведь нужно хотя бы 30 кадров в том же «кваке»), все операции над каждым пикселем производятся конвейерно — каждый пиксель проходит несколько отдельных независимых стадий, одновременно в обработке находятся несколько пикселей — на разных стадиях. Понятно, что данные (а в первую очередь текстуры, накладываемые попиксельно на каждый треугольник) должны подаваться тоже непрерывно, чтобы конвейер не останавливался. Сначала видеокарты с ЗО-уекорителями работали с памятью по шине PCI, закачивая текстуры в свою набортную (локальную) память, к которой и обращался конвейер рендеринга в ходе работы. С ростом сложности трехмерных сцен и повышением качества и размера текстур возникли две проблемы — 1) нужна обширная локальная видеопамять и 2) нужно обеспечить максимальную скорость подачи данных на конвейер. Шина PCI с задачей скорости не справлялась, так как на ней работают много других устройств. Видеопамять дорога, возможности ее расширения в общем случае отсутствуют. В итоге фирма Intel разрабатывает новую локальную шину на основе все той же PCI, но с учетом специфических требований видеокарт с ЗО-ускорителем. Шина AGP соединяет всего одно устройство (AGP-мастер) с AGP-контроллером в составе системного чипа — «северного моста», а тот, в свою очередь, связан с контроллером памяти. Таким образом, пересылка данных между видеочипом и памятью производится по выделенному каналу — шине AGP. Для оптимальной загрузки этого канала все запросы на чтение и запись имеют приоритеты и выстраиваются в очереди, причем сам запрос и транзакция (акт передачи блока данных) не обязательно следуют друг за другом. Транзакции могут выполняться как в стиле РС1, так и AGP, когда данные передаются только в направлении «память-мастер». То есть смысл новой шины в том, чтобы предоставить
52
Часть вторая. Модернизация видеосистемы видеочипу возможность обращаться заданными к основную намят ь по своему, отдельному каналу.
DMA и ОМЕ Существуют две причины, по которым видеочип обращается к основной (системной, оперативной) памяти. Первое — загрузить оттуда в свою видеопамять необходимые для работы данные (к примеру, текстуры для очередной трехмерной сцены). Это — обычный режим DMA (Direct Memory Access), который используют, к примеру, контроллеры жестких дисков. Не ради этого была задумана новая шина. Режим DME (Direct in Memory 1 Execution) позволяет видеочипу использовать основную память как источник данных для конвейера, добавляя (подключая) основную память к своей локальной видеопамяти при необходимости. Так как основная память выделяется под нужды прикладных программ страницами по 4 Кб. нужно обеспечить имитацию непрерывного блока памяти. Был выбран метод трансляции адресов по таблице, причем то, как строится эта таблица и как обеспечивается переадресация, остается на совести разработчика чипсета и драйвера GART (Graphic Aperture Remapping Table). Апертура — это тот диапазон адресов, при обращении к которому включается механизм переадресации на реальные страницы памяти. Таким образом, конвейер рендеринга может обращаться заданными прямо к основной памяти, а не к своей локальной — это часто называют AGP-текстурированием.
SBA Перед тем, как начать перекачку данных (транзакцию), нужно подать запрос и указать адрес блока основной памяти. Ш и н а AGP предусматривает два механизма передачи адреса контроллеру AGP. Первый — передача по тем же каналам, по которым передаются данные. Адрес — 64-битный, передается за два приема (шина AGP — 32-битная, как и РС1). Второй способ — передача по отдельной боковой шине, адрес — 48-битный, боковая шина — 8-битная. Этот режим называется Sideband Addressing, SBA. Основной канал полностью отдается лод данные, адреса по нему не передаются, в итоге загрузка ш и н ы более полная.
Четыре скорости передачи Тактовая частота шины AGP в два раза выше частоты PCI и составляет 66 МГц. Таким образом, мы получаем 66x4=264 Мб/с. Этого было маю уже при проектировании шины AGP, поэтому была добавлена возможность передавать по два 4-байтных блока за один такт (добавлен еще один тактовый сигнал с частотой 133 МГц). Первый режим назвали 1х, второй — 2х. Однако и 528 Мб/с (133x4=z528) для работающего в режиме DME конвейера недостаточно. Режим 4х подымает вдвое частоту дополнительного тактового сигнала, таким образом уже четыре блока передается за один такт. Рост частоты потребовал снижения диапазона изменения напряжения, поэтому видеочип, работающий в режиме 4х, ориентируется на 1.5B. а не на 3.3В. Вот откуда появились перемычки на некоторых видеокартах, поддерживающих этот режим работы. Однако жизнь показала несостоятельность ключевых идей, лежащих в основе AGP. Конечно, было бы хорошо вообще выкинуть большую часть памяти из состава видеокарты, оставив только буфер кадра (в котором каждому пикселю на экране соответствует 16 или 32 бита) и Z-буфер, а все текстуры поставлять прямо 53
Часть вторая. Модернизация видеосистемы из основной памяти. Но режим ОМЕ современными видеочипами практически не используется! Причина — пропускная способность системной памяти. Например, память PC 100 позволяет получать данные со скоростью 8x100=800 Мб/с (шина памяти — 64-битная), половину этой пропускной способности займет процессор (хорошо еще, что у него есть кэш, который позволяет обращаться к памяти только в 5% случаев) и контроллеры, работающие в режиме DMA. В итоге имеем всего 400 Мб/с. Сравните — локальная видеопамять, которая работает на частоте около 200 МГц, имеет шину шириной (на современных видеокартах) 256 бит 16x200-3200 Мб/с. Какой тогда смысл использовать канал AGP? Лучше нарастить память на борту видеокарты. Выход есть, конечно. Первое — сжимать текстуры. Этот способ одинаково подходит и для основной, и для локальной памяти. Первой до этого додумалась S3 — для ее чипов это было наиболее актуально, потому что «Саваджи» имели узкую шину локальной памяти — 64 бита. Теперь сжатие текстур используют все современные ускорители. Второй трюк -•- тайловая архитектура (чипы серии PowerVR), текстурирование только тех треугольников, которые не будут закрыты другими на экране. Третий способ — передача данных на удвоенной скорости. Это — память DDR, скоро она будет использоваться в качестве не только локальной видеопамяти, но и обычной системной. Но к тому времени требования к скорости обмена данными между чипом и памятью поднимутся еще выше, так что постоянный рост объемов памяти на борту видеокарт будет продолжаться. Надеюсь, вы уже поняли, что наращивание скорости самой шины AGP не дает ничего при отсутствии роста скорости шины основной памяти. Зачем эти 1.6 Гбайт/с при режиме 4х, если память PC 100 лаже теоретически не может выдать больше 800 Мбайт/с?
Решаем проблемы Итак, вместо облегчения жизни новая шина приносит новые проблемы. Заставить работать AGP-видеокарту удается далеко не каждому. Особенно если используется материнская плата на чипсете не от «автора» самой шины (имеется в виду Intel, конечно), что усугубляется «умелым» производителем вроде Асогр или Zida. Особенно если производитель видеокарты настолько скромен, что не решается обозначить себя. Проблемы именно с AGP диагностируются просто. Видеокарта нормально работает в обычном режиме Windows (GUI), а при попытке запустить любую 3Dигру намертво зависает либо сра.иу же, либо через весьма непродолжительный промежуток времени. Первое, что нужно сделать — зайти в BIOS Setup и проверить, следующие вещи: Assign IRQ to VGA = Enabled, PCI/VGA Palette Snoop = Disabled AGP Aperture Size = 64M Можно также: Shadow Video BIOS = Disabled Video RAM Cacheable = Disabled Video ROM Cacheable = Disabled
i
Часть вторая. Модернизация видеосистемы Кроме того, Windows должна иметь новую версию, установлен свежий DirectX и последний видеодрайвер, а для не-1тс!-чипсетов — последний AGP-лрайвер. В случае, если все это соблюдается, то причину неработоспособности AGPшины нужно искать в невозможности одной из сторон — чипсета или видеочипа - правильно работать в установленном драйверами режиме. Причем в случае с чипсетами от VIA. ALi или A M D причина, скорее всего, будет в чипсете. Посмотреть текущий режим работы AGP и спланировать свои дальнейшие действия возможно с помощью большого количества утилит. Например, Sisoft Sandra показывает в модуле Motherboard Information пункт AGP Bu*. возможно использовать программу PCIList, или PowerStrip. или WCPUID. Апертура Это диапазон адресов для работы механизма DME. Размер апертуры должен соответствовать половине основной памяти, но не быть меньше 64. В случае, если ее уменьшить до м и н и м у м а , шина AGP будет работать только в режиме PCI, проблемы сразу исчезнут — вместе с изрядной долей производительности.
SBA Очень часто этот режим нормально не работает, поэтому всегда есть смысл попробовать его отключить. Как это делать — смотрите ниже. При этом вы потеряете около 10% производительности.
AGP 1х, 2х, 4х В случае, если проблема не решается, нужно понижать скорость работы шины AGP — до 1х. Особенно это помогает при разгоне процессора поднятием частоты ш и н ы процессора (FSB), так как вместе с ней поднимается частота шины AGP. Для дешевых видеокарт — особенно актуально.
Управление режимом AGP со стороны чипсета В случае, если есть возможность установить режим в BIOS Setup — хорошо, но часто такой возможности нет, поэтому придется полазить в реестре. Режимом работы чипсета с шиной AGP управляет тот же драйвер, что осуществляет табличную переадресацию. Называется он VGARTD.VXD — для чипсета Intel, VIAGART.VXD для VIA, AGARTD.VXD для ALi. ALi. Для этих чипсетов все просто — с AGP-драйвером идет утилита. VIA. Найдите в реестре раздел: HKEY_LOCAL_MACHINE\5ystem\CurrentControlSet\Services\VxD\VIAGAflT в нем будут ключи Sideband (0 — выкл.. 1 — вкл.) и Turbo {() — AGPlx, I AGP2x/4x).
Управление режимом AGP со стороны видеочипа Очень часто производители видеокарт поставляют вместе со своими драйверами утилиты (пример — Creative AGP Wizard), которые позволяют управлять режимом AGP. Фирма АОреп изготовила BIOS с возможностью установки всех 55
Часть вторая. Модернизация видеосистемы параметров с помошью вызываемого при загрузке Setup. ASUS предоставляет возможность заменить VideoBIOS с отключенным Sideband на BIOS со включенным. Но это — только частные случаи. Утилита PowerStrip, разработка фирмы Entech (www.entechtaiwan.com) универсальное средство настройки частоты развертки монитора и режима работы видеокарты, В последних версиях появилась возможность изменять режим работы AGP «на лету». Для этого есть параметры командной строки: •
/AGP:xx — где хх может быть 1х, 2х или 4х
•
/SBA:xx — где хх принимает значения on или off.
Проблемы с питанием С современными видеокартами может случиться и такая проблема. Особенно на старых материнских платах (на чипсете LX) или питаемых от блока питания не-АТХ. Симптомы — зависание через определенный (постоянный) промежуток времени либо в играх, либо прямо в Windows (самый тяжелый случай). При наличии аппаратного мониторинга срабатывает «сирена», которая отключается через пару секунд. AGP-слот может получать напряжение либо непосредственно ст блока питания, либо через стабилизатор на материнской плате.
Проблемы с перегревом Проявляются в виде различного рода искажений и ошибок построения трехмерной сцены с последующим зависанием. Видеочип должен перед этим некоторое время интенсивно поработать. Два-три зависания — и возможно совсем потерять видеокарту. В случае, если у вас видеочип закрыт только радиатором — обязательно купите обычный кулер для Celeron. Отвинтите и смажьте вентилятор и аккуратно прикрутите его на радиатор видеокарты. В случае, если вентилятор больше радиатора по площади — закрепите его на одном краю одним шурупом, но так, чтобы поток воздуха обдувал и видеопамять. Сделать это надо обязательно, так как высокая температура видеочипа увеличивает общую температуру внутри корпуса, что не может положительно отозваться на остальных компонентах компьютера. В случае, если радиатор такой, что вентилятор не прикрутить — из двух металлических пластин возможно изготовить такую конструкцию: один конец пластины изгибается под прямым углом и заправляется под пластину, закрывающую щель для соседнего слота, а в другом конце пластины просверливается отверстие для крепления вентилятора. Таким образом вентилятор закрепляется как раз напротив радиатора, закрывающего чип.
Глава 4: Измеряем производительность видеосистемы Самым популярным способом измерения производительности видеокарты является измерение FPS (Frames Per Second, число кадров в секунду) в существующих играх или в специально разработанных тестовых программах (бенчмарках).
Часть вторая. Модернизация видеосистемы Впрочем, в бенчмарках чаще всего обращают внимание не на значение FPS. а на некоторый индекс производительности, в том время как в реальных играх измеряется именно среднее значение частоты кадров. Зачем нужно уметь правильно измерить FPS? Во-первых, нужно уметь реально оценить производительность своей видеокарты, чтобы правильно спланировать направление модернизации — «узкое место* может быть и не в ней, а в другом компоненте, к примеру, может не хватать памяти. Во-вторых, новые драйвера могут fie л у ч ш и м образом подходить вашей видеокарте (особенно это касается видеокарт с «унифицированной архитектурой*, когда один драйвер подходит целому семейству разных по возможностям видеочипов), и тогда есть смысл сравнить новый драйвер со старым. На самом деле нужно уметь не только правильно измерить, но и правил ьно интерпретировать полученные результаты. С помощью FPS возможно измерить не только производительность ЗО-ускорителя, но и процессора (точнее, подсистемы памяти и процессора). Можно также сравнить, насколько правильно настроена Windows и драйвера, сравнив полученные вами FPS с тестами на сайтах, посвященных обзорам по «железу». Измерение FPS производится запуском определенной демо-игры, записанной специально для этой цели. Игры, по которым весь мир сравнивает FPS, имеют такие демо-игры в своем составе, либо они доступны для скачивания в Internet. После прохождения демо (обычно в максимально быстром режиме) вы получаете среднее значение кадров, которое смогла сгенерировать ваша видеокарта за положенное время. Конечно, лля каждой игры или бенчмарка значения FPS будут совершен но разными. Кроме того, на FPS влияют определенные параметры (настройки) игры, такие как разрешение, глубина цвета, объем текстур. Каждый параметр оказывает определенное влияние на ход процесса построения изображения (рендеринга), поэтому нужно знать причину изменения FPS при манипуляции параметрами для правильной оценки быстродействия того или иного компонента вашей системы.
Движки Обычно «трехмерным движком» называют ту подсистему игры или бенчмарка, которая отвечает за получение именно изображения. В бенчмарках кроме трехмерного движка ничего нет (может быть еше звуковой движок), а играх есть искусственный интеллект (AI) соперников, звук, обработка клавиатуры и мыши и другие подсистемы. Так вот, в мире существует довольна много трехмерных движков, удачных и не очень, каждый из них базируется на определенном наборе команд для программирования работы ЗО-ускорителя — 3D API. Основных API дна — OpenGL и Direct3D, каждая видеокарта имеет в составе драйвер для взаимодействия с игрой по одному из этих интерфейсов. Есть еще два API — Glide (для чипов 3dfx) и MeTaL (для чипов S3}, в настоящее время они практически не используются и во внимание не принимаются. Quake 3 Компания id Software делает самые современные и прогрессивные движки, на которые равняется весь мир. Quake 3 — игра, сделанная самой id Software на базе собственного движка (после лицензирования на этом движке выйдут и другие игры). Этот движок сделан очень хорошо, так как использует возможности всех подсистем (видео, процессора, памяти) на полную катушку. Для него характерна 57
Часть вторая. Модернизация видеосистемы отличная масштабируемость, то есть свойство роста FPS при наращивании моши процессора или видеокарты. Quake 3 использует OpenGL и является общепризнанным тестом производительности видеокарты с использованием этого API. Unreal/Unreal Tournament Эти две игры используют движок производства компаний Epic и Digital Extremes. Он не считается удачным в плане масштабируемости, особенно Unreal Tournament. Движок поддерживает большое количество 3D API, лучше всего смотрится на Glide и Direct3D, поэтому иногда используется как эталон Direct3D-nrры. Half-Life Основан на движке Quake 2. плюс есть возможность использовать DirectSD (в этом случае производительность будет хуже). Max Payne Движок используется как в устаревшем и малоэффективном бенчмарке Final Reality, так и в современном 3DMark2000. Фактически это эталон для синтетического приближенного к реальным игровым условиям бенчмарка. Работает через DirectSD.
Как использовать опции Каждая игра имеет опции ЗО-движка. Манипулируя ими, возможно найти «узкое место» в системе, то есть ют компонент, который работает с полной нагрузкой и не позволяет выводить на экран большее число кадров в секунду. Разрешение Чем выше разрешение, тем больше нагрузка на конвейер рендеринга видеочипа, так как число пикселей, требующих обработки (наложения текстур, расчета освещения и прозрачности) возрастает. В низких разрешениях сдерживающий фактор — процессор и подсистема памяти, в высоких — конвейер рендеринга (характеризуется показателем fill rate — скоростью заполнения пикселями иди текстурами). Чем раньше (с ростом разрешения) начинается падение производительности (число FPS), тем больше у вас дисбаланс между хорошим процессором и слабой видеокартой. И наоборот. Глубина цвета Принимает значение 16bit и 32bit. Относится не только к изображению на экране, но и к текстурам. При переходе с 16 на 32 бита улучшается качество, но падает производительность. В первую очередь увеличивается нагрузка на шину данных локальной видеопамяти, сказывается также оптимизация конкретного чипа и драйверов. Вертикальная синхронизация В случае, если эту опцию не отключить, видеочип будет ожидать сигнала синхронизации кадра, выдаваемого на экран, чтобы вывести сгенерированную картинку в экранный буфер. Из-за этого возникают дополнительные задержки. Отключать V-sync нужно в опциях драйверов, так как не во всех играх есть такая возможность.
•
Часть вторая. Модернизация видеосистемы Уровень детализации Другими словами, сложность трехмерной сцены, выражающаяся в количестве треугольников, на которые разбиваются объекты, и в качестве, а. значит, и в размере текстур. Изменяется нагрузка на процессор (и блок T&L, если он есть) и на шину локальной памяти.
Методика и команды Для проведения измерений FPS нужно запастись нужной игрой и демофайлом. Перед запуском игры/бенчмарка нужно перезагрузиться, после чего снять все задачи. Запуск демо — через консольные команды. Первый прогон демо ласт, скорее всего, заниженный результат, так как во время работы графического движка будет происходить обращение к жесткому лиску. При достаточном количестве памяти второй-третий прогон будет уже без обращений, и результат станет постоянным.
Часть третья. Модернизация мультимедийных компонентов
Часть третья. Модернизация мультимедийных компонентов Глава 1: Встроенный звук Уже на самых ранних моделях IBM PC присутствовал встроенный динамик, который однако не был предназначен для точного воспроизведения звука: он не обеспечивал воспроизведения всех частот слышимого диапазона и не имел средств управления громкостью звучания. И хотя PC speaker сохранился на всех клонах IBM до сегодня — это скорее дань традиции, чем жизненная потребность. ибо динамик никогда не играл сколько-нибудь серьезной роли в обиден и и человека с компьютером. Тем не менее, уже в модели PCjr появился специальный звуковой генератор Tl SN76496A, который можно считать предвестником современных звуковых процессоров. Выход этого звукового генератора мог быть подключен к стерео-усилителю, а сам он имел 4 голоса (не вполне корректное высказывание — на самом деле микросхема TI имела четыре независимых звуковых генератора, но с точки зрения программиста это была одна микросхема, имеющая четыре самостоятельных канала). Все четыре голоса имели независимое управление громкостью и частотой звучания. Однако из-за маркетинговых ошибок модель PCjr так и не достигла широкого распространения, была объявлена бесперспективной, снята с производства и поддержка ее была прекращена. С этого момента фирма IBM больше не оснащала свои компьютеры звуковыми средствами собственной разработки. И с этою момента место на рынке прочно заняли звуковые платы. Взаимодействие человека с компьютером должно быть прежде всего обоюдным (на то оно и общение). Взаимность, в свою очередь, предусматривает возможность обшения как человека с компьютером, так и компьютера с человеком. Сама схема взаимодействия крайне проста. Input devices — устройства, с помощью которых компьютер получает информацию от человека, output devices — устройства, с помощью которых компьютер передает информацию человеку. Как правило, при классическом подходе input devices есть keyborad & mouse, a output devices есть monitor & printer. В ряде случаев возможно присоединение других устройств, таких как сканеры, дигитайзеры, плоттеры, графические планшеты, но при всем своем разнообразии, до последнего времени все output devices были спроектированы для использования в качестве информационного канала зрительную систему человека. Иным чувствам отводилась, в лучшем случае, роль сигнализаторов (принтер пишал, когда кончалась бу-
;-
Часть третья. Модернизация мультимедийных компонентов мага, а блок питания неприятно пах, когда горел). Конечно, более 90% информации из окружающей среды человек получает из зрительного канала, но он не должен получать информацию только этим путем. Глухонемой человек — это инвалид, глухонемой компьютер — неполноценный компьютер. Бесспорный факт, что визуальная информация, дополненная звуковой гораздо эффективнее простого зрительного воздействия. Попробуйте, заткнув уши. пообщаться с кем-нибудь хотя бы минуту — сомневаемся, что вы получите большое удовольствие, равно как и ваш собеседник. Тем не менее пока многие ортодоксально настроенные программисты и проектировщики по сей день не хотят признавать, что звуковое воздействие может играть роль не только сигнализатора, но информационного канала, и соответственно от неумения и/или нежелания не употребляют в своих проектах возможность невизуального обшения человека с компьютером. В настоящее время любой крупный проект, не оснащенный средствами multimedia {впредь под словом «средства multimedia» мы будем главным образом понимать совокупность аппаратно-программных средств, дополняющих традиционно визуальные споеобы взаимосвязи человека с компьютером) обречен на провал. Развиваясь в направлении интеграции все большего количества устройств, материнские платы взяли на себя функции звуковой подсистемы. Конечно, возможности большинства материнских плат оставляют желать лучшего — дешевое решение не может быть качественным и полнофункциональным. Но для многих пользователей аппаратная обработка звуковых потоков и обсчет HRTF-фильтрон трехмерного звука оказываются ненужными. Для них вполне достаточно того, что предоставляет им встроенный звук. И теперь вместо звуковой карты они должны выбирать материнскую плату. Встроенный в материнскую плату звук может быть реализован двумя способами. Во-первых, на плату может быть установлен звуковой контроллер. Функционально такое решение ничем не отличается от полноценной звуковой PCIкарты, Во-вторых, возможно обойтись без контроллера, возложив все функции по обработке звука на драйверы.
Технологии АС и AMR Сегодня большинство интегрированных и автономных звуковых решений основано на «древней» концепции АС'97. Ее суть в том, что звуковой контроллер физически разделяется на две части. Первая часть — цифровой контроллер (Digital Controller. DC), обрабатывающий звук в цифровом виде. Его задача — выполнить заданные преобразования звуковой информации, к примеру, создать имитацию трехмерного звучания с помощью специальных фильтров. В качестве такого контроллера обычно выступает специализированный или универсальный процессор цифровых сигналов (DSP). Вторая часть звуковой подсистемы - аудиокодек (Audio Codec, AC). Как следует из названия, он должен выполнять кодирование и декодирование цифровых данных, поступающих в цифровой контроллер или из него. Эти два чипа связываются между собой с помощью стандартного интерфейса AC-Link, состоящего из пяти линий (две линии синхронизация, сброс, две линии передачи данных в обоих направлениях). Тем самым обеспечивается пол-
6
:
Часть третья. Модернизация мультимедийных компонентов ная независимость двух частей (аналоговой и цифровой) звуковой подсистемы, они не влияют друг на друга и ничего не «знают» об особенностях реализации соседнего компонента. В дальнейшем был разработан стандарт Audio/Modern Raiser (AMR), использовавший технологию АС'97 оригинальным образом. Как и в софтовых модемах, в AMR используется концепция Host-based processing, то есть выполнение функций обработки сигналов с помощью драйверов. Согласно AMR аудиокодек посредством интерфейса AC-Link подключается к хост-контроллеру чипсета. Обработкой звука занимается специализированный драйвер, а «южный мост* только пересылает в кодек данные в формате PCM (Pulse Code Modulation, импульс но- кодовая модуляция). Получается, что вместо звуковой карты на материнскую плату достаточно установить недорогую плату-райзер, имеющую на борту только аналоговый кодек. Или разместить кодек прямо на материнской плате — благо он имеет небольшие размеры и много места не занимает. Дальнейшее развитие идеи AMR предусматривает подключение к «южному мосту* по такой же схеме других кодеков — модемного, сетевого, беспроводной связи. Так появились стандарты CNR (Intel) и ACR (VIA). Однако идея хост-обработки для связи компьютеров пока не получила особенной популярности, поэтому сейчас куда проше найти модем или сетевой контроллер в виде полноценной PCl-карты, нежели в виде райзера. Зато звуковой кодек сегодня есть практически на каждой материнской плате.
Как устроен кодек Аудиокодек должен выполнять следующие задачи: •
прием, передача, буферизация цифровых данных:
•
преобразование данных из цифровой в аналоговую форму и обратно;
•
микширование данных, поступающих от разных источников (аналоговых и цифровых):
•
управление уровнем сигнала, поступающего от разных источников (то есть управление громкостью);
•
усиление сигнала, поступающего на микрофонный звук;
•
реализация расширения стереобазы для улучшения звучания на дешевых компьютерных колонках. (Си.
(Т«н, Speaker]
Микшер с во; мощность <й /правленИР уровнями сигналов
I:::L:
№1К|юфйн« rsnetcop- 3—L в«ода
Часть третья. Модернизация мультимедийных компонентов Чаще всего производители материнских плат используют кодеки от четырех основных производителей. Например. Gigabyte часто выбирает SigmaTel, ABIT нравится Avance Logic, Intel и MSI в основном используют Analog Devices, Получаемые звуковые решения отличаются друг от друга и программно (набор и качество реализации в драйверах функций обработки звука), и алпаратно (качество выходного сигнала). Для того, чтобы помочь вам с выборе материнской платы, я свел в одну таблицу аппаратные характеристики наиболее часто используемых кодеков, а также составил небольшой обзор особенностей кодеков разных производителей.
Еще один вариант У аудиокодеков и технологии AMR есть один существенный недостаток — все функции по обработке звука возлагаются на центральный процессор. Причем процессор обычно занят выполнением множества других более важных задач. Поэтому разработчики драйверов чаше всего не решаются реализовывать какие-либо дополнительные возможности по обработке звука, вроде обсчета трехмерного звука или эмуляции работы звуковой карты под DOS. Решение этой проблемы предложила тайваньская фирма С-Media Electronics. Она разработала несколько полноценных звуковых контроллеров, сравнимых по цене с аудиокодеками других производителей. Последняя разработка фирмы-чин СМ8738. C-Media не придерживается стандарта АС'97 - ее чипы содержат в себе и цифровую, и аналоговую части. Помимо стандартных функций обработки аналоговых и цифровых данных, они поддерживают четыре или пять выходных каналов, интерфейс S/PDIF, волновой MlDI-синтез, трехмерный звук (стандарты A3D, DirectSound3D, НАХ — использована технология фирмы CRL), а также подключение модемного кодека. Функций у чипа много, но реализованы они не на должном уровне: 16-битные ЦАП/АЦП, соотношение «сигнал/шум» не превышает 80 дБ. Получается максимально дешевое и в то же время достаточно функциональное решение для недорогих материнских плат и звуковых карт. Особенной популярностью чипы C-Media не пользуются: насколько мне известно, чаще всего их используют фирмы liliteGroup, Chaintech и iWill.
Глава 2: Основы звуковых адаптеров Частотная характеристика (Frequency Response) Показывает насколько хорошо звуковая система воспроизводит звук во всем частотном диапазоне. Идеальное устройство должно одинаково передавать все частоты от 20 до 20000 Гц. И хотя на практике на частотах выше 18000 и ниже 100 может наблюдаться снижение характеристики на величину, равную -2дБ изза наличия фильтра высоких/низких частот, однако считается, что отклонение ниже -ЗдБ недопустимо.
Отношение сигнал/шум (S/N Ratio) Представляет собой отношение значений (в дБ) неискаженного максимального сигнала платы к уровню шумов электроники, возникающих в собственных электрических схемах платы. Так как человек воспринимает шум на разных частотах по-разному, была разработана стандартная сетка А-взвешивания, кото-
I '
Часть третья. Модернизация мультимедийных компонентов рая учитывает раздражающий уровень шума. Это число обычно и имеется в виду, когда говорят о S/N Ratio. Чем это соотношение выше, тем звуковая система качественнее. Снижение этого параметра до 75 дБ недопустимо.
Шумы квантования Остаточные шумы, характерные для цифровых устройств, которые возникают из-за не идеального преобразования сигнала из аналоговой в цифровую форму. Этот шум может быть измерен только в присутствии сигнала и показывается кик уровень (в дБ) относительно максимально допустимого выходного сигнала. Чем меньше этот уровень, тем качество звука выше.
Суммарные нелинейные искажения (total harmonic distortion + noise) Отражает влияние искажений, вносимых аппаратурой усиления звука и шумов, генерируемых самой платой. Он измеряется в процентах от уровня неискаженного выходного сигнала. Устройство с уровнем помех более 0.1% не может считаться качественным,
Разделение каналов Просто число, показывающее до какой степени левый и правый каналы остаются взаимно независимыми. В идеале разделение каналов должно быть полным (абсолютный стереоэффект), однако на практике наблюдается проникновение сигналов из одного канала в другой.
Динамический диапазон Выраженная в дБ разность между max и min сигналом, который плата может пропустить. Обычно динамический диапазон измеряется на частоте 1 Khz. В идеальной цифровой аудиосистеме динамический диапазон должен быть близок к 98 дБ.
Интермодуляционные искажения Выраженное в процентах отношение амплитуд искажений и тест-сигнала. Всегда, когда сигнал имеет две или более негармонические частоты, будут возникать побочные искажения в виде паразитных гармоник, генерируемых усилителем. Чем ниже уровень искажений, тем лучше. Качественные звуковые устройства имеют интермодуляционные искажения не выше 0.1%.
Потенциальное усиление Максимальный коэффициент усиления, обеспечиваемый предусилителем звуковой платы. Желательно иметь высокое потенциальное усиление при низком входном напряжении. Низким считается напряжение в 0.2В, которое соответствует типичному выходному сигналу бытового магнитофона.
Часть третья. Модернизация мультимедийных компонентов
Глава 3: Методы озвучивания Существует немало способов заставить компьютер заговорить или заиграть. •
Цифроаналоговое преобразование (Digital to Analogue (D/A) conversion). Всякий звук (музыка или речь) содержатся в памяти компьютера в цифровом виде (в виде сам плов) и с помощью DAC трансформируются в аналоговый сигнал, который подается на усиливающую аппаратуру, а впоследствии на наушники, колонки.
•
Синтез. Компьютер напра&1яет в звуковую карту нотную информацию, а карта преобразует ее в аналоговый сигнал (музыку). Существует два способа синтеза: •
Frequency Modulation (FM) synthesis, при котором звук воспроизводит специальный синтезатор, который оперирует математическим представлением звуковой волны (частота, амплитуда) и из совокупности таких искусственных звуков создается практически любое необходимое звучание.
Большинство систем, оснащенных FM-синтезов показывают очень неплохие результаты на проигрывании «компьютерной» музыки, но попытка симулировать звучание живых инструментов не очень хорошо удается. Ущербность FM-синтеза заключается в том, что с его помощью очень сложно (практически невозможно) создать действительно реалистическую инструментальную музыку, с большим наличием высоких тонов (флейта, гитара). Первой звуковой картой, которая стала использовать эту технологию, был легендарный Adlih, который для этой цели использовал чип из синтеза Yamaha — YM3812FM. Большинство Adlib-совместимых карт (Sound Blaster, Pro Audio Spectrum) также используют эту технологию, только на других более современных типах микросхем, таких как Yamaha YMF262 (OPL-3) FM. •
синтез по таблице волн (Wavetable synthesis), при этом методе синтеза заданный звук «набирается» из реально озвученных инструментов — самолов.
Самплы сохраняются в RAM или ROM звуковой карты. Специальный звуковой процессор выполняет операции над самлами (с помощью всевозможного рода математических преобразований изменяется высота звука, тембр, звук дополняется спецэффектами). Так как самплы — оцифровки реальных инструментов, они делают звук крайне реалистичным. До последнего времени подобная техника использовалась только в hi-end инструментах, но она становится все более популярной теперь. Пример популярной карты, использующей WS — Gravis Ultra Sound (GUS). •
MIDI. Компьютер посылает на MIDI-интерфейс специальные коды, каждый из которых обозначает действие, которое должно произвести MIDI-устройство (как правило это синтезатор), (General) MIDI — это основной стандарт большинства звуковых плат. Звуковая плата самостоятельно интерпретирует посылаемые коды и приводит им в соответствие звуковые самплы (или патчи), хранящиеся в памяти карты. Количество этих патчей в стандарте GM равно 128. На PC-совместимых компьютерах исторически 65
Часть третья. Модернизация мультимедийных компонентов сложились два MlDI-интерфейса: UART MIDI и MPU-401. Первый реализован в SoundBlaster's картах, второй использовался в ранних моделях Roland.
Глава 4: Трехмерный звук Практически на каждой упаковке современной звуковой карты возможно обнаружить логотип или надпись «3D Sound», означающую возможность воспроизведения объемного звука. Вообще-то говорить о качественной стороне звука несколько сложнее, нежели о видео. С видеокартами все просто: недостатки картинки возможно заметить лаже невооруженным глазом. А вот отличить, к примеру, звук сжатого файла .МРЗ от обычного .WAV сможет не каждый. Поэтому и дурят покупателя китайские и тайваньские производители, наклеивая красивые лейблы на все коробки без исключения. Настоящий ЗО-звук, как ЗП-видео. необходим для создания виртуальных миров без перекладывания этой задачи на плечи центрального процессора. Для совместимости программных продуктов с различными аппаратными устройствами нужно использовать общие стандарты, технологии, интерфейсы. Фраза «3D Sound» на самом деле ни о чем не говорит. Плата может воспроизводить объемный звук за счет ресурсов центрального процессора. Аппаратное ускорение звука — вот что необходимо настоящему геймеру для достойного оформления виртуального мира компьютерной игры. Когда-то во времена процветания Doom'a пользователи даже и не могли мечтать о высоких разрешениях (1024x768) и разнообразных спецэффектах, предоставляемых видеокартами с возможностью ЗО-ускорения. Что ж, сегодня, когда ЗО-акселераторы продаются на каждом углу, настала очередь аппаратной акселерации звука. В этой сфере больших успехов добилась компания Vortex Semiconductor, специализирующаяся на производстве звуковых процессоров для аудиокарт ПК. Несмотря на свою молодость, она уже успела зарекомендовать себя с лучшей стороны как создатель звуковых PCI-акселераторов Vortex AU8820 и Vortex AU8830, а также технологии A3D, подобие которой применяется специалистами NASA в своих тренажерах.
A3D и Surround Sound Технология A3D способна создавать трехмерный звук, используя HRTF (Head-Related Transfer Functions) — функции перемещения по отношению к голове. Технология создания виртуального звукового пространства с помощью A3D сравнима лишь с технологией ЗО-ускорения в современных видеоакселераторах, Чуть ли не 3Dfx для аудио. Действительно, A3D позволяет максимально приблизить пользователя к происходящим на экране монитора событиям за счет исключительной правдоподобности представления источников звука в трехмерном пространстве. Но в чем отличие технологии A3D от, к примеру, Surround Sound? Для создания Surround Sound («окружающего» звука) необходимо использовать более двух колонок. Так создается звук в музыкальных центрах, поддерживающих технологию Dolby Surround: звук, доносящийся сзади, воспроизводится задними колонками. В результате необходимо располагать как минимум четыре колонки: две BI
Часть третья. Модернизация мультимедийных компонентов спереди и две сзади. В случае с мультимедийным компьютером размешать вокруг себя придется небольшие колонки, которые на пол не поставишь. Загромождать же себя мебелью только для установки задних колонок — нерационально. Ко всему прочему, при использовании наушников эффект ЗО-звука проявится лишь в виде стереозвука (2D) либо некоей эмуляции объема, но только объема, а не пространства. Раз у человека два уха, а не четыре, то и колонок достаточно только двух. Звучание сзади создается с помощью описанных выше функций HRTF. Задние колонки эмулируются процессором, который учитывает особенности человеческого слуха. В результате через две колонки или две мембраны наушников вы действительно слышите звук, доносящийся сзади, хотя первичные источники расположены справа и слева. A3D имеет явное преимущество перед другим и ЗО-аудиотехнологиями также за счет использования дополнительных аппаратно-ускоренных эффектов типа прохождения звука через предметы, отражения источников от стен, акустика, зависимая от геометрии пространства.
source direct path,
%,
-
J
4 )J)J "Чч^
~^
second-order^___-reflection
f^ >} »,>
sO-^, J
-/
/~N. v.0^^1" I t
" 4J x^^
^first-order reflection
listener
Глава 5: TV-тюнер TV-тюнер — очень удобное и полезное устройство. По-моему, намного приятнее наблюдать за происходящим в мире именно с экрана компьютерного монитора, нежели покупать для этого новый, пусть даже маленький, телевизор. Просиживая долгими вечерами за компьютером, очень часто задумываешься, может закинуть всю эту работу подальше, пойти в другую комнату и, устроившись поудобнее в мягком кресле, посмотреть телевизор. Но работа есть работа. А не приходила ли вам в голову когда-нибудь мысль о том, что возможно с пользой для дела объединить эти два совершенно разных рода занятий? В случае, если нет, то спешу сообщить вам. что некоторым производителям мультимедийных комплектующих эти мысли приходят одна за другой и уже очень давно. Речь идет о так называемых TV-тюнерах. Сегодня даже в нашем, как оказалось, не столь далеком от Китая, Тайваня и Кореи Минске многие фирмы начата предлагать разнообразные модели таких устройств. Большинство из них привозится под заказ, так что ознакомиться с функциональными возможностями вы можете только на словах, если, конечно, таковые найдутся. В лучшем случае вашему вниманию будет представлена коробка с предлагаемым TV-тюнером.
67
Часть третья. Модернизация мультимедийных компонентов Разнообразие и красочность упаковок с почти революционными призывами, как правило, оказывается всего-навсего обрамлением самой обыкновенной PCl-ной или ISA-шной платки и программного обеспечения для нее, которые, как и все на свете, имеют свои недостатки, проявляющиеся только при тщательном тестировании. Конечно, говорить о недостатках своего продукта отважится не каждый производитель, а тем более продавец. Зато для этого существуют конкуренты, работающие по принципу: ничто не радует так сильно, как несчастье соседа. Вместе с неприятными фактами сокрытия собственных оплошностей, хоть и редко, но бывает и совсем иначе: возможности предлагаемого устройства оказываются значительно шире описываемых в документации.
Качество изображения Как и любое другое устройство, TV-тюнеры отличаются друг от друга не только функциональными возможностями, но и качеством воспроизводимого изображения. В случае, если не учитывать все тонкости возможных искажений видеосигнала, то основным параметром, позволяющим наглядно оценить качество изображения, является его четкость или разрешающая способность, которая измеряется числом телевизионных л и н и й (твл). Фактически четкость изображения в твл выражается количеством линий любой ориентации (горизонтальной. вертикальной или диагональной), укладывающимся по высоте, ширине или диагонали экрана. Перед покупкой сначала стоит определиться, как вы собираетесь в дальнейшем использовать TV-тюнер и каковы ваши финансовые возможности. С просмотром телепередач все рассмотренные модели справляются практически одинаково.
68
Часть четвертая. Модернизация носителей информации
Часть четвертая. Модернизация носителей информации Глава 1: Жесткий диск Современный персональный компьютер представляет собой удивительное сочетание различных электронных и механических устройств, без которых немыслима работа ни профессионального программиста, ни любителя компьютерных игр. Одним из таких устройств является винчестер или жесткий диск. Благодаря быстрому и надежному винчестеру, ваша работа превращается в приятное общение с интеллектуальным другом, его отказ может превратить работу с компьютером в суровое испытание. Если на вашем предприятии много машин, го среди них наверняка есть не использующиеся или сломанные и вы можете использовать часть их узлов на других рабочих станциях. Наиболее интересный узел — винчестер. Возможна, например, такая ситуация: на вашей машине есть жесткий диск, но вы занимаетесь САПР или обработкой изображений и к некоторому моменту на диске осталось только 300 Кбайт свободного пространства. Можно стереть что-то ненужное, заархивировать часть информации, но через некоторое время ситуация повторится и стирать будег уже нечего. Или у вас стоит один из первых компьютеров с парой накопителей на гибких дисках, а вам необходимо работать с пакетом, занимающим около мегабайта дискового пространства. Переставлять четыре диска, не путая последовательность — занятие неблагодарное. И вам наверняка захочется установить на свой компьютер жесткий диск. Или же вы отвечаете за подготовку к работе компьютеров, поступающих в вашу организацию. Во всех этих случаях нужно уметь работать с жесткими лисками на достаточно высоком уровне. В мире микрокомпьютеров есть два основных носителя информации: дискеты (гибкие диски) и жесткие диски. Но это не всегда было так. Первые микрокомпьютеры использовали для записи программ и данных кассетные магнитофоны. Как напоминание об этом сохранился кассетный Бейсик IBM. записанный в ПЗУ компьютера IBM PC. Он запускается, если вы при загрузке не установите в дисковод системную дискету. Хотя с ним можно вполне успешно работать, попытка сохранить программу на диске будет безуспешной — для этого нужно присоединить к вашему компьютеру кассетный магнитофон. Разъем для него находится на задней панели компьютера рядом с разъемом для подключения клавиатуры. Если вам не довелось быть свидетелем начала микрокомпьютерной революции, то вы, вероятно, лучше знакомы с гибкими дисками. Сейчас это наиболее подходящий носитель информации для домашнего применения и использования на малых фирмах. Однако по мере снижения иен и совершенствования техноло-
69
Часть четвертая. Модернизация носителей информации гии все больше микрокомпьютеров оснащается накопителями на жестких дисках. Основными преимуществами их, по сравнению с дискетами, являются значительно большая емкость, более быстрый доступ к данным, исключительное удобство в использовании. Это хорошо заметно при переходе от системы на флоппи-дисках к системе с жестким диском. Самый первый накопитель на жестком диске был разработан на фирме IBM в самом начале 70-х годов. Этот четырнадцатидюймовый диск хранил по 30 Мбайт информации на каждой стороне, что нашло отражение в названии «винчестер», позже прочно закрепившимся за накопителями на жестких дисках. Дело в том, что емкость диска 30/30 перекликается с названием известного ружья фирмы «Winchester*. Этот накопитель до сих пор используется на некоторых вычислительных центрах в качестве столика для чая. Первый серийный накопитель на жестких дисках — 3340 — был создан фирмой IBM в 1973 году. Он имел емкость 140 Мбайт и стоил 8600 американских долларов. Эти винчестерские диски предназначались для использования на больших универсальных ЭВМ. Спустя 15 лет опять же IBM приспособила жесткие диски для использования в персональных компьютерах, однако основная концепция и принцип работы остались такими же, как и в первом накопителе 30/30. Типичные современные жесткие диски имеют диаметр 51/4 или 31/2 дюйма.
Глава 2: Подготовка к Upgrade Начнем с самого начала. Предположим, что вы купили накопитель на жестком диске и контроллер к нему отдельно от компьютера. (Дело в том, что покупая собранный компьютер, вы, скорее всего, получите подготовленный к использованию диск.) Несколько слов об обращении с ним. Накопитель на жестком диске — очень сложное изделие, содержащее кроме электроники прецизионную механику. Поэтому он требует аккуратного обращения — удары, падения и сильная вибрация могут повредить его механическую часть. Как правило, плата накопителя содержит много малогабаритных элементов, и не закрыта прочными крышками. По этой причине следует позаботиться о ее сохранности. Первое, что следует сделать, получив жесткий диск — прочитать пришедшую с ним документацию—в ней наверняка окажется много полезной и интересной информации. При этом следует обратить внимание на следующие моменты: •
название фирмы-изготовителя, производящего данный тип накопителя;
•
наличие и варианты установки перемычек, определяющих настройку (установку) диска, например, определяющую такой параметр, как физическое имя диска (они могут быть, но их может и не быть);
•
количество головок, цилиндров, секторов на дисках, уровень прекомпенсации, а также тип диска. Эти данные нужно ввести в ответ на запрос программы установки компьютера (setup).
Вся эта информация понадобится при форматировании диска и подготовке машины к работе с ним. Большей проблемой является установка накопителя, на который нет никакой документации. В этом случае имейте в виду, что на бол ь70
Часть четвертая. Модернизация носителей информации шинстве жестких дисков можно найти этикетки с названием фирмы-изготовителя, с типом (маркой) устройства, а также с таблицей недопустимых для использования дорожек. Кроме того, на накопителе может быть приведена информация о количестве головок, цилиндров и секторов и об уровне прекомпенсации. Справедливости ради нужно сказать, что нередко на диске написано только его название. Но и в этом случае можно найти требуемую информацию либо в справочнике, либо позвонив в представительство фирмы. При этом важно получить ответы на три вопроса: •
как должны быть установлены перемычки для того, чтобы использовать накопитель как диск С? Как диск D? сколько на диске цилиндров, головок, сколько секторов на дорожку, чему равняется значение прекомпенсации?
•
какой тип диска из записанных в ROM BIOS лучше всего соответствует данному накопителю? Если ответ на этот вопрос вызывает трудности, нужно выяснить, какой тип нужно использовать со стандартным IBM AT ROM BIOS.
Владея этой информацией, можно переходить к установке накопителя на жестком диске.
Глава 3: Upgrade! Монтаж Для монтажа жесткого диска следует сделать следующее: 1. Выключить компьютер, отсоединить нее кабели, кроме сетевого, снять крышку. 2. Коснуться кожуха источника питания, чтобы снять статический заряа. После этого отсоединить сетевой кабель. 3. Освободить место для жесткого диска, в зависимости от конструкции компьютера либо сняв крышку, выходящую на переднюю панель, либо переместив накопитель на гибких дисках или другой жесткий диск, чтобы увеличить доступное для монтажа пространство. 4. При необходимости освободить разъем расширения для установки контроллера (лучше, чтобы он находился как можно ближе к накопителям). 5. Присоединить к контроллеру кабели и, если это требуется, переключить перемычки в соответствии со способом использования жесткого диска. 6. Установить плату контроллера в разъем расширения. При этом обязательно нужно закрепить плату винтом. 7. Если у вас компьютер типа IBM PC или IBM PC XT, следует изменить его конфигурацию с помощью внешних переключателей, чтобы компьютер знал, что к нему добавили новое устройство, 8. Установить накопитель на подготовленное для него место и присоединить кабель от контроллера и источника питания.
/1
Часть четвертая. Модернизация носителей информации При нехватке кабелей питания можно один их них (например, идущий к накопителю на гибком диске) разделить на два с помощью специального переходника. 9. При необходимости добавить планет, закрывающую дыру в передней панели. Затем надежно закрепить жесткий диск, аккуратно расположить кабели внутри компьютера, так, чтобы при закрывании крышки не перерубить их, и закрыть системный блок. Несколько слов о возможных местах установки винчестеров. Обычно в компьютерах типа IBM PC XT/AT предусмотрено место для установки трех устройств половинной высоты (по 41.3 мм). Как правило, там ставят накопитель на гибких дисках и один из винчестеров. Если дисковод один, то в это место может быть установлен жесткий диск большой емкости, имеющий полную высоту — он займет две ячейки. Кроме того, часто есть другие места для установки жестких дисков. Вторая кассета для накопителей может находиться рядом с первой, справа от нее. В нее можно установить два устройства половинной высоты, реже — три. Если такой кассеты нет, то нередко предусматривается полка на основной кассете накопителей с левой стороны. На нее может быть установлен один накопитель любого размера. В некоторых компьютерах места установки жестких дисков могут быть иными. Так, в машине Amstrad они монтируются на заднюю стенку, в PS/2 — в специальной съемной кассете.
Настройка С наступлением эры локальных сетей накопители чаще всего настраиваются изготовителем для работы по умолчанию в качестве логического накопителя 0. На накопителе устанавливается специальный терминатор (заглушка или перемычка), убираемый при установке второго накопителя для того, чтобы контроллер включил его в логическую цепочку как накопитель 1. Но если речь идет о диске, снятом со старой потрепанной рабочей станции, дело может обстоять иначе. Как правило, поставляющиеся с компьюгером накопители настраиваются как накопитель С или как накопитель 1. Так что единственное, что нужно сделать при проверке старой машины с двумя винчестерами. это уточнить, какой накопитель как настроен. Возможно это прозвучит странно, но каких-то твердых правил нет, и чем больше идет работа в этой области, тем более разнообразными получаются варианты. При использовании контроллеров с модифицированной частотной модуляцией (MFM) вам, возможно, придется физически установить накопители на разные адреса. Свои особенности есть у PS/2, совершенно иные принципы работы с интерфейсом ESDI, и так далее. В каждом случае нужно внимательно читать документацию, это почти всегда помогает решить все вопросы, связанные с установкой накопителя.
SETUP Эта программа есть в компьютерах класса не ниже IBM AT и в наиболее совершенных машинах класса IBM XT. Чтобы сообщить машине об установке нового компонента, необходимо выполнить программу SETUP. При ее выполнении 72
Часть четвертая. Модернизация носителей информации вы описываете имеющиеся в наличии аппаратные средства: установленную память, тип монитора, типы накопителей на гибких дисках, дату и время и тип жесткого диска, наиболее близкий к тому, что вы используете. Программа SETUP записывает эти данные в маленькую микросхему КМОП ОЗУ, которая состоит из оперативного запоминающего устройства небольшого объема и схемы часов. Микросхемы, изготовленные по технологии КМОП потребляют очень мало энергии, и, когда компьютер выключен, они питаются от батареи до тех пор, пока не будет включено питание (при этом будет также подзаряжаться батарея). Если бы такого узла не было, пришлось бы при каждом включении машины задавать ее конфигурацию. При включении компьютера система выдает список устройств для контроля текущей конфигурации и проверяет все эти устройства. Если обнаружены какие-то ошибки и несоответствия, программа начальной проверки, расположенная в ПЗУ на плате компьютера выдаст несколько гудков. Их количество зависит от неполадки. При этом, если, конечно, работает монитор, иа экране появится сообшение о ее причине. Для нас сейчас важно правильно установить тип накопителя на жестком диске. Обычно в документации на компьютер (или на материнскую плату) приводятся сведения о том, какое количество цилиндров и головок, и какая информационная емкость соответствует тому или иному типу накопителя. Зная параметры накопителя, можно подобрать тип диска. Иногда может потребоваться эксперимент для определения наилучшего варианта. Если вам не удается подобрать правильный тип накопителя из записанных в ПЗУ компьютера и это приводит к потере нескольких мегабайт дискового пространства, то помочь может комплект Vfeature Delux. Он выпускается фирмой Golden Bow Systems и состоит из специальной платы и программного пакета, давая возможность установки более чем 250 различных типов накопителей. Кроме того, можно установить тип накопителя, используя пакет SpeedStor и ряд других (LAN Sight, California Tan Pack).
Первое включение При первом включении, дыма, конечно, не пойдет, но если появится какая-то необычность в работе компьютера — непрерывное горение индикатора обращения к винчестеру или подозрительный шум — выключите машину и проверьте вес соединения и установки.
Форматирование Следующим этапом подготовки диска к работе будет его форматирование. Форматирование состоит из двух этапов: физического форматирования, называемого также форматированием низкого уровня (реже абсолютным), и логического форматирования. Многие не понимают, какова разница между форматированием низкого уровня и логическим форматированием. Поэтому при переформатировании жесткого диска возникает немшю вопросов. А разница в следующем. При форматировании низкого уровня создаются сектора, в которых будет храниться информация. Кроме того, определяются сектора, непригодные для записи данных, они помечаются как плохие для того, чтобы избежать их использования. При логическом форматировании диск подготавливается для записи файлов в сектора, созданные при низкоуровневом форматировании. Для этого созда-
73
Часть четвертая. Модернизация носителей информации ется загрузочная запись, размешенная в первом логическом секторе раздела диска, две копии таблицы расположении файлов (FAT), в которой хранятся номера дорожек и секторов, храняших файлы, а также корневой каталог. Кроме того, на данном этапе диску может быть присвоено имя. Заметим, что форматирование гибких дисков происходит несколько иначе. В этом случае физическое и логическое форматирование производятся утилитой FORMAT за один проход. Для жесткого диска этапы физического и логического форматирования разделены, поэтому мы рассмотрим их отдельно. Каждый из них имеет свои особенности и тонкости, на которых мы остановимся ниже.
Форматирование низкого уровня Как правило, пользователю не нужно заниматься таким форматированием, так как в большинстве случаев жесткие диски поступают в отформатированном виде. Поэтому вы не найдете инструкций по этому поводу в Руководстве по работе с DOS. В MS-DOS вообше нет утилиты для выполнения этой процедуры. Тем не менее, ее можно выполнить, имея в наличии только операционную систему. Но об этом чуть позже. Вообше говоря, этим должен заниматься специализированный сервисный центр, но эта процедура не настолько сложна, чтобы ее не смог произвести достаточно грамотный пользователь. Форматирование низкого уровня нужно производить в следующих случаях: •
если вы получили совершенно новый накопитель отдельно от компьютера и он оказался неподготовленным к работе;
•
если появился сбой в нулевой дорожке, вызывающий проблемы при загрузке с жесткого диска, но сам диск при загрузке с дискеты доступен;
•
если появляются сообщения об ошибке при записи информации на диск (другой причиной этой неполадки могут быть неисправный разъем или кабель);
•
если вы возвращаете в рабочее состояние старый диск, например, переставленный со сломавшегося компьютера. В этом случае для обеспечения надежной работы нужно протестировать диск, чтобы найти и отметить все сектора, недопустимые для записи;
•
если диск оказался сформатированным для работы с другой операционной системой;
•
если диск перестал нормально работать и все методы восстановления не дали положительных результатов;
•
если вы используете диск с контроллером другото типа. В противном случае могут возникнуть проблемы при обращении к жесткому диску.
Нужно иметь в виду, что физическое форматирование является очень сильнодействующей операцией — при его выполнении данные, хранившиеся на диске будут полностью стерты и восстановить их будет совершенно невозможно! Поэтому не приступайте к форматированию низкого уровня, если вы не уверены в том, что сохранили все важные данные вне жесткого диска! .- (
Часть четвертая. Модернизация носителей информации Иногда рекомендуют производить форматирование низкого уровня в том положении, н котором компьютер будет использоваться: для настольного компьютера это скорее всего горизонтальное положение, для компьютера исполнения tower — вертикальное. Это влияет на то, как диск записывает и считывает информацию. Может быть, стоит прислушаться к этой рекомендации... Проще всего выполнить форматирование низкого уровня, вызвав с помощью утилиты DEBUG.COM, входящей в комплект поставки операционной системы, программу инициализации диска, записанную в ПЗУ, расположенном на плате контроллера жесткого диска. (Дело в том, что процесс форматирования низкого уровня в действительности выполняет именно контроллер по своим собственным программам.) Нужная нам программа хранится в банке памяти С и начинается с 16-ричного адреса 800. Чтобы добраться до нее, вызовите программу DEBUG и введите следующую команду: -dC800:0 После этого на экран будет выведено полстраницы данных, причем в правой части экрана можно прочитать название изготовителя контроллера или его программного обеспечения. Программа форматирования низкого уровня расположена по адресу C80U со смещением 5. Чтобы дать контроллеру команду выполнить физическое форматирование, выполните такую команду: -д=С800:5 Выполнение такой команды может привести к двум результатам: либо контроллер сразу начнет форматировать ваш жесткий диск, либо он может вывести меню, позволяющее изменить некоторые режимы. В действительности, возможен еще и третий вариант — контроллер вообще не заметит этой команды. Но такое может быть только при использовании нестандартного контроллера, который не поддерживает нормального распределения памяти в DOS. Если контроллер покажет меню или приглашение, введите требуемые параметры. Это обычно число головок или число поверхностей, число цилиндров, уровень чередования. Если не удастся отформатировать таким способом, можно использовать специальные утилиты, например HSECT, DTCFMT, LFORMAT и другие. Эти утилиты часто поддерживают нестандартные контроллеры жестких дисков. Но в большинстве случаев удается отформатировать диск с помощью отладчика и команды: 9=СВОО:5 Чаше используются специальные программы обслуживания жесткого диска, на некоторых из них мы остановимся подробнее. Начнег^ с одной из первых программ — старой и проверенной программы IBM Advanced Diagnostics. Чтобы начать работу с ней, вставьте дискету AT Diagnostics в дисковод А: и перезагрузите машину. На экране вы увидите следующее: The IBM Personal Computer ADVANCED DIAGNOSTICS
Version 2.01 0
Copyright IBM Corp. 1981,1985
SELECTION AN OPTION
/;
Часть четвертая. Модернизация носителей информации 0 1 2 3 4
-
SYSTEM CHECKOUT FORMAT DISKETTE COPY DISKETTE PREPARE SYSTEM FOR MOVING SETUP
9 - END DIAGNOSTICS
Выберите режим System Checkout (0) и нажмите Enter. Вы увидите список установленных устройств (installed devices), таких как клавиатура, монитор и накопитель на жестких дисках. Если все правильно, ответьте Y Enter; после этого вы попадете в меню режима System Checkout. Если мы захотим проверить, как накопитель и контроллер понимают друг друга, то мы выберем режим Run Tests One Time (0) в этом подменю. После этого нужно ответить на вопрос: «Какое устройство проверять?» Выберем Drive And Adaptor, после чего попадем в следующее подменю, называемое Fixed Disk Diagnostic Menu, в котором выбираем опцию Run All Tests (5) и вводим имя накопителя, который следует проверить (все вместе: 5С). На экране вы увидите название текущего теста и текущего диска. Тест включает в себя проверку поиска дорожки, контроль записи и чтения, обнаружение ошибок и проверку возможности чтения с диска. Программу можно в любой момент остановить, нажав Ctrl-C. При этом вы перейдете в меню предыдущего уровня. По окончании проверки выводятся коды обнаруженных ошибок, расшифровка которых приведена в руководстве к программе. Если все тесты прошли без ошибок, то программа просто возвращается в меню System Checkout. Если все тесты выполнились успешно, можно переходить к физическому форматированию. Выйдите в меню Fixed Disk Diagnostic Menu и выберите режим Format Menu (5). На экране вы увидите следующее: FORMAT SELECTION 1
-
2
-
MENU
CONDITIONAL
FORMAT
UNCONDITIONAL
FORMAT
3 - SURFACE ANALISIS 4 - CHANGE
INTERLEAVE
5 - RETURN TO FIXED DISK MENU
Чтобы выполнить форматирование низкого уровня, следует выбрать огшию Unconditional Format (2) и имя форматируемого диска. После этого программа предупредит вас, что все данные на диске будут разрушены, и спросит, хотите ли вы продолжать. Если у вас нет копии ваших данных и вам хотелось бы иметь ее, ответьте N. Если же нужная информация уже сохранена, смело выбирайте V. После этого вы натолкнетесь на последнее предупреждение, на которое тоже следует ответить Y. Далее следует очень важный этап — создание списка дефектных дорожек. Многие неприятности, происходящие с жестким диском, имеют своей причиной пренебрежение этим этапом. Список дефектов обычно приводится в виде таблицы, наклеенной на корпус накопителя или приведенной в документации, поставляемой с ним. Если у вас есть такая таблица, ответьте Y и последовательно введите номер цилиндра и номер головки, соответствующий дефектному блоку. Повторите опи-
Часть четвертая. Модернизация носителей информации санную процедуру для всех дефектных блоков. После того, как все они будут внесены в список, ответьте N на запрос программы Any Defects To Enter. После этого вы увидите на экране сообщение «Formatting Is Being Performed On Drive С», говорящее о том, что форматирование лиска уже идет, а также уменьшающийся в процессе работы номер текущего цилиндра. После того, как форматирование закончится, все дефектные блоки будут помечены и таблице недопустимых для использования блоков, чтобы сделать запись в них невозможной. Никогда не пренебрегайте составлением таблицы дефектных дорожек диска! Затем, когда на экране появится сообщение «Format Complete», говорящее о завершении форматирования, нажмите Enter для выхода в меню форматирования. Вводите с клавиатуры Enter пока не выйдете из программы. Посде появления подсказки «Prepare System for Desired Operation And Press Enter» установите в дисковод А: дискету с операционной системой и выполните программу FDISK для создания активной части на диске С. Об использовании FDISK мы поговорим чуть позже. Есть и другие программы подготовки и диагностики жестких дисков. Наиболее известны две из них: Disk Manager фирмы OnTrack и SpeedStor фирмы Storage Dimensions. Первая поставляется только в комплекте с машинами, оснашснными накопителями на жестких дисках фирмы Seagate (кстати, не стоит пользоваться ее нелегальными копиями, что, впрочем, касается любого другого программного обеспечения), вторую программу можно купить отдельно. Ввиду того, что пакет Disk Manager довольно специфичен и не продается отдельно от накопителя, рассмотрим только пакет SpeedStor. SpeedStor одинаково хорошо поддерживает винчестеры, использующие как метод записи MFM. так и RLL, кроме того, его можно использовать на PS/2. Он содержит очень качественные алгоритмы анализа поверхности диска, И, пожалуй, одно из основных достоинств: его можно использовать не только со стандартными накопителями известных фирм, но и с любыми накопителями, если вам известны их основные характеристики. Этот момент может быть важен при работе с жесткими платами. Вы не обязаны подбирать тип накопителя среди написанных в системное ПЗУ, можнопросто задать количество головок, цилиндров, секторов на дорожку и номер дорожки, с которой нужно начинать использовать прекомпенсацию. В этом пакете две основных программы: PARTED.EXE и HARDPREP.EXE. Каждая из них предлагает вполне понятное меню, в котором выделяются доступные в данный момент опции. Первая из программ предназначена для выполнения форматирования низкого уровня, поиска дефектных дорожек и для создания разбивки накопителя на логические диски. Еще раз заостряем ваше внимание на необходимости создания таблицы дефектных блоков диска. Пренебрежение этим правилом может привести к появлению серьезных сбоев на диске. В этой программе устанавливается тип накопителя, если он есть в предлагаемом обширном списке, или его параметры, если его там не оказалось. После этого следует перейти в режим создания таблицы дефектных блоков и перенести в нее дорожки, перечисленные в листинге, прилагаемом к жесткому
77
Часть четвертая. Модернизация носителей информации диску. После этого можно приступать к физическому форматированию (инициализации) диска, выбрав в меню соответствующий режим. Поясним значение двух терминов, традиционно вызывающих трудности при выполнении данной процедуры. Уровень прекомпенсации (value write preeompensation) — номер цилиндра, с которого контроллер начнет упаковывать записываемые данные более плотно. Дело в том, что дорожки, расположенные на диске винчестера, имеют различную длину — те, что ближе к центру, короче расположенных с краю. Но контроллер записывает одно и то же количество данных в каждую дорожку, независимо от ее длины. Для компенсации разницы в длине дорожек контроллер должен записывать данные на удаленные от края лиска дорожки более плотно, чем на наружные. Для того, чтобы разметить диск соответствующим образом, программе физического форматирования нужно указать, с какого именно цилиндра начать уплотнять данные на диске. Значение уровня прекомпенсации различно для разных типов накопителей и устанавливается его изготовителем. Изменить этот уровень нельзя. Если установить его слишком большим, появится вероятность, что центральные дорожки со временем перестанут читаться. Выбор его значения слишком маленьким не так страшен, но может привести к появлению того же эффекта на наружных дорожках. Правильный уровень приводится в документации на накопитель. Чередование (interleaving) — величина этого параметра показывает, в каком порядке информация записывается в сектора дорожек диска. Чтобы понять необходимость использования чередования, нужно уяснить следующее. Предельная возможная скорость чтения данных с диска составляет при 26 секторах на дорожку 780 Кбайт в секунду. Однако контроллер не успевает передавать информацию в компьютер с такой скоростью. Поэтому, если записывать данные на последовательно расположенные сектора, то к тому моменту, когда содержимое первого сектора будет передано, следующий сектор уже пройдет под головкой и придется ждать, пока диск сделает очередной оборот для того, чтобы считать с него данные. Чтобы избежать такой длительной задержки, данные на диск записывают с чередованием секторов. Обычно величина чередования равняется трем — то есть запись производится на каждый третий сектор. Значение чередования уменьшается с увеличением быстродействия компьютера (пропускной способности его шины) и контроллера жестких дисков. Так, для компьютеров класса IBM PC/386 чаше используется чередование, равное двум. Оптимальный уровень чередования для вашего конкретного сочетания компьютера, контроллера и накопителя можно определить с помощью утилиты SpinRite.
Разбивка После того, как вы выполните форматирование низкого уровня, следует очередной этап — создание разбивки жесткого диска. Разбивка жесткого диска на несколько логических дисков — наилучший способ справиться с путаницей каталогов и файлов, разбросанных по диску. Не добавляя никаких аппаратных элементов в вашу систему, вы получаете возможность работать с несколькими частями одного жесткого диска, как с несколькими накопителями. При этом емкость диска не увеличивается, однако можно значительно улучшить его организацию. Кроме того, различные логические диски можно ис-
7В
Часть четвертая. Модернизация носителей информации пользовать для различных операционных систем. Операцию разбивки жесткого диска на несколько логических дисков можно выполнить из той же самой программы PARTED пакета SpeedStor. Более общий путь — использование утилиты операционной системы FDISK.COM. До появления версии DOS 3.3 была возможность создания только одного логического диска с емкостью не более 32 Мбайт, больший объем диска можно было использовать, разбивая диск с помощью специальной программы обслуживания лиска. При использовании только собственных средств DOS не удавалось использовать полностью накопители с емкостью, превышающей 32 Мбайта. Хотя в версии MS-DOS 3.3 не был преодолен 32-мегабайтный барьер, она уже позволила создавать кроме первого специальный расширенный логический диск для использования остатков дискового пространства. Четвертая версия операционной системы позволяет создавать диски с предельным размером 512 Мбайт — целых четыре диска суммарной емкостью до 2 Гбайт, Каждый элемент разбивки можно дополнительно разделить на несколько логических дисков. Хотя в DOS 4.0 вы можете использовать очень большие логические диски, не стоит применять диски размером в 128 Мбайт и выше — при выполнении этого условия операционная система организует хранение файлов наиболее эффективно. Кроме того, во избежание возникновения проблем, связанных с несовместимостью такого формата диска со старыми программами, лучше сохранить размер первой части диска не превышающим 32 Мбайт, Для создания разбивки установите системную дискету в дисковод и запустите программу FDISK. Будьте внимательны: используйте версию FDISK той операционной системы, с которой вам предстоит работать на данном компьютере. FDISK выводит на экран следующее меню: IBM Personal Computer Fixed Disk Setup Program Version 3.30 0 Copyright IBM Corp. 1983,1987 FDISK Options Current Fixed Disk Drive: 1 Choose one of the following; 1. Create DOS partition 2. Change active partition 3. Delete DOS partition 4. Display partition information Enter choise: [1] Выберите режим создания разбивки для операционной системы (Create DOS Partition) и нажмите Enter. Через несколько секунд на экране появится сообщение «Primary DOS Partition Created», говорящее об успешном создании соответствующего раздела диска. Если ваш диск имеет объем, не превышающий 32 Мбайт, нужно нажать Enter и перезагрузить машину. Если емкость диска больше 32 Мбайт, вновь выберите режим «Create DOS Partition», а из следующего меню — режим <-Create Extended DOS Partition» и следуйте инструкциям программы. Это только пример, поясняющий, как работать с FDISK. Прочитайте соответствующий раздел документации DOS, чтобы детально выяснить, как работать в конкретной версии операционной системы.
•--:
Часть четвертая. Модернизация носителей информации Несколько слов об активном разделе лиска. Это та часть разбивки, с которой производится загрузка системы. Вы можете изменять статус разделов и, в итоге, загружаться с различных дисков. Для этого предназначена опция «Change Active Partition», Такой режим есть и в специализированных пакетах обслуживания жестких дисков. По умолчанию активным считается первый раздел и, как правило. это подходит пользователю. В пакете SpeedStor для выполнения той же процедуры нужно выбрать соответствующую опцию в меню и создать все необходимые разделы диска. При этом можно гибко управлять размерами отдельных логических дисков, вводя либо их емкость в мегабайтах, либо начальный и конечный цилиндр раздела, либо выбирая одно из предложенных программой фиксированных значений (например. 32 Мбайта или 1/2 диска). Можно создать практически любое количество разделов, в том числе и для других операционных систем.
Логическое форматирование После создания таблицы разбивки диска следует очередной этап —логическое форматирование отдельных частей разбивки, именуемых в дальнейшем логическими дисками. Логический диск — это некоторая область жесткого диска, работающая так же, как отдельный накопитель. Логическое форматирование представляет собой значительно более простой процесс, чем форматирование низкого уровня. Для того, чтобы выполнить его. загрузитесь с дискеты, содержащей утилиту FORMAT. Наберите: FORMAT C;/S/V и нажмите Enter. Ключ /S после форматирования перенесет на ваш жесткий диск файл командного процессора COMMAND.COM и два скрытых системных файла. Ключ /V позволяет присвоить диску ими длиной до П символов. После вызова программы появится предупреждение о том, что диск будет отформатирован, а все данные уничтожены. Ответив Y, вы запустите процесс форматирования. При успешном завершении форматирования на экране должно появиться следующее: Format complete System transferred Volume label (11 characters, ENTER for none)?_ Если вы хотите присвоить лиску имя, наберите его (это может быть ваше собственное имя или название вашей фирмы) и нажмите Enter. Программа выведет на экран информацию об общем количестве байтов на диске, о том, сколько байтов использовано системой, о количестве байтов, попавших на сбойные сектора и недоступных для использования. Если у вас есть несколько логических дисков, последовательно отформатируйте все. Для форматирования диска с помощью SpeedStor служит программа HARDPREP.EXE. Выберите режим форматирования разделов, а в нем опцию форматирования всех разделов диска. Когда программа попросит, установите в накопитель А: системную дискету для переноса файлов DOS на жесткий диск. На этом этапе больше ни о чем заботиться не нужно. В процессе логического форматирования продолжается поиск нечитаемых секторов и дополняется таблица сбойных блоков. По окончании форматирования все сбойные блоки записываются в FAT. На этом заканчивается подготовка диска к работе.
80
Часть четвертая. Модернизация носителей информации
Глава 4: RAID Построение дисковой подсистемы с использованием нескольких жестких дисков RAID — Redundant Array of Inexpensive Disks, или, по-русски, избыточный массив недорогих дисков. Это — концепция построения дисковой подсистемы с использованием нескольких жестких дисков для повышения либо защищенности данных, либо обшей производительности. До недавнего времени использование RAID в персональных компьютерах было неактуальным. Во-первых, жесткие диски трудно было назвать «недорогими» — стоимость даже одного диска составляла львиную долю общей стоимости всего системного блока. Во-вторых, RAID-контроллеры тоже стоили недешево. Поэтому концепция RAID нашла применение в серверах, а сама аббревиатура звучала немного иначе — Redundant Array of Independent Disks (массив не дешевых, а независимых дисков). Сейчас все изменилось. Концепция RAID может и должна использоваться в персональных компьютерах. Жесткие диски с интерфейсом АТА (он же IDE) стремительно дешевеют, а производители хост-контроллеров для их подключения успешно осваивают эту технологию и выпускают недорогие интегрированные RAID-контроллеры. Тема RAID определенно становится актуальней и ближе конечному пользователю. Идея RAID предполагает построение нескольких конфигураций из жестких дисков—так называемых уровней. Для нас, как для пользователей персональных компьютеров, наибольший интерес представляют первые два уровня, а также их комбинация. RAID Level О (RAIDO), называемый «striping», описывает способ повышения производительности дисковой подсистемы за счет объединения нескольких физически независимых дисков в один логический. Подключив два жестких лиска к RAID-контроллеру (можно и больше, но тогда больно дорого получится), настроив последний на уровень 0, мы получим один диск, но вдвое большей емкости. Данные будут храниться блоками по очереди то на одном, то на другом жестком диске. Ускорение получается за счет того, что при последовательном доступе к нескольким расположенным друг за другом блокам данных контроллер будет производить обмен сразу двумя блоками — с двумя дисками одновременно. Получается фактически удвоение скорости последовательного чтения и записи при тех же задержках на поиск и выборку. Однако сохранность данных в данном случае снижается тоже в два раза, так как выход из строя одного лишь жесткого диска приводит к гибели всего массива, RAID Level I (RAIDI), или «mirroring», как раз и ориентирован на решение проблемы недостаточной надежности обычных жестких дисков. Делается это за счет избыточности. Два или более жестких диска работают в режиме дублирования, то есть одна и та же информация одновременно записывается на все диски в массиве. Отказывает главный диск — подключается второй, или третий и так далее, и система продолжает работать, данные не исчезают. Тем самым общая отказоустойчивость возрастает во столько раз, сколько дисков входит в массив. Но вот повышения быстродействия при этом ожидать не стоит.
i<
;
Часть четвертая. Модернизация носителей информации Комбинация двух предыдущих способов— RAID Level 0+1 — по!воляет соорудить дублируемый массив объединенных в один жестких дисков. Тут уже двумя дисками не обойтись, поэтому такой вариант уже трудно назвать доступным. Итак, с теорией разобрались, теперь о том, как дело обстоит на практике. Для создания RAID-массива нужен хост-контроллер, поддерживающий эту технологию. На данный момент входящие в состав чипсета контроллеры RAID не поддерживают. Нужен либо установленный на материнской плате дополнительный чип, либо отдельная карта расширения. Лучше, конечно, первое, так как такой вариант дешевле. Контроллеры на материнской плате не заменяют стандартные, входящие в состав чипсета. Они выступают в роли отдельного устройства со своим BIOS и специальными драйверами, то есть для операционной системы они похожи на SCSI-контроллеры. Пользователь может использовать такой контроллер не только для организации RAID-массива, но и просто для подключения жестких дисков или устройств, работающих по протоколу ATAPI. На сегодня две фирмы снабжают практически всех производителей материнских плат чипами с поддержкой RAID. Это Promise Technology и HighPoint Technologies. Как правило, каждый производитель плат выбирает либо Promise, либо HighPoint, и устанавливает их микросхемы на свои самые дорогие модели. Какой вариант лучше — вопрос достаточно сложный, скорее даже спорный. Для того, чтобы внести некоторую ясность в вопрос выбора контроллера для построения RAID-массива, я провел небольшое испытание. Для тестирования я выбрал две материнские платы, основанные на одном и том же чипсете (VIAKT133A), но оснащенные разными контроллерами. Первая — ASUS A7V133, имеющая «на борту» Promise PDC20265. Особенность этого контроллера в том, что он может работать как в режиме Ultra 100 (обычный контроллер, поддерживающий UltraDMA/100), так и в режиме FastTraklOO (RAID). Переключение — перемычками. Для каждого из режимов нужны отдельные драйвера - либо UltralOO, либо FastTraklOO. Вторая плата — Ерох ЕР-8КТАЗ+, оснащенная контроллером HighPoint НРТ370. С ним все проще —драйвера одни и те же, никаких перемычек. Подробное описание этой материнской платы ишите в следующих номерах. Настройка режимов работы каждого из контроллеров производится с помощью встроенной в их BIOS утилиты. Надо сказать, что в случае Promise параметров настройки минимум — фактически возможно только создать или удалить массив, выбрав предварительно его тип (0 или I, плюс возможно неявно задать размер блока). HighPoint позволяет установить размер блока данных (для массива «striping»), выбрать основной диск (для «mirroring»), произвести копирование информации с основного на резервный диск (для подключения в уже созданный массив), выбрать режим обмена с каждым из дисков (PIO, DMA, Ultra DMA/33, 66 или 100). Создание RAID-массива в обоих случаях происходит быстро и безболезненно. Оба контроллера, не без помощи системного BIOS, позволяют нормально загружать операционную систему с подключенных массивов. Инсталляция драйверов под Windows 98 SE, которую я использовал, тоже проходит без проблем. Драйвера в обоих случаях работают как порты через SCSI-интерфейс драйверов Windows, Итак, цель моего тестирования — определить, насколько выгодно для конечного пользователя применять RAID-массив уровня 0. Другими словами, есть
Часть четвертая. Модернизация носителей информации ли смысл устанавливать два жестких диска и объединять их в один логический. Попутно хотелось бы выяснить, какой из контроллеров дает лучшую производительность. Испытания и замеры проводились на машине, оснащенной процессором AMD Duron-800, памятью 128 Мб, видеокартой ELSA Gladiac MX *GeForce2 MX) и двумя одинаковыми жесткими дисками Quantum Fireball Plus AS 20 Гб, из которых и состоял RAID-массив уровня 0. Для тестирования я использовал самый популярный и «грамотный» бснчмарк ZifF-Davis Media WinBench-99 v.1.2, который состоит из тестов Business DiskMark (показывает общую пропускную способность дисковой подсистемы), Hi-End DiskMark (измеряет производительность в нескольких популярных программах — Visual C++, Photoshop, SoundForge) и Disk Inspection (низкоуровневые тесты). Кроме того, я применил тест Sandra200l Disk Benchmark, измеряющий просто скорость линейного и произвольного чтения и записи. Результаты вы можете наблюдать в таблице. Посмотрим сначала на теоретическую скорость — согласно Sandra20Gl. Мы видим, что скорость доступа к диску при использовании RAID не изменяется при чтении, а произвольная запись происходит быстрее на 40%. Скорость последовательного чтения (или записи) больших блоков данных при использовании дисков, объединенных в массив, возрастает на 50-70%, причем при использовании контроллера HighPoint появляется еше более существенный выигрыш при записи. Но особенно доверять тесту Sandra не стоит — все-таки он полностью синтетический. Другое дело — WinBench-99. Тут мы видим, что в реальных задачах (тест Hi-End DiskMark) использование RAID-массива позволяет добиться 30-40% прироста производительности. Контроллер Promise оказался победителем (отрыв от HighPoint — 8%). Это — результат повышения скорости последовательного считывания (и записи), что убедительно доказывает тест Disk Inspection: график линейного чтения показывает мгновенную скорость от 35 до 70 Мб/с, в среднем получается около 57 Мб/с, в то время как один диск, без RAID, показывает только 35 Мб/с. В случае, если не использовать объединение дисков в RAID, а просто подключать один винчестер к дополнительному контроллеру вместо использования «южного моста» VT82C686B из состава чипсета, то выигрыш тоже есть, особенно по тесту Business DiskMark (более 30%). В случае, если сравнивать контроллеры Promise и HighPoint, то, не принимая во внимание результат Sandra200l по произвольной записи, получается, что Promise показывает лучшие результаты. Заметьте также, что жесткие диски, подключенные к HighPoint, почему-то немного снижают скорость доступа. В то же время у HighPoint больше возможностей по настройке. Итак, каковы преимущества RAID? Возможность повысить сохранность информации (RAID1)? Несомненно. Но скорость от этого не увеличится. Возможность повысить быстродействие? Да, и почти в полтора раза. Но не забывайте, что тем самым вы вдвое снижаете надежность. Нужна ли обычному пользователю, не обремененному заботами о надежности и сверхскорости жестких дисков, материнская плата с дополнительным контроллером? Пригодится. Даже если у вас всего один винчестер, то вполне реально повысить его быстродействие,
ВЗ
Часть четвертая. Модернизация носителей информации
Глава 5: Логическая организация жесткого диска Жесткий диск состоит из нескольких металлических пластин, головок чтения-записи и механизма их позиционирования, помещенных в герметичную коробку (банку). К нему прикреплена печатная плата с контроллером и буферной памятью (кэшем), которая посредством шлейфа {40 или 80 жил) соединяется с материнской платой или отдельным контроллером. Так вот. металлические пластины условно разбиты на концентрические дорожки, а дорожки разделены на сектора. Дорожки на равном расстоянии от центра на всех поверхностях пластин объединяются в цилиндры. Таким образом, для чтения определенного сектора данных (его емкость принята равной 512 байт) нужно: 1. Отвести головки на нужное расстояние от центра, то есть позиционировать на нужный цилиндр; 2. Начать просмотр дорожки на нужной пластине, активировав нужную головку: 3. Производить чтение всей информации до появления заголовка сектора, номер которого (содержится в этом заголовке) совпадает с нужным нам для операции чтения или записи. В соответствии с такой схемой метод нахождения нужной информации на жестком диске называется CHS-адресацией (Cylinder-Head-Sector). BIOS (базовая система ввода-вывода) является набором системных подпрограмм (функций), среди которых есть и программа чтения-записи данных на жестком диске. Для получения содержимого одного сектора требуется указать его CHS-адрес. Число секторов, цилиндров и головок BlOS'y должно быть известно. для этого и существует автодетект в Setup. Впрочем, информация о геометрии, используемая для работы функций доступа к диску, даже близко не соответствует реальной геометрии современного жесткого диска. У него 1-3 пластины, одна из которых может использоваться юлько с одной стороны, и 1-6 головок. Поэтому контроллер жесткого диска производит трансляцию поступающих адресов, такую же трансляцию производит и BIOS, работая по механизму LBA (Logical Block Addressing). В соответствии с идеологией MS-DOS жесткий диск может состоять из так называемых «разделов» — независимых областей диска, которые могут быть построены по схеме любой операционной системы, то есть использовать любую файловую систему. Таких разделов должно быть два — основной (Primary), с которого обычно осуществляется загрузка, и расширенный (Extended), который может быть разделен на несколько чаете и-подразделов (логических дисков). Таким образом, первый раздел диска самостоятелен, остальные объединяются в группу. Каждый раздел имеет принадлежность к той или иной файловой системе.
Системные сектора Самый первый сектор любого жесткого диска имеет название Master Boot Record, MBR. Он состоит из двух частей — программы начального загрузчика и таблицы разделов (Disk Partition Table, DPT). DPT состоит из четырех записей, обозначающих адрес начата раздела, его размер в секторах, адрес конца и тип файловой системы. Конечно, используется только две записи — для основного и расВI
Часть четвертая. Модернизация носителей информации ширенного раздела, потому что каждый подраздел (логический диск) имеет такую же DPT с указанием адреса следующего подраздела. Задача загрузчика в MBR — дать возможность загрузки с нужного раздела (то есть использовать несколько операционных систем). Стандартный загрузчик DOS предоставляет весьма ограниченный механизм выбора — загрузка возможна с того раздела, у которого установлен флаг активности таблице DPT. Самый первый сектор раздела называется Boot Sector. В его составе также есть загрузочная программа и таблица BIOS Parameter Block, BPB. В этой таблице есть информация о местонахождении и размере другой важной области — таблицы размещения файлов, FAT. По своей сути FAT — это большой массив элементов, каждый элемент соответствует каждому кластеру. Кластер — блок секторов (от 8 до 128), элемент распределения всего дискового пространства раздела. Каждому файлу при его создании выделяется нужное число кластеров. Номер первого кластера заносится в каталог (директорий, папку), а соответствующий этому кластеру элемент FAT содержит номер второго кластера. Элемент FAT, соответствующий второму кластеру, содержит номер третьего кластера. Весь FAT состоит из таких цепочек (Chains). В случае, если элемент FAT не связан пи в одну цепочку, и при этом не равен 0, он называется «потерянным» (Lost Cluster). «Потеря» кластеров происходит при перезагрузке в момент записи цепочки в FAT, к примеру, при создании/изменении файла, когда операция записи прерывается. Конечно, это не самые страшные последствия неожиданной перезагрузки, но все же терять место на диске не очень хочется. Программисты из Microsoft хорошо знали о «стабильности» своей Windows, поэтому и запускается Scandisk автоматически. В случае, если файл впоследствии увеличивается в размерах, ему назначаются новые кластеры из числа свободных, причем чаще всего они находятся в другом месте диска. Цепочка «перепрыгивает» другие цепочки — вот вам и фрагментация, которую устраняют программы-дефрагментаторы, переносящие файлы так, чтобы их кластеры шли друг за другом по порядку. Хотя система цепочек и является достаточно эффективной и простой, у нее есть недостатки. Во-первых, низкая надежность — при исчезновении одного элемента весь файл будет нечитаемым, а порча FAT означает потерю большого количества (если не всех) файлов. Для устранения этого недостатка существует две одинаковых копии FAT. Второе — если размер файла не кратен размеру кластера, образуется слек (Slack) — часть кластера, не занятая полезной информацией. Чем больше размер кластера, тем большая часть диска занята слском. Для файла длиной 1 байт вы теряете весь кластер, а если он имеет большой размер (32 Кбайта, к примеру), то потери на слек могут составлять 30-50% от общей емкости диска (кстати, проверить их возможно программой Sandra — модуль Drive Information). Размер элемента FAT дает название самой файловой системе. FATI2 имеет 12-битные элементы, которые позволяют организовать на диске около 4-х тысяч кластеров. FAT 16 имеет 16-битные элементы, число кластеров— 65530. FAT32 — 32-битные элементы, около 4 млрд. кластеров. Чем больше на диске будет кластеров, тем меньше возможно сделать размер самого кластера и тем самым меньше потерять места. По этому FAT12 используется только для гибких дисков, FAT16 — для дисков емкостью до 500 Мб (в принципе возможно и до 2 Гб).
85
Часть четвертая. Модернизация носителей информации
Начальная загрузка Загрузка операционной системы происходит следующим образом: •
BIOS, после проведения первичной самодиагностики (POST. Power-On Self-Test), считывает самый первый сектор с того устройства, которое задано первым в Setup (Advanced Features, Boot Sequence или First Boot Device) и начинает его выполнение: Загрузчик, который был в этом секторе, просматривает свою таблицу разделов на предмет наличия активного (загрузочного) раздела, вычисляет адрес загрузочного сектора активного раздела, считывает и запускает этот сектор;
•
Загрузчик из boot-сектора выполняет считывание и запуск файлов операционной системы; для DOS 7.1, входящей в состав Windows95/98, это всего один файл — IO.SYS;
•
IO.SYS сначала просматривает файл CONFIG.SYS — ишет там загрузочное меню, устанавливает драйвера устройств, которые там могут быть заданы (кроме того, H1MEM.SYS, 1FSHLP.SYS и SETVER.EXE загружаются в любом случае), после чего запускает обработчик командной строки COMMAND.COM;
•
COMMAND.COM выполняет пакетный файл AUTOEXEC.BAT, после чего вызывает программу WIN.COM; впрочем, если подправить файл MSDOS.SYS (бывший компонент операционной системы, сейчас просто конфигурационный файл), COMMAND.COM не начнет загрузку Windows, перейдя в режим диалога.
Все эти операции происходят без участия программы кэширования дисковых операций (SMARTDRV.EXE — стандартная программа кэширования), поэтому происходит постоянное обращение к FAT за информацией о кластерах каждого файла. Значит, при проведении дефрагментации загрузочного раздела жесткого диска следует предусмотреть расположение перечисленных файлов как возможно ближе к началу диска. Первым на диске должен быть файл подкачки W1N386.SWP, потом —директории (или каталоги, папки — кто как привык их называть), после них нужно располагать файлы, участвующие в загрузке. Конечно. стандартный Defrag этого не может, но есть много других хороших программ дефрагментации. В случае, если вы еще не пользуетесь ими, подумайте, может быть, есть смысл установить Norton U t i l i t i e s 2000, в составе которых имеется дефрагментатор Speed Disk.
Boot virus Так называется разновидность вирусов, внедряющихся на одном из этапов начальной загрузки, обычно на самом первом. Boot-вирус записывает в МВКсвой загрузчик вместо исходного. Тем самым вместо операционной системы первым загружается вирус. Он размешает в памяти свое тело, которое хранит в неиспользованных секторах, идущих после MBR, но до первого загрузочного сектора раздела. Перехватив обращения к дискам, вирус продолжает загрузку операционной системы. В случае обращения к дискете вирус изменит ее boot-сектор, заменив в нем программу-загрузчик. В случае, если пользователь загрузится с такой диске-
Часть четвертая. Модернизация носителей информации ты, вирус получит управление и сразу же заразит MBR жесткого ДИСКУ. В случае, если boot-вирус не умеет заражать файлы, обходясь только системными секторами, он не представляет большой опасности. Во-первых, заразиться возможно только при загрузке с дискеты (или второго жесткого диска), во-вторых, возможно просто включить «Virus Warning» в Setup — вы получите предупреждение о попытке вторжения в загрузочный сектор (вопреки распространенному мнению, эта опция должна выключаться только при инсталляции Windows), в-третьих, вылечить жесткий диск возможно всего одной командой — «fdisk /mbr», которая записывает в MBR оригинальную программузагрузчик.
Проблемы при загрузке Нарушение процесса загрузки может произойти на любом из этапов. Для того, чтобы определить причину и «виновника», нужно обратить внимание на появляющиеся сообщения: В случае, если все сообщение — в верхнем регистре (то есть заглавными буквами), то это BIOS не находит MBR на указанном ему в Setup устройстве, что свидетельствует об ошибке чтения либо об отсутствии признака системного сектора у первого сектора лиска (то есть диск не размечен). Для того, чтобы убедиться, что с диском все нормально, нужно зайти в BIOS Setup и запустить Autodetect, Сообщения « I n v a l i d partition table» и «Error loading operating system» принадлежат загрузчику из MBR; загрузочный сектор активного раздела либо не читается, либо его еше (или уже) нет; •
Сообщения «Invalid system disk» и «Disk I/O error» выдает загрузчик из boot-сектора, сообщая об отсутствии файлов операционной системы или об ошибке на диске.
Что делать в случаях, когда загрузка не происходит? Рассмотрим это по пунктам: •
В случае, если проблема не связана с самим диском, нужно серьезно разбираться с тем, куда делись системные сектора. Обычным пользователям это не под силу. Во втором случае налицо либо нарушения таблицы DPT, либо разрушение загрузочного сектора. Лечить диск запуском NDD или Scandisk с дискеты я не рекомендую — возможно все окончательно загубить и добавить работы тем. кто будет потом восстанавливать информацию на диске;
•
В третьем случае системные файлы могли быть удалены или испорчены, возможно попытаться исправить ситуацию загрузкой с дискеты и вводом команды «sys с:».
Советы Прежде всего, при возникновении серьезных проблем с системными секторами никогда не пользуйтесь программами диагностики NDD или Scandisk. Назначение таких программ — отыскание «потерянных» кластеров и "отвязанных» длинных имен, все остальное им не под силу.
8 ••
Часть четвертая. Модернизация носителей информации Для «ручной» работы с диском обычно используется Diskedit из комплекта Norton Utilities — не потому что он самый продвинутый и удобный, а в силу привычки, так как Нортоновские утилиты существуют с незапамятных времен. В случае, если вы не владеете глубокими знаниями о структуре и механизмах работы системных секторов и загрузчиков, вам лучше не пытаться экспериментировать с этой программой. Хотя иметь ее, безусловно, необходимо. Для чего — смотрите ниже. А вот уметь пользоваться fdisk должен каждый. Могу только дать одну подсказку. В случае, если вы хотите выделить первый раздел диска исключительно под Windows, лучше задать ему размер 1-2 Гб и поставить туда FAT16 — быстрее будет грузиться, легче будет, в случае чего, восстанавливать. Известно, что fdisk по умолчанию устанавливает FAT32 на раздел больше 500 Мб. Для того, чтобы «переубедить» его, выберите «N» в «начальной заставке» fdisk (там, где что-то говорится о поддержке больших разделов). Размечайте первый раздел (больше 2 Гб не получится), запускайте fdisk снова, выбрав уже «Y». После разметки и форматирования нового диска не поленитесь создать загрузочную дискету, на которую с помощью diskedit запишите MBR (Alt-A, Alt-W, выбрать имя файла), загрузочный сектор первого раздела (Alt-В, AH-W, имя файла), diskedit, unerase, fdisk, sys, formal, himem.sys, какой-нибудь русификатор (если DOS русифицирована). В случае сбоя такая дискета позволит сэкономить массу времени и нервов. Теперь совет по восстановлению. В случае, если вы умеете пользоваться diskedit'oM, вы можете восстановить «полетевший» жесткий диск и без автоматических программ-восстановителей типа Tiramisu. Как найти начало раздела — понятно, по сигнатуре 55АА, причем в последних версиях diskedit возможно искать по определенному смешению (в данном случае это «510»). Бут-сектор (если не стандарта FAT32. который занимает три сектора) возможно взять у дискеты и вручную подобрать параметры. Восстановить FAT тоже возможно. Для этого нужно найти корневой каталог (искать нужно строку «MSDOS» или «COMMAND СОМ»), каждому файлу изменить первую букву названия на русскую «х» (код Е5), после чего запустить unerase. Чем меньше фрагментация, тем выше шансы вернуть файлы к жизни, поэтому проводить дефрагментацию важных данных нужно как возможно чаще.
Глава 6: Как операционная система работает с жестким диском Ограничения BIOS, IDE и операционной системы на объем винчестеров В далекие 80-е года прошлого тысячелетия, во времена уже, наверное, мало кому известного MFM и RLL, для доступа к винчестеру программам необходимо было знать и указывать его «геометрию». Под «геометрией» понимается физическое количество цилиндров (дорожек), головок и секторов на дорожку. То есть любой блок информации на стандартном AT А-винчестере характеризуется тремя переменными — С, Н и S (Cylinders. Heads, Sectors), а метод доступа на адресации CHS-адресниия). Необходимо отметить, что эти величины всегда были реаль88
Часть четвертая. Модернизация носителей информации ными. Но все современные винчестеры имеют гораздо более высокую плотность информации. Кроме того, их реальная геометрия варьируется от модели к модели. Поэтому даже такая, на первый взгляд, «логичная» величина, как S (количество секторов на дорожку) даже близко не соответствует указанному на этикетке винчестера (и при детекте в BIOS) значению. В реальности количество секторов на дорожку — величина переменная и уменьшается по мере приближения к последней внутренней дорожке. Поэтому для преодоления этой неоднозначности контроллер винчестера «сообщает» BlOS'y не реальные значения, а «удобоваримые» для него параметры. А при получении запроса на чтение или запись переводит поступившие от системы «координаты» в реальные. Например, винчестер может содержать две пластины и, соответственно, четыре головки, а контроллер «скажет* BlOS'y о 16-ти имеющихся головках. Мало того; BIOS для * уд обо вар и.мости» параметров уже для операционной системы, может яростно «утверждать», что на винчестере вовсе не 16, а целых 255 головок. В свою очередь ОС к проблемам всех этих «пересчетов» будет добавлять еще и ограничения на объем раздела из-за использования конкретной файловой системы (к примеру, FAT 16). Именно из-за такой многогранности проблемы многие люди так часто спорят, путая и смешивая различные по происхождению проблемы. Попробуем прояснить все ее аспекты. Для того, чтобы разобраться с «ограничениями», нужно достаточно четко представлять всю структуру работы с диском: от приложения ло самих голосок чтения/записи. Схематически процесс взаимодействия возможно представить в следующем виде: Приложение
BIOS (обработчик INT
Винчестер «физически» состоит из одной или нескольких пластин, покрытых магнитным слоем. С обеих сторон пластины (иногда — только с одной) располагаются головки чтения/записи информации. Информация записывается на «дорожки», которые в случае нескольких головок образуют цилиндр. Дорожка разбита на секторы, каждый из которых и представляет тот минимум блок информации, которую возможно записать на диск. Стандартный размер сектора — 512 байт. Как уже говорилось, самые первые винчестеры имели постоянное количество секторов на дорожку на всем диске. Однако это не позволяло эффективно использовать всю поверхность диска — каждая следующая внешняя дорожка длинИ
Часть четвертая. Модернизация носителей информации ней внутренней, соответственно, на ней может поместиться больше информации. Поэтому современные винчестеры разбиты на «зоны», то есть совокупности соседних дорожек с одинаковым количеством секторов на дорожку. Именно поэтому график линейного чтения винчестера (исправного) выглядит в виде нисходящих ступенек.
Решение проблемы Первый — это форматирование «слишком большого» винчестера с помошью встроенной в BIOS утилиты. Такой способ был достаточно распространенным в свое время (из-за неопытности пользователей). Второй — использование специального ПО — Disk Managers (типа OnTrack, EZ-Drive), заменяющего подпрограммы BIOS для работы с дисками своими собственными. Как правило, для работы такие программы модифицировали MBR диска. Однако это не позволяло корректно работать с диском при загрузке с другого винчестера (или даже дискеты), а также возникали большие проблемы с установкой нескольких ОС на такой диск. Ну, и третий — обновление BIOS. Однако флэш-память для микросхем BIOS не была тогда распространена, да и Internet не был развит, соответственно и прошивок никто не делал и не выкладывал. Поэтому из-за малой практической эффективности всех этих способов, плату нужно было просто заменить на «поддерживающую LBA».
Глава 7: Partition Magic Из года в год мы наблюдаем рост количества операционных систем. Не успели мы еще привыкнуть к Windows ME, как нам уже настоятельно рекомендуют Windows XP как супер-пупер-гипер-надежную современную систему. Ну и само собой, эта безумная гонка законодателей мод на операционные системы рождает для пользователя массу на первый взгляд трудноразрешимых вопросов. В первую очередь это их переустановка, во вторую — изучение, разглядывание, ощупывание нового «подарка». Как правило, все эти процессы отнимают массу времени, отвлекают от нормальной работы и приводят к потерям данных (что еше обиднее), падению/сносу/переустановке ОС. «Такая уж судьба», вздохнув, сказал бы каждый второй... Но на самом деле все не так уж страшно. Есть средства то борьбе с такими сложностями. Сейчас большинство корпораций-производителей ОС создают собственные стандарты файловых систем. Благодаря такой тенденции их стало уже достаточно много, чтоб крепко задуматься об их использовании. Поэтому многие задают часто себе такого рода вопросы: «а что будет, если я конвертну вот этот мой FAT-раздел в NTFS? А вдруг мне не понравится, что мне тогда делать?». А если там что-то ценное и тут вдруг что-нибудь в процессе сбойнет или если и впрямь вдруг вам захочется вернуться к привычному FAT 32? Тогда как быть? И таких вопросов может быть великое множество. Даже те, у кого отсутствует фантазия, без труда могут сообразить, какие последствия способно породить использование различных файловых систем: «под "NT я вижу NTFS, под Windows только FAT 32, a NTFS я не вижу, в DOS я вижу только FAT 16, вот как быть, где мне лучше хранить рабочие файлы? Что мне делать с этими разделами? Как их расширить, как грузиться из них по очереди?» И это все — жуткая головная боль.
90
Часть четвертая. Модернизация носителей информации И вот тут нам приходит нам на помощь корпорация PowerQuest со своим популярным пакетом утилит Partition Magic. Конечно, заставить Windows ME видеть NTFS-раздел он не сможет, но ряд существенных проблем все же разрешит. Здесь речь пойдет о последней, пятой версии этого замечательного продукта. Вернемся немного назад. Сейчас многие уже с ностальгией вспоминают •знаменитую айбиэмовскую «полуось», которой так и не суждено было покорить рынок ОС. Но вспоминают ее по-доброму, даже кто-то еще и хранит дистрибутивы. Так вот. принципы файловой системы HPFS, с которой она работала, были позаимствованы Microsoft для создания NTFS для Windows NT. С этого все и началось. Принципиально новая NTFS породила массу проблем: она не читалась ничем, кроме Windows NT и была капитально закрыта не только от врага, но и от собственного хозяина. Спустя некоторое время был изобретен FAT32, что решило проблему физического ограничения емкости FAT-томов и больших кластеров под Windows. Но перейти под новый FAT было сложновато — ломай, круши все с помощью fdisk, создавай заново, устанавливай, настраивай... Спустя некоторое Ефемя в релиз Windows 98 все же включили утилиту для конвертации FAT в FAT32. Но времени все же прошло много. Теперь любители линуксов при использовании linux native и linux swap сталкиваются с похожими проблемами: чтобы расчистить место на диске для нового раздела, приходится убирать один из существующих. Partition Magic решает большинство такого рола проблем. Что из себя представляет эта утилита? Дистрибутив занимает порядка 50 Мб (если включить в него дистрибутив Boot Magic — утилиты коммутирования загрузки), а рабочий каталог после установки и того меньше — дело в том, что в дистрибутив входит несколько различных версий: для DOS Windows 9х. Windows XP. Естественно, они имеют ряд общих библиотек. Процесс установки не характеризуется какими-либо особенностями, за исключением того, что мастер предлагает вам создать две загрузочных дискеты Partition Magic и, если вы дополнительно устанавливаете Boot Magic, еще одну для конфигурирования этой утилиты. Вы можете отказаться от их создания и сделать их впоследствии при помоши утилиты «Create Rescue Diskettes». PowerQuest предоставляет вам возможность запускать Partition Magic как из-под операционной системы, под которой была произведена его установка, так и с загрузочных дискет (так называемый режим «On the fly» — на тот случай, если у вас «упал» Windows, либо просто не хочется его загружать). В обоих случаях функциональность программы остается полной (разве что, в «дискетном» варианте не будут доступны вспомогательные утилиты PQBoot, Magic Mover и другие, но при работе в этом режиме они своих функций выполнять принципиально не могут). Для загрузки в режиме «On the fly» вам достаточно вставить первый rescueдиск, загрузиться с него в Caldera R-DOS, после чего вставить второй диск из этого набора в ответ на сообщение системы и нажать любимую клавишу «Any Key», После этих несложных манипуляций загрузится графическая оболочка Partition Magic с поддержкой мыши. С этого момента можете смело приступать к конструированию разделов на вашем диске или дисках. Partition Magic обладает очень приятным, наглядным и интуитивно понятным графическим интерфейсом. При запуске он анализирует файловые системы и параметры ваших жестких дисков и разделов, представляя их карту в виде набо-
Часть четвертая. Модернизация носителей информации ра прямоугольных секторов, помеченных различными цветами, которые обозначают виды файловых систем на соответствующих разделах жесткого диска. Свойства разделов и их статусы отображены в таблице, расположенной под картой диска. Здесь же вы увидите легенду цветов, обозначающих тип файловой системы. Перемешаться с одного физического диска на другой вы можете при помощи выпадающего списка, расположенного на панели инструментов. Итак, мы обладаем полной информацией о наших разделах и знаем, какие изменения нам необходимо произвести. Для достижения наших целей Partition Magic предлагает два способа: воспользоваться одним из четырех мастеров либо выполнить последовательность действий при помощи доступных команд. Остановимся подробнее на их возможностях, Мастер «Create Partition» и команда Create... из меню «Operations» позволяет создавать новые Primary (первичные), Extended (расширенные) и Logical (логические — внутри расширенных) разделы различных файловых систем, сделать их простыми (None), активными (Active), загружаемыми (Bootable) и скрытыми (Hidden). Кроме того, вы можете выбрать место для физического размещения раздела: его возможно создать «в начале» либо «к конце» физического лиска или неформатированного дискового пространства. Активному разделу передается управление после загрузки BIOS и прохождении POST-процедур, поэтому в него полезно установить коммутатор загружаемых разделов, к примеру. Boot Magic (о нем речь пойдет ниже). Загружаемые разделы обычно создают для установки на них различных операционных систем со своими файловыми системами. Это позволит утилите Boot Magic предлагать вам на выбор загрузку с любого из этих разделов. Вот здесь вы сразу решаете проблему выбора ОС: вы можете проинсталлировать новую операциейк>г и оставить старую на старом разделе, при этом вы ничего не потеряете и, при желании, можете вернуться к первоначальному состоянию, удалив созданный раздел. Что касается логических разделов, то их вы можете создать внутри расширенного раздела точьв-точь, как fdisk в старом, иссм привычном DOS. Любой из разделов вы можете сделать скрытым (естественно, кроме активного — иначе как же ему будет возможно передать управление?). Скрыть загружаемый раздел имеет смысл в том случае, когда у вас на машине установлено много операционных систем и это приводит к путанице: каждый раз приходится вспоминать, какая литера к; какому разделу относится, или, что еще хуже, некоторые разделы (содержащие специфические файловые системы) становятся недоступными из-под некоторых ОС, но при этом изпод них «видны», что бывает крайне неудобно. Второй мастер - Resize Partitions - позволяет перераспределять размеры разделов на диске. Тех же целей ны можете добиться с помощью команды Move/ Resize.... Вы можете двигать разделы по жесткому диску, как мебель по комнате, сжимать и растягивать их. К примеру, вы создали слишком маленький раздел диска, а ваша система со временем распухла, как тесто на дрожжах, после установки кучи приложений и игрушек. Деваться некуда: переразмечать диск и ставить все заново — совершенно неутешительный выход из положения. Но при помощи Partition Magic вы можете «ужать» расширенный раздел, а на освободившееся место «раздвинуть» системный. При этом данные на преобразованных разделах данных останутся нетронутыми, а после произведенных операций вы спокойно загрузитесь и продолжите работу. В случае если ваша файловая система на разделе, подвергающемся изменениям, повреждена. Partition Magic определит это и предложит вам запустить для проверки Norton Disk Doctor, если он установлен на ва-
!
Часть четвертая. Модернизация носителей информации шей системе. Любой процесс работы с созданным разделом содержит фазы проверки целостности разделов, таблиц размещения файлов и кластеров, что предотвращает некорректное завершение любых процессов. Есть еще одно удобство у этой функции — вы можете назначать размер раздела не только в мегабайтах, но и в размерах кластера. Partition Magic сразу покажет вам, какой максимальный размер на вашем диске может занимать раздел при указанной величине кластера. Третий мастер — «Redistribute free space» — практически дублирует функцию предыдущего с той лишь разницей, что перераспределяет разделы таким образом, чтобы свободное место на них было равным. Последний, четвертый мастер позволяет сливать два раздела FAT/FAT32 в один, причем содержимое второго (присоединенного) раздела при этом сохраняется в отдельную директорию, указанную вами заранее. Тоже самое вы можете сделать командой «Merge...» Помимо перечисленных возможностей, Partition Magic обладает набором стандартных функций работы с жестким диском: удаление раздела, его форматирование, изменение метки тома, проверка повсрхноети диска и получение детальной информации о разделе. Особенного внимания заслуживает функция копирования разделов. Это действительно замечательнейшее изобретение! Представьте себе такую ситуацию: вы купили новый винчестер и вам предстоит замена старого со всеми вытекающими из этого обстоятельствами. У вас на старом диске операционная система (системы) со специфичными настройками «под себя», куча рабочих программ, настройки сети, серверных и клиентских приложений, архивы проектов и документов, save-файлы игрушек и прочее. И вее это вам нужно сохранить и воспроизвести на новом носителе! Само собой, никто не даст стопроцентной гарантии, что вы при сохранении ценной информации со старого диска что-нибудь да не забудете. И в ряде случаев такого рода замена может стоить вам потерянных двух рабочих дней, а может, даже и больше (к примеру, вы меняете диск в сервере). Вот здесь вам и поможет Partition Magic, а точнее замечательная функция «Сору...». Достаточно вызвать эту команду, и утилита вам предложит скопировать целиком, «сектор в сектор», выбранный заранее раздел диска на свободное неформатированное дисковое пространство. Процесс копирования раздела NTFS размером 2 Гб вместе с всеми многочисленными «верификациями», «валидаииями» и «чеками» занимает не более 30-40 минут. При этом переносится содержимое загрузочного сектора и сохраняется метка тома. После окончания процесса копирования можете смело отключать старый диск и грузиться с нового как ни в чем не бывало. При этом информация на старом диске останется невредима — Partition Magic блокирует возможность его изменения. Это исключает необходимость подстраховки на случай сбоя при копировании и создания страховочных копий (backups). Вот еще какая замечательная идея может прийти в голову по использованию этой функции: сборщики компьютеров при установке ОЕМ-варианта Windows на новую машину могут в качестве стандартной заготовки использовать одну проинсталлированную копию ОС на мастер-диске, и, как на конвейере, переписывать ее на жесткие диски, которыми комплектуются машины сходной конфигурации (естественно только на те, с которыми поставляется Windows). При этом не требуется разбивать диск на части, форматировать его, тридцать три раза перегружать машину при установке Windows и мучиться с установкой непослушных драйверов. Сборщики, запомните этот совет!
93
Часть четвертая. Модернизация носителей информации Кроме перечисленных стандартных функций Partition Magic обладает рядом дополнительных «приятностей», в числе которых функция конвертации файловых систем и разделов и изменение литер разделов. Можно Primary преобразовывать в Logical и наоборот. Файловые системы Partition Magic позволяет конвертировать следующим образом: FAT в FAT32, HPFS, NTFS; FAT32 в FAT; NTFS в FAT, FAT32. Таким образом, вы с легкостью можете отказаться от файловой системы NTFS в пользу FAT без переустановки Windows NT, к примеру, если вашей машине тяжело работать с NTFS. Многие могут возразить: вот лереконвертишь, а потом вообще никогда не увидишь раздел. Что ж, всякое бывает... В третьей версии была подобная проблема: с некоторыми старыми моделями жестких дисков (Maxtor, Samsung) на машинах (как правило, на брендовых) с экзотическими IDE-контроллерами такое случалось, что косвенно может указать на «дыры» в этой функции. Что же касается Partition Magic 5, то таких прецедентов не было. Скажу даже больше - я специально прерывал процесс конвертации FAT в NTFS: естественно, таблица рушилась и после этого раздел не читался, но при повторном запуске Partition Magic анализировал произведенные изменения и восстанавливал ее, после чего коррекгно проводил конвертацию. Функция присвоения разл и ч н ы м разделам произвольные литеры реализована только для Windows NT и фактически дублирует аналогичную из средства NT Disk Administrator, Такие манипуляции обычно производят при подключении новых дисков, при перепланировании разделов, когда установленные приложения по ряду причин вдруг оказываются на разделе, которому присвоена другая литера, и потому перестают запускаться. Последние версии Partition Magic (а именно 4 и 5) значительно усовершенствованы: вес процедуры, назначаемые пользователем, выполняются одним пакетом. Вы можете сконструировать пакет, к примеру, так, чтобы выполнение его занимало меньше времени или чтобы он состоял из меньшего количества шагов. В случае, если вы в процессе разработки пакета осознали, что случайно удалили нужный раздел или сделали что-то ненужное, вы можете сделать откат пакета, нажав кнопку Discard Changes. Просмотреть все шаги пакета возможно встроенным вьювером, вызываемым командой «View operations pending...». После того как пакет сформирован, вам остается нажать кнопку «Apply Changes». При этом Partition Magic запишет batch-файл, команды которого Partition Magic выполнит поеле перезагрузки ОС, Для Windows 9x отработка пакета производится в сеансе MS-DOS, а под Windows NT после загрузки драй веров IDE- и SCSI-устройств и перед началом загрузки графического интерфейса. При загрузке в режиме «On The Fly» отработка пакета происходит непосредственно в среде Partition Magic и перезагрузки не требует. Кроме собственно основного модуля «Partition Magic» в поставку продукта включено несколько утилит, запускаемых как из-под него, так и отдельно. Они гармонично дополняю! функциональность Partition Magic и предназначены для решения ряда смежных задач, возникающих при формировании новой схемы разделов. Утилита «Drive Mapper» позволит вам восстановить перекрестные ссылки, записи реестра, ini-файлы, ярлыки после внесения изменений в схему разделов диска: удаления, создания, скрытия разделов. Эта утилита выполнена в виде удобного мастера, пошагово выполняющего сканирование раздела, содержащего «пострадавшие» приложения, проверку реестра текущей ОС и секции ini-файлов, со-
"-
Часть четвертая. Модернизация носителей информации держащих ссылки на рабочий каталоги приложений, и вносит соответствующие коррективы. Утилита «Magic Mover» представляет собой мастер для переноса Windowsприложений в новый каталог или раздел диска. К примеру, вы хотите перетащить все программы Adobe Systems из папки C:\Program Files в папку D:\Adobe. Для этого вам необходимо запусти гь Magic Mover и выбрать ярлык или группу ярлыков системного меню, рабочего стола либо иную папку, содержащую ярлыки, относящиеся к приложениям Adobe, и запустить процесс сканирования. В процессе сканирования утилита полностью проанализирует всю структуру рабочих файлов приложения, записи в реестре, ini-файлы. По окончании операции вам остается лишь ввести в соответствующее поле формы альтернативный путь к файлам приложения «D:\Adobe» и нажать «Move». Таким образом возможно «разгрузить» переполненный логический диск, упорядочить размещение приложений на нем. Третья утилита называется «Boot Magic Configuration». Это интерфейс управления опциями мультизагрузчика «Boot Magic», о котором я упоминал выше. Boot Magic — правоприемник «полуосевого» Boot Manager, включенного в поставку первых версий Partition Magic. Сам Boot Magic устанавливается на активный раздел FAT или FAT32 и коммутирует загрузочные разделы при загрузке компьютера. Сего помощью возможно безболезненно держать на машине несколько операционных систем на разных разделах и загружать их. Он обладает приятным графическим интерфейсом с поддержкой мыши для нажатия на кнопки меню выбора ОС. Boot Magic Configuration позволяет гибко настраивать работу Boot Magic: устанавливать время ожидания нажатия кнопки — пункта меню, добавлять и удалять загружаемые разделы в меню, называть кнопки меню (поумолчанию названия им присваивает Boot Magic в зависимости от файловой системы раздела) и устанавливать по умолчанию загружаемый раздел. Для любителей, привыкших к System Commander и упрямо не желающих с ним расстаться: Partition Magic лояльно относится к нему и не калечит его, но необходимо учитывать при установке System Commander, что версии этого мультизагрузчика ниже 2.06 не «понимают» запись Boot Sector, модифицированную программой Partition Magic. Утилита Partition Into создана как отдельный модуль Partition Magic и позволяет выводить в текстовый файл, буфер обмена и на печать информацию о жестких дисках, разделах, располагающихся на них, о загрузочной записи. Последняя утилита пакета Partition Magic называется PQBoot и с успехом заменяет Boot Magic (это может потребоваться вам при отсутствии на жестком диске FAT/FAT32 раздела). Она позволяет вам выбрать раздел для загрузки после рестарта машины.
Часть пятая. Модернизация коммуникационного оборудования
Часть пятая. Модернизация коммуникационного
оборудования
Глава 1: Основные характеристики модемов Модем — устройство, позволяющее компьютеру выходить на связь с другим компьютером посредством телефонных линий. Факс-молем — модем, позволяющий также принимать и посылать факсимильные сообщения. По своему внешнему виду и месту установки модемы подразделяются на внутренние и внешние. Внутренние модемы представляют собой электронную плату, устанавливаемую непосредственно в компьютер, а внешние — автономное устройство, подсоединяемое к одному из портов. Внешний модем стоит, как правило, немного дороже внутреннего того же типа из-за внешней привлекательности (индикаторы, регулятор громкости) и более легкой установки. Основной параметр в работе модема — скорость передачи данных. Она измеряется в bps (бит в секунду) и устанавливается фирмой-производителем в 2400. 9600, 14400, 16800, 19200 или 28800 bps. Иногда встречаются устаревшие модели модемов (300 и 1200 bps), но они уже практически вышли из употребления. Также важными показателями в современных модемах является наличие режима коррекции ошибок и режима сжатия данных. Первый режим обеспечивает дополнительные сигналы, посредством которых модемы осуществляют проверку данных на двух концах линии и отбрасывают немаркированную информацию. а второй сжимает информацию для более быстрой и четкой ее передачи, а затем восстанавливает ее на получающем модеме. Оба эти режима заметно увеличивают скорость и чистоту передачи информации, особенно в российских телефонных линиях. Одна из передовых фирм-производителе и модемов «Hayes Microcomputer Products» приняла основные стандарты для команд модемов, включая набор АТкоманд, с помошью которых пользователь может непосредственно управлять работой модема. Сегодня Hayes-стандартами пользуется подавляющее большинство фирм во всем мире и лучшие модемы являются Hayes-совместимыми. Также существуют мировые стандарты скорости модема, сжатия данных и коррекции ошибок. Эти стандарты устанавливаются комитетом ITU-T (стандарт СС1ТТ) и фирмой Microcom (стандарт MNP). Самые лучшие модемы соответствуют обоим этим стандартам.
91
Часть пятая. Модернизация коммуникационного оборудования Самые распространенные стандарты CCITT сегодня: •
стандарт скорости 9600 bps — V.32 и скорости 14400 bps — V.32bis;
•
стандарт коррекции ошибок — V.42;
•
стандарт сжатия данных с коэффициентом 4:1 — V.42bis,
Основные стандарты пересылки факсимильных сообщений — Class 1 и Groop IV, поддерживающие скорость до 19200 bps и сжатие данных. Сейчас на мировом рынке модемов фактически правят две фирмы: ZyXEL и US Robotics. Они производят самые скоростные и самые качественные модемы и факс-модемы. Очень дорогие суперсовременные модемы ZyXEL имеют возможность воспроизведения голоса, записанного в цифровом режиме и сжатия речевых сигналов, что позволяет использовать их в качестве автоответчиков. Также некоторые модели ZyXEL U-1496 и US Robotics Courier снабжены переключателем речь/данные, встроенным тестированием и другими полезными функциями. Основное качество модемов ZyXEL — богатейший выбор возможностей, хотя это значительно увеличивает их стоимость, а модемов US Robotics (Courier и Sportster) — надежность при относительно низкой цене на них. Среди новинок последних лет в мире модемов можно также выделить специальные модемы для Notebook, поставляемые на платах типа PCMCIA. Эти платы очень удобны своей компактностью, они позволяют компьютеру не отдавать свободный СОМ-порт под внешний модем, но все же они много дороже, чем обычный модем. Последние годы спрос на модемы и факс-модемы стал достаточно высок, так как они необходимы практически каждому работающему на компьютере человеку. Модемы позволяют достаточно быстро передавать с одного компьютера на другой пакеты документов и связываться по электронной почте, а также обеспечивают доступ в глобальные мировые сети (Internet) для установления контактов с зарубежными партнерами.
Модуляция-демодуляция Понятие «модем» является сокращением от известного компьютерного термина модулятор-демодулятор. Модем — это устройство, которое преобразовывает цифровые данные, исходящие из компьютера, в аналоговые сигналы, которые могут передаваться по телефонной линии. Все это дело называется модуляцией. Аналоговые сигналы затем вновь преобразовываются в цифровые данные. Это дело называется демодуляцией. Схема весьма простая. В модем из центрального процессора компьютера поступает цифровая информация в виде нулей и единиц. Модем анализирует эту информацию и преобразовывает ее в аналоговые сигналы, которые и передаются через телефонную линию. Другой молем получает эти сигналы, преобразовывает их опять в цифровые данные и посылает эти данные назад в центральный процессор удаленного компьютера. Например, в Windows в параметрах настройки модема существует опция Modulation type (Тип модуляции), которая позволяет выбирать частотную или импульсную модуляцию. На всей территории России используется импульсная модуляция.
97
Часть пятая. Модернизация коммуникационного оборудования
Аналоговый и цифровой сигналы Телефонная связь осуществляется через так называемые аналоговые (звуковые) сигналы. Аналоговый сигнал идентифицирует информацию, которая передается непрерывно, в то время как цифровой сигнал идентифицирует только те данные, которые определены на конкретном этапе передачи. Преимущество аналоговой информации перед цифровой есть способность полностью представить непрерывный поток информации. С другой стороны на цифровые данные менее сказываются разного рода шумы и скрежеты. В компьютерах данные хранятся в индивидуальных битах, суть которых есть 1 (начать) или 0 (закончить). Если все это дело представить графически, то аналоговые сигналы есть синусоидальные волны, в то время как цифровые сигналы представляются в виде прямоугольных волн. Например, звук является аналоговым сигналом, поскольку звук всегда изменяется. Таким образом, в процессе пересылки информации по телефонной линии, модем получает цифровые данные от компьютера и преобразовывает их в аналоговый сигнал. Второй модем, находящийся на другом конце линии, преобразовывает эти аналоговые сигналы в исходные цифровые данные.
Интерфейсы Вы можете использовать модем в вашем компьютере с помощью одного из двух интерфейсов. Ими являются: • •
MNP-5 Последовательный интерфейс RS-232. MNP-5 Четырехконтактный телефонный кабель RJ-11.
Например, внешний модем подключается к компьютеру посредством кабеля RS-232, а к телефонной линии — с помощью кабеля RJ11.
Сжатие данных В процессе передачи данных необходима скорость большая, чем 600 битов за секунду (bps или бит/сек). Связано это с тем, что модемы должны собрать биты информации и передавать их далее через более сложный аналоговый сигнал (весьма мудреная схема). Сам процесс подобной передачи допускает передачу многих битов данных в одно и то же время. Понятно, что компьютеры более чувствительны к передаваемой информации и поэтому воспринимают ее намного быстрее, чем модем. Это обстоятельство порождает дополнительное время модема, соответствующее тем битам данных, которые необходимо как-то сгруппировать и применить к н и м те или иные алгоритмы сжатия. Так появились два так называемых протокола сжатия: •
MNP-5 (протокол передачи, имеющий степень сжатия 2:1).
•
V.42bis (протокол передачи, имеющий степень сжатия 4:1).
Протокол MNP-5 обычно используется при передаче тех или иных уже сжатых файлов, в то время, как протокол V.42bis применятся даже к несжатым файлам, так как он может ускорять передачу именно таких данных. Нужно сказать, что при передаче файлов, если протокол V.42bis вообще недоступен, то лучше всего отключить и протокол MNP-5.
18
Часть пятая. Модернизация коммуникационного оборудования
Коррекция ошибок Коррекция ошибок — метод, с помощью которого модемы тестируют пересылаемую информацию на предмет наличия в ней тех или иных повреждений, возникших в течение передачи. Модем разбивает подобную информацию на маленькие пакеты, которые называются фреймами. Передающий модем присоединяет так называемую контрольную сумму к каждому из этих фреймов. Модем получения проверяет, соответствует ли контрольная сумма посланной информации. Если — нет, то фрейм опять пересылается.
ern «FIOI Enable mgtfeifi еоич
Shcuv terramal wdow Enable ntojjem speak»
Фрейм является одним из ключевых терминов передачи данных. Под фреймом понимают базовый блок данных с заголовком, присоединенной к этому заголовку информацией и данными, которые и завершают сам фрейм. Добавленная информация включает номер фрейма, данные о размере передаваемого блока, синхронизирующие символы, адрес станции, код коррекции ошибок, данные переменного объема и так называемые индикаторы Начало передачи (стартовый бит)/Конец передачи (стоп-бит). Это означает, что фрейм является пакетом информации, который передается как одно целое. Например в Windows 98 в параметрах настройки модема существует опция Stop bits (Стоповые биты), которая позволяет установить количество стоповых битов. Стоповые биты данных являются одной из разновидностей так называемых граничных служебных битов. Стоповый бит определяет конец цикла при асинхронной передаче (промежуток времени между передаваемыми символами меняется) данных в кратковременном цикле.
Протоколы MNP2-4 и V.42 Несмотря на то, что коррекция ошибок может замедлять передачу данных на шумных линиях, этот метод обеспечивает надежную связь. Протоколы MNP24 и V.42 являются протоколами коррекции ошибок. Эти протоколы определяют, каким образом модемы проверяют данные. Как и протоколы сжатия данных, протоколы коррекции ошибок должны поддерживаться как передающим, так и принимающим модемами.
99
Часть пятая. Модернизация коммуникационного оборудования
Управление потоком или Flow Control В процессе передачи один модем может пересылать данные намного быстрее, чем другой модем может принимать эти данные. Так называемый метод управления потоком позволяет сообщить принимающему модему информацию о том, чтобы этот модем в какие-то моменты времени приостанавливал прием данных. Управление потоком может быть реализовано как на программном (XON/ XOFF — Старт-сигнал/Стоп-сигнал), так и на аппаратном (RTS/CTS) уровнях. Управление потоком на программ ном уровне осуществляется через пересылку определенного знака. После того, как сигнал получен, передается другой символ. Например, в Windows в параметрах настройки модема существует опция Data bits (Биты данных), которая позволяет установить информационные биты данных, используемые системой для выбранного последовательного порта. Стандартный набор символов компьютера состоит из 256 элементов (8 бит). Поэтому опция по умолчанию есть 8. Если ваш модем не поддерживает псевдографику (работает только со 128 символами), сообщите об этом выбором опции 7. Там же в Windows в параметрах настройки модема существует и опция Use flow control (Управление потоком), которая позволяет определить способ реализации обмена данных. Здесь вы можете исправлять возможные ошибки, возникающие при передаче данных от компьютера в модем. Принятая по умолчанию, установка XON/XOFF означает, что управление потоком данных осуществляется программными методами через стандартные управляющие символы ASCII, которые и посылают в модем команду приостановить/ возобновить передачу. Управление потоком на программном уровне возможно лишь в том случае, если используется последовательный кабель. Так как управление потоком на программном уровне регулирует процесс передачи посредсгвом пересылки некоторых символов, то может возникнуть сбой или даже окончание сеанса связи. Объясняется это тем, что тот или иной шум в линии может сгенерировать совершенно аналогичный сигнал. Например, при управлении потоком на программном уровне, бинарные файлы не могут пересылаться, поскольку подобные файлы могут содержать управляющие символы. Через управление потоком на аппаратном уровне RTS/CTS передача информации осуществляется намного быстрее и безопаснее, чем через управление потоком на программном уровне.
Буфер FIFO и микросхемы универсального асинхронного интерфейса UART Буфер FIFO чем-то похож на перевалочную базу: пока данные поступают в модем, часть их отправляется в емкость буфера, что дает некоторый выигрыш при переключении с одной задачи на другую. Например, операционная система Windows 98 поддерживает только микросхемы универсального асинхронного интерфейса (Universal Asynchronous Receiver Transmitter, UART) серии 16550 и позволяет управлять самим буфером FIFO. С помощью флажка Use FIFO buffers requres 16550 compatible UART (Использовать буферы FIFO) вы можете заблокировать (не позволять системе накапливать данные в емкости буфера) или разблокировать (дать возможность системе накапли-
100
Часть пятая. Модернизация коммуникационного оборудования вать данные в емкости буфера) буфер FIFO. Нажав кнопку Advanced, вы обратитесь к диалогу Advanced Connection Settings (Дополнительные параметры соединения), опции которой позволяют настроить соединение вашего модема.
S-регистры S-регистры находятся где-то внутри самого модема. Именно в этих самых регистрах хранятся установки, которые тем или иным образом могут влиять на поведение модема. В модеме присутствует масса регистров, но только первые 12 из них считаются стандартными регистрами. S-регистры устанавливаются таким образом, что посылают в модем команду ATSN=xx, где N соответствует номеру устанавливаемого регистра, а хх определяет сам регистр. Например, через регистр SO вы можете задать количество звонков для ответа.
Прерывания IRQ Периферийные устройства связываются с процессором компьютера через так называемые прерывания IRQ. Прерывания являются сигналами, которые заставляют процессор приостановить ту или иную операцию и передать ее выполнение так называемому обработчику прерываний. Когда центральный процессор получает прерывание, он просто приостанавливает процесс и перепоручает прерванную задачу программе-посреднику с именем Interrupt Handler. Все это дело работает независимо от того, была ли обнаружена ошибка в работе того или иного процесса или нет.
Информационный порт связи Последовательный порт узнать весьма просто. Вы можете это сделать, просто посмотрев на разъем. СОМ-порт использует 25-контактный разъем с днумя рядами контактов, один из которых длиннее других. При этом, практически все последовательные кабели имеют именно 25-контактные разъемы с обеих сторон (в остальных случаях требуется специальный адаптер). СОМ-порт (последовательный порт) является портом, через который компьютеры связываются с устройствами, такими как модем и мышь. Стандартные персональные компьютеры имеют четыре последовательных порта. Порты СОМ 1 и СОМ 2 обычно используются компьютером в качестве внешних портов. По умолчанию все четыре последовательных порта имеют два прерывания IRQ: СОМ 1 привязан к IRQ 4 (3F8-3FF). •
СОМ 2 привязан к IRQ 3 (2F8-2FF).
•
СОМ 3 привязан к IRQ 4 (3E8-3FF).
•
СОМ 4 привязан к IRQ 3 (2E8-2EF).
Тут-то как раз и могут возникать конфликты, так как внешние порты других устройств ввода-вывода I/O или контроллеров могут использовать те же прерывания IRQ. Поэтому, назначив модему СОМ-порт или IRQ, вы должны проверить другие устройства на предмет наличия у них тех же последовательных портов и прерываний. Нужно сказать, что подключенные к телефонной линии параллельно
101
Часть пятая. Модернизация коммуникационного оборудования модему устройства (особенно АОН) могут очень ощутимо ухудшать качество работы вашего модема. Поэтому рекомендуется подключать телефоны через предназначенное для этого гнездо в модеме. Только в этом случае он будет отключать их от линии при работе.
Флэш-память вашего модема Флэш-память — постоянная память или ППЗУ (постоянное перепрограммируемое запоминающее устройство), которая может быть стерта и вновь запрограммирована. Перепрограммированию подлежат все модемы, в названии которых присутствует строка «V.Everything». Кроме того, модемы «Courier V.34 dual standart» подлежат программной модернизации в случае, если в строке Options в ответе на команду АТ17 присутствует протокол V.FC. Если же в модеме нет этого протокола, то модернизация в «Courier V.Everything» производится заменой дочерней платы. Существуют две модификации модемов Courier V. Everything — с так называемой частотой супервизора 20.16 MHz и 25 МН?.. Для каждого из них существуют свои версии прошивок, и они не являются взаимозаменяемыми, то есть, прошивка от модели 20.16 MHz не подойдет для модели 25 MHz, и наоборот.
Программируемая пользователем память NVRAM Все настройки модема сводятся к правильной установке значений регистров NVRAM. NVRAM — программируемая пользователем память, сохраняющая данные при выключении питания. NVRAM используется в модемах для хранения конфигурации по умолчанию, загружаемой в RAM при включении. Программирование NVRAM производится в любой терминальной программе с помощью АТкоманд. Полный перечень команд может быть получен из документации на модем, или получен в терминальной программе по командам АТ$ AT&S ATSS AT%S. Запишите в NVRAM фабричные настройки с аппаратным контролем данных — команда AT&F1, затем внесите коррективы по настройке модема в совокупности с конкретной телефонной линией и запишите их в NVRAM по команде AT&W. Дальнейшую инициализацию модема нужно производить через команду ATZ.4.
Прикладное программное обеспечение для передачи данных Программы для передачи данных позволяют вам соединиться с друтими компьютерами, BBS, Internet, intranet и другими информационными службами. В вашем распоряжении может быть весьма обширный набор подобных программ. Например, в Windows 98 в ваше распоряжение предоставляется весьма неплохой терминальный клиент Hyper Terminal.
Российские телефонные линии и импортные модемы Выбор модемов сегодня достаточно велик, и разница в их стоимости весьма значительна. Скорость передачи более 28 800 бит/с на российских телефонных линиях обычно недостижима. Выше 16 900 бит/с можно получить лишь в том случае, если провайдер услуг Internet имеет линии на той АТС, к которой подключен ваш телефон. В других случаях, работа в Internet слишком утомительна, посколь-
102
Часть пятая. Модернизация коммуникационного оборудования ку при типовой (и даже не всегда достижимой) скорости 9 600 бит/с она превращается в сплошное ожидание. Поэтому для устойчивой передачи данных при помехах в телефонной л и н и и нужен высококлассный модем, который стоит не менее 400 долларов США.
Глава 2: Локальная сеть и Internet В случае, если вам никогда не приходилось тянуть локальную сеть, очень рекомендую приобщиться. Как минимум, получите незабываемые впечатления. Я же тут задался вопросом: почем нынче локальная сеть и чем грозит ее установка. Но естьли смысл озадачиваться выбором? Компоненты для старого доброго Ethernet'a стоят как никогда дешево, и позволить себе классическую сетку может всякий. Между тем есть целый класс альтернативных технологий со своими достоинствами: общий и самый заметный плюс — отсутствие необходимости тянуть новые кабели. На практике свою состоятельность доказали две разновидности подобных технологий, это
Home Phoneline Networking Alliance Сетевой карты не видно, но нижний кабель — ее. Home Phoneline Networking Alliance, как ясно из названия, предлагает строить домашнюю сеть на основе внутренней телефонной проводки. Установленные в компьютерах адаптеры просто подключаются к стандартным телефонным розеткам (параллельно аналоговым телефонам, модемам и факсам, нисколько им не мешая). Максимальное расстояние по кабелю между крайними компьютерами — 350 м, паспортная пропускная способность 10 Мбит/с делится между всеми компьютерами в сети, которых может быть до 32-х. На практике допускаются всяческие вольности с проводящей средой, к примеру, вместо телефонной возможно подключится к радиотрансляционной сети. Полезная возможность, если учесть, что телефонная проводка «заканчивается» в распределительном щитке и, следовательно, объединять компьютеры возможно только в пределах одной квартиры (офиса), а РТС обычно разведена по всем квартирам. Придется только озаботиться установкой соответствующих розеток, а еще неплохо бы перед окончательным выбором испытать связь, хотя бы из двух самых дальних точек будущей сети. HomePNA 2.0 умеет снижать скорость. если лимит расстояния превышен или кабель оказался неподходящим, оставаясь работоспособным в самых немыслимых условиях, но все-таки лучше в этом самостоятельно убедиться. Чуда, конечно, не произойдет, если на линии есть развязывающие трансформаторы или иные места, где кабель физически прерывается. Бюджет сети будет складываться только из стоимости адаптеров, кои бывают внутренними PCI ($50) и в н е ш н и м и USB ($130). В продаже встречаются компоненты почти только от D-Link, все они строятся на хорошо себя зарекомендовавшем наборе от Broadcom. Современные чипсеты для материнских плат поддерживают HomePNA в своем южном мосту, и особо одаренные материнские платы уже комплектуются соответствующей «обвязкой» и разъемами, хотя сам я видел только одну такую плату (Асогр на 1815-м чипсете). Единственное опциональное оборудование, которое возможно прикупить к такой сети, — конвертор для сопряжения с сетью Ethernet. Все вышесказанное не относится к версии
103
Часть пятая. Модернизация коммуникационного оборудования HomePNA 1.0, ее предел — всего-то 1 Мбит/с, что заставляет усложнять сеть и использовать коммутатор (тогда этот мегабит в секунду хотя бы не делится на всех, а достается каждой паре компьютеров). Кроме того, здесь не предусмотрено никаких средств для адаптации сети к условиям конкретной линии, и, желая достичь максимальной скорости, мощность передатчиков приходится регулировать вручную.
RadioEthernet Сети, соответствующие стандарту ШЕЕ 802.lib, чаще всего называют такими красивыми словами, как Radio LAN, WaveLAN. Работают они в радиочастотном диапазоне 2.4 ГГц и в зависимости от условий связи выбирают скорость из ряда: 10/5,5/2/1 Мбит/с; сеть, построенная по этому стандарту, может состоять максимально из 128 компьютеров. На максимальной скорости и открытом пространстве связь возможна на расстоянии до 100-160 метров, начинка железобетонного здания сокращает его до 15-30 м. То есть для домашней сети — в самый раз, а при необходимости возможно охватить и отдельных желающих из соседних домов. Обычным и самым дешевым вариантом является работа сети в режиме peerto-peer, тогда каждый компьютер играет роль транслятора и обеспечивает связь между собой остальных узлов, попавших в его «поле зрения». Таким образом отпадает необходимость в базовой станции, а сеть может быть довольно-таки протяженной, поскольку каждому компьютеру достаточно видеть лишь нескольких своих соседей. Стоимость. Низкой ее пока назвать трудно — самые дешевые радиокарты стоят от $100, причем большинство из них выпускается в версии PC-card, естественной для ноутбуков (а парочка ноутбуков в такой сети просто обязана быть, на их примере беспроводное преимущество радиосети всего заметнее). К настольному же компьютеру придется докупать еще и конвертер PC-card — PCI (еще $50). «Аксессуаров» для RadioEthernet существует множество — от внешних антенн для повышения дальнобойности карт и дорогих базовых станций, играющих роль центрального коммутатора, до целых комплексов для организации связи «точкаточка» на расстояние до 25 км. Картину портит лишь народное предубеждение против лишних источников электромагнитного излучения, пусть даже абсолютно безвредных в теории, Многие люди стараются свести их число к минимуму, хотя бы в домашних условиях, и я не стал бы категорически их критиковать.
«Просто» Ethernet А чем перед новыми технологиями может похвастаться вездесущий традиционный Ethernet? Да вот хотя бы ценой: от $8 за полноценную сетевую карту с автовыбором между 10 и 100 Мбит/с в зависимости от того, поддерживается ли Fast Ethernet остальными компонентами сети или нет. А подключение большинства ноутбуков обойдется н вовсе бесплатно — розетка RJ-45 для них почти обязательный атрибут. Разумеется, потребуются еще и кабель, и разъемы, и концентратор, но больше S15 в расчете на один компьютер они не добавят даже в самом неблагоприятном случае (когда ПК находится на максимально возможном расстоянии от концентратора).
104
Часть пятая. Модернизация коммуникационного оборудования Таким образом, если нет проблем с протяжкой кабелей — традиционная сеть была и остается отличным выбором; если же проблемы такие есть — с удовольствием рекомендую описанный выше HornePNA, решение стоящее, со временем явно готовяшееся стать -«номером первым», и не только для домашних сетей. Пользователей же, ценящих в первую очередь мобильность, точно не разочаруют теперешние реализации RadioEthemet {высокая цена — единственный объективный их недостаток). Толстые учебники по сетевым делам предписывают, выбрав Ethernet, предаться раздумьям — какую именно топологию выбрать? Шинную, когда компьютеры соединяются в цепочку коаксиальным кабелем, или типа «звезда», состоящую из концентратора или коммутатора и тянущихся от последнего к каждому компьютеру отрезков «витой пары»? В случае, если честно, особой пищи для размышлений тут нет. В современной сети коаксиал годится лишь для привязки компьютеров, удаленных на недосягаемое для витой пары расстояние, — свыше 100 м (позволяет до 185 м, и даже чуть больше). К тому же он лучше приспособлен к уличным условиям, поэтому сможет подключить к вашей домовой сети отдельно взятого энтузиаста, живущего в соседнем доме. Но всю сеть строить на коаксиачьном кабеле для этого не придется, концентраторы с дополнительным BNC-разъемом все еще выпускаются (к примеру, хорошо подойдут недорогие 8/16-портовые от Eline, стоящие S25/S45). Иногда бывает выгодно поставить несколько концентраторов поближе к местам, где сосредоточены компьютеры, и объединить их через BNC-тюрты все тем же коаксиал ом. Классическую же шинную сеть строить сейчас нелогично, слишком уж малоприятен процесс поддержания ее в рабочем состоянии. Отказ любого компонента (сегмента кабеля. Т-коннекторов, через которые эти сегменты объединяются в сеть) приводит к отказу всей сети, и установить виновника бывает непросто. Не говоря уж о том, что Fast Ethernet в такой сети не живет, а запас на будущее всегда полезно иметь: поменять в будущем концентратор или сетевые карты — это куда ни шло, но чтобы всю кабельную систему?! Увольте.
ISDN, xDSL, кабельный модем... Сразу же (а вернее сказать — в первую очередь) решения потребует вопрос о доступе из будущей локальной сети в Internet. Здесь советовать что-либо бессмысленно, лаже в Москве едва ли найдется много мест, где реально доступно больше одной альтернативы традиционному модему. А там, где такое изобилие есть, решить вопрос проще всего делением стоимости сервиса на число пользователей и прямым их опросом на тему «согласны ли они выкладывать ежемесячно по N долларов за Internet-блага». Технически для 25-30 пользователей достаточно канала в 128 Кбит/с, хотя аппетиты у всех бывают разные и РЕАЛЬНУЮ потребность возможно определить только на практике (большинство сервисов построены так, что расширить канал возможно без каких-либо изменений в железе и проводке, — исключительно «программно», разумеется, синхронно с увеличением абонентской платы). Единственный универсальный и скоростной способ доступа, который отдельно хотелось бы упомянуть, — гибрид из спутникового канала и традиционного модема. «Тарелка» обеспечивает входящий трафик (он многократно больше ис-
105
Часть пятая. Модернизация коммуникационного оборудования ходящего в обычном режиме — просмотр страничек, скачивание файлов), а исходящий и собственно связь со спутниковым провайдером обеспечиваются рядовым модемом и любым обычным провайдером. Платить в таком случае приходится сразу двум компаниям-провайдерам, но иногда это оказывается самым дешевым способом получить 250-400 Кбит/с без ограничения трафика (или же с ограничением, но на уровне нескольких Гбайт/месяц).
106
Часть шестая. Модернизация периферии
Часть шестая. Модернизация периферии Глава 1: Монитор Приобретая монитор, покупатель зачастую довольствуется только данными о размере диагонали ЭЛТ (электронно-лучевой трубки), максимально доступным разрешением и ценой. Как показывает практика. УТИХ технических характеристик недостаточно для того, что бы сделать действительно п р а в и л ь н ы й выбор. Результат— неудобство в работе, л и ш н и е расходы, испорченное зрение и еше много чего не очень приятного. Конечно, после покупки для каждого владельца его монитор — самый л у ч ш и й в своей категории на данный момент времени. Но... Достаточно подождать пару лет, чтобы каждый мог осознать собственные ошибки, сделанные при покупке. Есть правила, позволяющие выбрать подходящий монитор. Они достаточно универсальны, и с их помощью возможно выбрать самое лучшее устройство отображения информации, не прибегал к услугам сторонних специалистов. Перед ознакомлением с ними необходимо немного разобраться в различиях между моделями мониторов и понять смысл некоторых действительно важных технических характеристик.
Тип и параметры ЭЛТ Диагональ экрана и рабочая область — два параметра ЭЛТ, которые описывают соответственно размер всего кинескопа и видимой области изображения. Пятнадцатидюймовый монитор на самом деле имеет рабочую область размером около 14 дюймов по диагонали. Л у ч ш и м в своей категории возможно считать кинескоп с большей рабочей областью, хотя разные производители измеряют ее поразному. Одни могут растянуть изображение до максимума, другие — оставляют запас по краям до 5 мм. В любом случае, приходить в магазин с линейкой никто из здравомыслящих покупателей не будет. Поэтому ограничьтесь сравнением рабочих областей мониторов одного производителя. На сегодняшний день широкое распространение получили два типа электронно-лучевых трубок: с теневой маской и с апертурной решеткой, На экран трубки с теневой маской электронный луч попадает через небольшие круглые отверстия маски, расположенные группами по три (красный, зеленый, с и н и й ) . Эти группы называют триадами. Приводимый в описании монитора параметр «шаг точки» обозначает расстояние между точками люминофора одного цвета. Меньшее расстояние между этими точками обеспечивает более высокую четкость изображения. Самые лучшие теневые маски сделаны из инвара магнитного сплава железа с никелем.
107
Часть шестая. Модернизация периферии Трубки с апертурной решеткой формируют обогащенные насыщенными цветами, более яркие изображения, чем с теневой маской, так как люминофор в таких ЭЛТ нанесен в виде вертикальных полосок, разделенных тонкими металлическими проволочками, которые меньше заслоняют экран. Экран кинескопа с апертурной решеткой плоский по вертикали. Результирующая форма трубки представляется не в виде поверхности большого шара, как в случае с теневой маской, а в виде цилиндра. Этот факт позволяет немного уменьшить искажения изображения, вносимые кривизной кинескопа. Отличительная особенность кинескопов с апертурной решеткой, коими являются кинескопы типа Trinitron, — тонкая стабилизационная нить или две нити, расположенные поперек решетки. Они предназначены для обеспечения высокого качества изображения при вибрации. Их легко обнаружить на крупных светлых участках изображения, Мониторы SONY или мониторы с трубками типа TRINITRON обязательно должны иметь на высоте примерно 6 см. от нижнего края экрана стабилизационную нить. Технология производства трубок с апертурной решеткой более сложная, поэтому стоимость мониторов с кинескопами типа Trinitron выше похожих моделей с теневой маской. Сравнивать размер шага для трубок разных типов было бы не правильно, так как шаг точек трубки с теневой маской измеряется по диагонали, а апертурной решетки — по горизонтали. При одинаковом шаге точек трубка с теневой маской имеет большую плотность точек, чем трубка с апертурной решеткой. Антибликовые покрытия и плоская форма трубки позволяют избавиться от отраженных изображений на экране. В случае, если вы работаете в затемненном помещении, паразитные блики вам не грозят, и возможно работать с «пузатым» бликуюшим монитором. А если вы работаете днем, да еще у вас за спиной расположен светящийся объект типа новогодней елки? Тогда вы, кроме изображения. формируемого компьютером на экране монитора, увидите свое лицо, елку, в общем, все, что находится сзади. Определить, который из мониторов меньше бликует, несложно. Во-первых, следует при выключенном п и т а н и и сравнить затемненность покрытия (темнее — лучше). Во-вторых, поставив оба монитора рядом и сориентировав так, чтобы в обоих отражался один и тот же объект, к примеру, включенная настольная лампа, выбрать монитор с более тусклым отраженным изображением искусственного источника бликов, Антистатическое покрытие избавляет от преждевременного загрязнения поверхности экрана. Во время работы при его отсутствии экран монитора притягивает мельчайшие частички п ы л и , которые удаляются только с помошью специальных средств или смоченной в спирте фланелевой тряпочки. В случае, если электронно-лучевая трубка монитора защищена антистатическим покрытием, то спирт возможно использовать для других не менее полезных целей.
Основные технические характеристики Что обычно пишут о технических характеристиках мониторов в компьютерных таблицах, прайс-листах и на упаковке? Простую строчку типа «Sony 108
Часть шестая. Модернизация периферии 100ES, 15",0.25,1024x768/85Hz». Расшифровка этой строчки не составит труда бывалым пользователям. Но для большинства начинающих — это непонятный набор цифр. Итак: 14", 15", 17", 19" или 21" — это размер диагонали экрана в дюймах. Далее следует описание шага точки. Он, как правило, находится в диапазоне от 0,25 до 0,3 мм (меньше — лучше). Затем — рекомендуемое или максимально возможное разрешение при указанной частоте вертикальной развертки. Правильнее было бы указывать рекомендуемые значения разрешений, но в расчете на недалекого покупателя частенько в прайс записываются максимальные значения, при которых монитор будет работать, но из-за ограничения разрешающей способности теневой маски или апертурной решетки пиксели будут изображены некорректно и картинка обретет некоторую размытость. Рекомендуемые значения используемого разрешения для 14" -- 800x600. 15" — 800x600 или 1024x768, 17"— 1024x768. Чем меньше шаг точки, тем больше рекомендуемое разрешение. Так как мониторы профессиональных графических серий оснащаются электронно-лучевыми трубками с небольшим (0.25 мм) значением шага, точки их возможно использовать с более высокими разрешениями, не беспокоясь о потере четкости изображения. Что же касается частоты вертикальной развертки или частоты регенерации экрана, то она должна быть не менее 75 Гц. Больше — лучше. При частоте 85 Гц и более мерцание экрана, связанное со сменой кадров, становится незаметным, и глаза меньше утомляются.
Стандарты Поддержка стандартов безопасности и эргономики — обязательные требования для всех современных мониторов. Основные показатели безопасности электрическое и магнитное поле, эргономики — яркость, равномерность и контрастность изображения, частота регенерации экрана, антибликовые свойства. Широкое распространение получили стандарты MPR II и Energy Star, а также рекомендации ТСО. Стандарт MPR II был предложен Шведским национальным департаментом стандартов и утвержден ЕЭС в 1990 г. Он налагает ограничения на излучения от компьютерных мониторов. Рекомендация ТСО 92, разработанная Шведской конфедерацией профсоюзов и Национальным советом индустриального и технического развития Швеции (NUTEK), требует уменьшения размеров электрического и магнитного полей до технически возможного уровня. Стандарт ТСО 92 в 2,5 раза жестче, чем MPR II по допустимому уровню напряженности электромагнитного поля, К тому же. по рекомендации ТСО 92, монитор должен обеспечивать автоматическое снижение энергопотребления и отвечать европейским стандартам пожарной и электрической безопасности. В рекомендации ТСО 95 диапазон регламентируемых параметров расширен, в него включены требования по утилизации материалов, используемых в производстве мониторов. Рекомендация ТСО 99 более жестко определяет требования по эргономике и экономии энергии. Это касается более низкого уровня потребления в режиме Stand-by. Большая часть производителей мониторов использует промышленный стандарт VESA Display Power Management Signaling (DPMS). отвечающий требованиям разработанной агентством по охране окружающей среды (Environmental 109
Часть шестая. Модернизация периферии Protection Agency) программой сертификации энергосберегающих изделий Energy Star. Для реализации функций DPMS необходимо, чтобы, кроме монитора, этот стандарт поддерживала видеокарга. DPMS обеспечивает три уровня снижения энергопотребления монитора в период пассивности ПК: •
Stand-by — экономит более 30% мощности и позволяет мгновенно восстановить работоспособность;
•*.
Suspend — отключает цепи накала трубки монитора;
•
Active-off — отключает все, кроме блока питания и средств восстановления работоспособности.
Внешний вид и мультимедиа От внешнего вида монитора в полной мере зависит его популярность. Неужели кто-нибудь захочет купить устройство, которое своими, мягко говоря, необычными формами не радует глаз? Кроме красоты, работа дизайнеров и конструкторов может обеспечить элементарное удобство в использовании. Например, мониторы с укороченными электронно-лучевыми трубками занимают меньше места на рабочем столе. Это особенно актуально, когда речь идет об устройствах с диагональю экрана более 17 дюймов. Монитор с далеко не самыми лучшими техническими характеристиками, оснащенный встроенными мультимедийными колонками и микрофоном, при идентичной цене с обычным будет иметь больший успех только из-за своей мультимедийной «начинки», которая позволяет сэкономить деньги, не растрачиваясь на приобретение мультимедийных комплектующих. Звук встроенных колонок не всегда удовлетворителен. Поэтому, если вы считаете себя настоящим ценителем музыки или просто борцом за более качественный звук, не скупитесь: внешние колонки с сабвуфером — это то, что вам надо.
Регулировки Проводя параллели с телевизионным приемником, в мониторе достаточно было бы регулировать только яркость и контраст. Но на самом деле современный монитор компьютера устроен намного сложнее, и, в отличие от телевизора, к геометрии и цвету экранного изображения предъявляются повышенные требования. В связи с этим вдобавок к регуляторам размера и положения появились дополнительные регулировки геометрии изображения, такие, как поворот, «параллелограмм», «трапеция» и «подушка». Они позволяют скрыть искажения, вызванные магнитными полями или несовершенством каких-либо комплектующих. Настройка цветовой температуры позволяет добиться точной цветопередачи вне зависимости от типа внешнего освещения. Чем больше регулировок, тем удобнее и точнее возможно настроить монитор. Но если вы не занимаетесь профессиональной компьютерной графикой, вам совсем не обязательно приобретать дорогой монитор с полным комплектом всех регулировок. Достаточно только наличие основных: яркость, контраст, размер, положение, «подушка» и поворот. OSD (On Screen Display) — наилучшее дополнение к цифровым регуляторам. С помощью этой системы на экран монитора выводятся текущие значения регулируемых характеристик в наглядном цифровом виде. В случае, если вы, к
1 10
Часть шестая. Модернизация периферии примеру, от калибровал и монитор для работы днем и вечером, то, запомнив значения яркости, контраста и цветовой температуры, возможно не перекалибровываться, а устанавливать в зависимости от внешнего освещения проверенные значения.
Выбор видеокарты Не секрет, что для качественной работы монитора необходимо иметь подходящую видеокарту. При выборе видеокарты, прежде всего, нужно определить размер видеопамяти. Для 14-дюймовых мониторов будет достаточно 2 Мб, так как с таким объемом памяти возможно добиться полноцветного (TrucColor) изображения при разрешении 800x600. С увеличением размера диагонали экрана увеличивается и рекомендуемое разрешение, а вместе с ним и объем необходимой видеопамяти. Так, для TrueColor при 1024x768 нужно иметь 4 мегабайта, а для 1280х 1024 — 8 мегабайт. Кстати, для ЗО-ускорителей видеопамяти необходимо еще больше, так как в ней, кроме кадров, необходимо хранить текстуры.
Предназначение Когда вы уже немного разобрались в основных характеристиках, определяющих класс и стоимость монитора, следует определить его будущее предназначение. Оно может быть условно разделено на четыре основных направления: игры, офис, САПР, работа с растровой фафикой. Для игр вполне будет достаточно 15-17 дюймового монитора с любым типом электронно-лучевой трубки. Главное — обеспечить работу на максимальной частоте вертикальной развертки. Значит, без хорошей видеокарты не обойтись. Офисные приложения вполне терпимо выглядят даже на 14 дюймовых мониторах. Но при работе с большим количеством данных, к примеру, в Microsoft Excel, лучше использовать мониторы больших размеров при больших рабочих разрешениях. Тип ЭЛТ не имеет значения. Приложения САПР требуют от графической системы максимальных разрешений и высокой точности передачи векторных изображений. Обеспечить все эти запросы может монитор с теневой маской и размером диагонали более 17 дюймов. По возможности следует выбирать экран с наименьшим значением шага точки. Для работы с полноцветными растровыми изображениями, когда на первое место встает необходимость верного отображения всех цветовых оттенков, как нельзя лучше подойдет монитор с электронно-лучевой трубкой типа Trinitron, Трубки с апертурной решеткой наиболее точно позволяют отображать все оттенки при любом, даже ярком, внешнем освещении,
Перед покупкой Можно потратить много времени, перечитывая снова и снова все характеристики предлагаемых мониторов. Все будет впустую. Надо сконцентрироваться на главном — ваш монитор должен обязательно удовлетворять следующим условиям и характеристикам: •
Тип и размер диагонали кинескопа нужно выбирать, исходя из предназначения;
111
Часть шестая. Модернизация периферии •
Частота вертикальной развертки при рекомендуемом разрешении должна быть не менее 85 Гц;
•
Теневая маска или апертурная решетка — с наименьшим шагом точки; Монитор должен соответствовать наиболее поздней из рекомендаций ТСО (ТСО 99, ТСО 95, ТСО 92) или стандарту MPRII.
Главное — обязательно проверяйте монитор. Это не видеокарта, которую при необходимости возможно положить в карман и отвезти на троллейбусе обратно к продавцу. Для предпродажной проверки рекомендую использовать единственную в своем роде программу для тестирования мониторов — Nokia Monitor Test. Скачать ее возможно с сайта Hardware Analytic (www.kv.minsk.by/has).
Глава 2: Мышь Подключаем мышь без инсталляции Видели ли вы, как «ругается» Windows, когда не находит подключенной к компьютеру мышки? Радости подобное окошко доставляет мало, так как все последующие операции придется производить с помощью клавиатуры. Стоп. А где же упоминание об USB-мышке? Есть предложение подключить мышь в параллельный порт, PS/2... Об USB, кажется, просто забыли. Как же такое могло случиться с «повсюду Plug&Play» детищем Билла Гейтса Windows? На самом деле, USB-мышь не забыта. Даже наоборот. В Windows поддержка USB выполнена на самом высоком уровне, что позволяет производителям манипуляторов типа «мышь* в руководствах пользователя ограничиться тремя строчками, касающимися установки: Загрузите Windows; •
Подключите вашу USB-мышь к разъему USB;
Мышь будет найдена автоматически и сама себя установит. Все же при установке любого USB-устройства в первый раз драйверы придется инсталлировать самостоятельно. Пусть даже это превратится в нажатие на кнопки типа «ОК» или «Далее», но о том, что мышь сама себя устанавливает, возможно будет говорить только во время всех последующих подключений. Да и то, в этих случаях вся задача по установке USB-устройства возлагается не на само устройство, а на USB-контроллер, встроенный в материнскую плату. Он во время подключения устройства к порту идентифицирует его и передает полученные данные операционной системе, которая, к свою очередь, незаметно для вас загружает необходимый драйвер. В случае, если нужно, устройство USB возможно также легко отключить. При этом Windows без вашего участия и перезагрузки выгрузит из памяти драйвер. Итак, явная выгода от использования USB — мобильность и простота подключения. Далее следует отметить возможность одновременного подключения большого количества устройств (до 127) и повышенную пропускную способность — 12 Мбит/с вместо 112.5 Кбит/с для последовательного порта или 1.5 Мбит/с — для парачлельного.
112
Часть шестая. Модернизация периферии
Глава 3: Джойстик Можно ли назвать авиасимулятор авиасимулятором, если играть на нем приходится без джойстика? Ответ на данный вопрос будет зависеть, в основном, от наличия у вас этого игрового манипулятора. Тот, кто пару лет пролетал на Comanche с клавиатурой, вряд ли согласится с мнением единожды попробовавшего летать даже с самым простейшим, но все же добротным джойстиком. А ведь это так естественно — тянешь на себя рукоятку и с легкостью, подобно птице, взмываешь к невиданным высотам. Конечно, использование джойстиков в летных симуляторах — обязательное условие для достижения максимальной реалистичности полета. Никакая клавиатура, мышь или геймпад не заменят естественность перемещения в трехмерном пространстве с помощью джойстика. Но и тут есть свои нюансы: джойстики имеют большую предрасположенность к изнашиванию, поэтому дешевые манипуляторы из-за расшатывания механизма могут в течение двух-трех месяцев потерять свою былую точность позиционирования, а полеты будут превращены в борьбу за удержание стабильности высоты и направления. Из-за пыли загрязняются рабочие поверхности переменных резисторов, а это может придать перемещениям некоторую дискретность. Описывать и рекомендовать для приобретения дорогие, проверенные временем устройства от «законодателей мод» в мире джойстиков я не стану. Манипуляторы от компаний ThrustMaster, CH Products и Advanced Gravis имеют хорошую поддержку в играх и за свои выдающиеся характеристики получили немало призов, учрежденных периодическими изданиями, и положительных откликов специалистов летного дела (конструкторов боевых самолетов и летчиков). Про эти джойстики написано морс статей и, конечно же, этим устройствам были посвящены многие обзоры. Поэтому речь сейчас пойдете наиболее важных шагах в развитии функциональных возможностей аналоговых джойстиков. Для примера выбрана линейка джойстиков, производимая компанией Trust Computer Products. Очень похоже на Thrustmaster, но все же удар и доверие (дословный перевод) — разные понятия. Функционально любой джойстик должен позволять перемещаться по двум степеням свободы (наклон вправо-влево, вперед-назад или вверх-вниз) и иметь две кнопки (основное оружие и дополнительное). Раньше, во времена процветания аркадных стрелялок, этого было вполне достаточно. Но с течением времени игры стали сложнее, оружия стало больше. В общем, к двум кнопкам добавились еще две и переключатель, позволяющий заменить многократное нажатие на курок автоматической стрельбой очередями с помощью одного нажатия и удержания кнопки.
Перемещение по четырем степеням свободы Трехмерное пространство подразумевает перемещение в шести направлениях: вверх-вниз, вправо-влево и вперед-назад. Для полной ЗО-ориентации нужно добавить повороты вверх-вниз и вправо-влево. Обычно для этих целей используется клавиатура. Это крайне неудобно, особенно когда летать приходится на симуляторах машин будущего типа Descent или Forsaken. Функцию управления ускорением (Throttle control) возлагают на клавиатуру, так как
113
Часть шестая. Модернизация периферии джойстик используется для поворотов вверх-вниз и вправо-влево. О постоянном значении скорости в таком случае речь вести нельзя: вы либо перемещаетесь, либо стоите на месте. Джойстики более высокого класса снабжаются дополнительным переменным резистором, который выполняет функцию управления скоростью перемещения. Ручка или колесо такого throttle-контроллера чаще всего располагается в левой части базы джойстика. При наличии возможности плавного регулирования скорости движения вы всегда сможете в прямом смысле слова подкрасться к врагу, выполнить миссию, а уж потом на полном ходу скрыться. Существует даже класс отдельных throttle-контроллеров. Они работают совместно с джойстиком и за счет наличия дополнительных кнопок в значительной степени расширяют функциональные возможности манипулятора. Производители джойстиков решили не ограничиваться только реализацией в своих устройствах дополнительной возможности плавной регулировки скорости. Они пошли дальше: стали размещать на базах своих манипуляторов колеса, выполняющие роль руля (Rudder control). А, к примеру, специалисты Microsoft доверили выполнять эту функцию той же рукоятке, которая уже и так принимает участие в перемещении по двум осям координат. Рукоятку джойстика SideWinder возможно не только наклонять вправо-влево, вперед-назад, но и вращать вокруг своей оси. В результате возможно набирать высоту, отклоняться вправо-влево и при необходимости той же рукояткой разворачиваться по горизонтали. Эту прекрасную возможность полного задействования рукоятки положительно не оценили лишь знатные летчики с большим стажем. Конечно, при резком отклонении в сторону возможно непроизвольно повернуть рукоятку вокруг своей оси и тотчас же развернуться к противнику легко уязвимым боком. Но это дело привычки. Кто способен переучиться, будет с легкостью маневрировать, используя все доступные рукоятке функции. Поэтапное развитие аналоговых джойстиков привело к тому, что сегодня с помощью этих уже достаточно сложных манипуляторов игрок в состоя ни и полностью погрузиться в виртуальный полет и отказаться от использования клавиатуры как средства для выполнения игровых функций. Джойстик для того и предназначен, чтобы играть, а клавиатуру лучше оставьте для кого-нибудь другого. Дальнейшие шаги развития технологий, используемых в джойстиках, привели к замене аналоговых переменных резисторов оптико-цифровыми, что положительно сказалось на долговечности манипуляторов и точности позиционирования. Технология Force Feedback (в переводе — обратная силовая связь) получила широкое развитие во второй половине 90-х, но программно была реализована только с выходом в свет DirectX 5.0 для Windows 9x. Пока интерфейс обратной силовой связи — I-Force 2.0 — поддерживается небольшим количеством производимых манипуляторов. То, что за ними будущее джойстиков — нет сомнения,
Как устроен джойстик Из подключенных к компьютеру устройств меньше всего живут мышка и клавиатура. Особенно у заядлых геймеров, яростно стучащих по клавишам курсора и пробелу или бешено елозящих мышкой по совершенно непригодным поверхностям. Почему производители никак не подумают о том, что из сотни с лишним клавиш, на стрелки, ввод и пробел приходится в десятки раз большая нагрузка.
114
Часть шестая. Модернизация периферии чем на любые другие? Учитывая, сколько сегодня развелось д и н а м и ч н ы х игр. эти кнопки надо бы делать железными. Как и мышку. Правда, как ими тогда, пудовыми, манипулировать, тоже никто не знает. Впрочем, способ продлить срок жизни этих, ни в чем не повинных, устройств, а заодно подучить гораздо большее удовольствие от игры, придуман очень давно, еще на заре персональных компьютеров. Надо обзавестись джойстиком. Правда, обычно лаже самые фанатичные геймеры находят, на что лучше потратить небольшую сэкономленную на апгрейд машины сумму. Им кажется, что лучше нарастить память или купить новую мышку. Джойстик — вещь в арсенале геймера не нужная. Да, любителям стратегий от него легче не станет, но ведь даже заядлые «цивилизаторы» любя г время от времени сменить малоподвижное развлечение на кабину истребителя иди руль гоночного болида. А что уж говорить о тех, кто отдает предпочтение не стратегиям и пазлам. а динамичным симуляторам? На джойстике может быть много различных кнопок, и надо помнить, что не всегда разные кнопки будут выполнять разные функции. Часто бывает наоборот. Поэтому одной из основных характеристик для джойстика является количество функций, реализуемых с помощью имеющихся кнопок. Стандартный аналоговый джойстик предполагает две функции (например, стрелять и менять оружие), расширенный режим обеспечивает до четырех функций. Аналоговый игровой интерфейс (чаще всего его можно найти на звуковых платах) поддерживает не более четырех функций одновременно, поэтому к нему можно подключить либо один джойстик с расширенным режимом, либо два двух кнопочных джойстика. Джойстик состоит из двух потенциометров с изменением сопротивления от О до 100 КОм (в некоторых джойстиках до 150 КОм). Сопротивления потенциометров минимальны, когда джойстик в верхней левой позиции. Один выход потенциометра подсоединен к +56, а выход изменяющегося параметра — к разъему гейм-порта, то есть, переменный резистор изменяет не напряжение, а ток, протекающий в цепи. Используются два метода конструкции механизма джойстика. Некоторые девайсы преобразовывают перемещение ручки в линейное движение, которое затем изменяет позицию движка 100 килоомового линейного потенциометра. Более популярная конструкция заключается в использовании нормальных осевых (круглых) потенциометров. Тогда движение рукоятки напрямую изменяет сопротивление резистора. В некоторых джойстиках стоят 100 килоомовые потенциометры, которые могут поворачиваться только от 60 до 90 градусов при полном движении рукоятки. В других джойстиках стоят резисторы на 470 КОм (270 градусов), но используется только 1/4 часть оборота.
Как подключить джойстик К стандартному Game-порту можно подключить два джойстика, Для подключения аналогового джойстика не требуется установка драйверов. Необходимо только, чтобы в компьютере был игровой порт. Он обязательно присутствует на звуковых платах и иногда встречается на платах портов ввода-вывода, которые применялись в еще 486-х и более старых компьютерах. Выключите
115
Часть шестая. Модернизация периферии машину (это обязательно при подключении любых кабелей), найдите сзади на системном блоке игровой порт. Его разъем 15-контактный двухрядный, немного больше, чем у последовательного порта для мышки, и меньше, чем у параллельного принтерного, Вставьте в это гнездо кабель от джойстика и включайте компьютер. Подключение завершено.
Калибровка джойстика Теперь джойстик надо откалибровать. Делается это для того, чтобы настроить программы на свободное положение рукоятки, диапазон се отклонений в стороны, а также на диапазон регулировок тяги и поворота. Кроме того, программа калибровки позволяет проверить, все ли кнопки работают. С тех пор, как поголовно все игровые программы начали использовать интерфейсы Microsoft DirectX, проблема калибровки джойстика перестала, собственно, быть проблемой. Сделать это надо всего один раз. Нет больше необходимости в каждой игрушке запускать встроенную процедуру калибровки. Как же это выполняется. На панели управления Windows найдите значок Game Controllers. В появившемся окне перечисляются все установленные джойстики, рули и другие подобные приспособления. Пока список пустой. Нажмите на кнопку Add и выберите подходящий джойстик из списка. Для этого вам надо знать, сколько у него осей и кнопок управления. В случае Genius Flight 2000 F-22 можно установить трехосный четырехкнопочный джойстик (правда, не все возможности будут задействованы — не включится рычажок обзора). Если вы приобрели более хитрое устройство, поищите его в конце списка, где перечислены самые популярные контроллеры от ведущих производителей. Или нажмите кнопку Add Other и загрузите файл с прилагающейся дискеты. Возможно, лучший вариант — самостоятельно сконфигурировать джойстик, пользуясь пунктом Custom (первая строка списка). Конфигурируя джойстик с помощью окна Custom, вы указываете число осей, кнопок и наличие рычажка обзора (Point of View Hat, или сокращенно POV). Потом следует дать имя своему джойстику, под которым он будет вставлен в список окна Add Game Controller. Определив конфигурацию, нажмите на кнопку ОК и. вернувшись в основное окно Game Controllers, нажмите на кнопку Properties. Приступаем к собственно калибровке. В открывшемся перед вами окне свойств джойстика включите опцию Rudder/Pedals, которая активизирует управление поворотом независимо от того, сколько осей вы указали раньше. Таким образом, будут задействованы все 4 оси джойстика — две на рукоятке, а также регуляторы гяги и поворота. После этого нажимайте кнопку Calibrate. Шаг 1
Теперь надо выставить центральное положение рукоятки. Отпустите ее, после чего крестик следует передвинуть в центр квадрата с помощью регуляторов центровки. Выставив крестик по центру, нажмите кнопку на рукоятке джойстика. На экране появится следующее окно. Теперь надо настроить диапазон перемещения рукоятки. Для этого опишите ею несколько раз подряд круги, отклоняя ее до упора. Крестик в квадратном окошке будет перемещаться вслед за рукояткой, но не доходя до края. Это нормально, компьютер как раз и должен запомнить, насколько отклоняется он от центра, и в дальнейшем внести необходимые корректировки, чтобы обеспечить полные перемещения по осям 1 и 2. Описан пару кру116
Часть шестая. Модернизация периферии гов, нажмите кнопку джойстика. Следующее окно просит вас подтвердить, что рукоятка, когда вы ее отпустили, вернулась в центральное положение. Если надо, снова подправьте центровку и нажмите кнопку на рукоятке.
Шаг 2 Определяется диапазон регулировки тяги, то есть начальное и конечное положение регулятора оси 3 джойстика. Поверните несколько раз регулятор тяги до отказа вперед и назад. На экране начнет меняться высота столбика под номером три. Вы опять увидите, что не удается полностью задействовать весь диапазон регулировки — драйвер пока настраивается на крайние значения. Нажмите кнопку на рукоятке. ШагЗ Следующим шагом вы настроите диапазон перемещения регулятора поворота. Поверните Rudder вправо и влево до упора несколько раз подряд и снова нажмите кнопку на рукоятке. Как и на предыдущем этапе, можно наблюдать за изменением индикатора, он помечен цифрой 4.
Шаг 4 После того, как компьютер настроился на все четыре оси джойстика, предстоит показать ему, как работает рычажок обзора POV, расположенный на рукоятке. Делается это в четыре приема. Сначала вы передвигаете рычажок вперед, в окошке настройки загорается стрелка вверх. Потом, не отпуская рычажок, нажимаете на клавиатуре клавишу ввода, как того требует инструкция, но можно и мышкой щелкнуть по кнопке Set POV. Теперь компьютер предлагает сдвинуть рычажок вправо, загорается правая стрелка. Снова нажимаете клавишу ввода, Процедура повторяется для перемещения рычажка POV вниз и влево. После этого, окно на экране меняется и компьютер сообщает вам, что джойстик успешно откалиброван. Вам надо нажать кнопку Finish, чтобы сохранить изменения в файле конфигурации.
Тестирование джойстика Вернувшись после сохранения параметров калибровки на диск в окно свойств джойстика Game Controller Properties, не спешите покидать его. Полезно перейти на страничку Test и проверить, насколько хорошо вам удалось откалибровать джойстик. Страничка тестирования разбита на три участка. В зоне Axes вы убеждаетесь, что джойстик правильно отцентрован, наклон рукоятки обеспечивает полное перемещение указателя-крестика в стороны. Вращая регуляторы тяги и поворота, вы можете использовать весь диапазон управления. Как видите, усилия не пропали даром, и теперь компьютер понимает, когда регуляторы вашего джойстика стоят в нулевом положении, а когда выведены до отказа. В зоне Point of View Hat можно проверить, как реагирует компьютер на рычажок переключения обзора. Сдвигайте его вверх-вниз и вправо-влево, на экране должны появляться соответствующие стрелки. Третья зона позволяет проверить работу кнопок джойстика. При нажатии на спусковой крючок должен загореться индикатор 1. Причем он не гаснет, пока вы держите кнопку нажатой — это обеспечивает непрерывную стрельбу. Кнопка, расположенная на выступе слева на ручке, которую удобно нажимать большим пальцем правой руки, имеет номер 2. Кнопки 3 и 4 размещены на ручке сверху. Проверьте их работу тоже.
117
Часть шестая. Модернизация периферии Если все нормально, закрывайте окно свойств джойстика, нажав кнопку ОК. Быть может, не все у вас получилось или вы не совсем довольны? Тогда повторите процесс калибровки, вернувшись на страничку Settings. Казалось, что может быть проще процесса подключения и настройки джойстика? На самом-то деле проблемы возникают где-то в 8 случаях из 10. Почему? Дело в том, что отечественный рынок предоставляет возможность приобретать только недорогие китайские модели джойстиков, самые лучшие из которых стоят около $30. Это идеальный вариант для начинающих геймеров. Профессионалы, если возможно так сказать, поедут в Москву и купят достойный «аппарат», который стоит более $70. Обидно, что начинающие, может, тоже купили бы такой, но, видимо, проблема не столько в деньгах, сколько в отсутствии какойнибудь информации о наличии товара. Значит, массам достается китайский ширпотреб, к которому если и прилагается инструкция с информацией как подключить и настроить, так, в лучшем случае, на английском языке. Вот вам и повод для того, чтобы матерились перед экранами мониторов будущие покорители виртуальных небес. Для тех, кто совершенно ничего не знает, как и к чему подключать джойстик, сразу замечу, что это необычайно полезное в воздушных боях устройство подключается к специальному разъему MIDI/Game аудиокарты. Значит, если у вас нет звуковой платы, вы — потенциальный горемыка, который не сможет летать как птица и стрелять как чеченский снайпер. Предположим, что аудиокарта у вас есть, и разъем вы уже тоже нашли. Перед подключением джойстика в разъем MIDI/Game следует выключить питание системного блока, то есть обесточить ПК. В случае, если компьютер был все-таки включен в момент подключения джойстика, то не стоит беспокоиться, что вы могли нанести большой вред вашему компьютеру. В худшем случае спалите порт MIDI/Game, и никакой джойстик вам уже не понадобится.
Глава 4: Смарт-карты SmartCards («умные карты») — это пластиковые карточки с блоком памяти или со встроенным микропроцессором. В отличие от достаточно простых магнитных карточек они способны обеспечить высокий уровень безопасности, так как могут производить идентификацию владельца по PIN-коду или биометрическим параметрам, шифрование хранимых данных. Поэтому сегодня они применяются практически повсеместно для разграничения доступа к различным объектам и службам, для хранения личных данных (паролей, ключей, кодов, сертификатов), в качестве кредитных и дебитных карт, виртуальных кошельков, билетов. Распространение смарт-карт достигло таких масштабов, что на серийных материнских платах стали появляться разъемы для подключения считывателей для них. В общем случае все смарт-карты делятся на несколько видов. Во-первых, они могут оснащаться либо микропроцессором, либо памятью. Во-вторых, они могут быть контактными и бесконтактными. В первом случае у карты имеется контактная плошадка и ее нужно вставлять в считыватель. Во втором случае между двумя слоями пластика находится антенна, с помощью которой встроенный микропроцессор взаимодействует со считывателем. Международная организация ISO разработала стандарт на смарт-карты — ISO 7816. Он регламентирует физиче-
118
Часть шестая. Модернизация периферии ские параметры карточки, расположение и форму контактной площадки, набор команд микропроцессора, протокол его взаимодействия со считывателем. В нашей повседневной ж и з н и смарт-карты встречаются не так уж и редко. Например, сотовый телефон стандарта GSM использует смарт-карту (SIM) для идентификации абонента и хранения различной информации (архива номеров и SMS-сообщений, телефонной книги пользователя.). При наличии считывателя с ней возможно работать, как и с любой другой картой. Известный тайваньский производитель материнских плат, компания Gigabyte Technology, одной из первых стала устанавливать на свои материнские платы разъемы для считывателей смарт-карт. Интерфейс SCR появился на платах Gigabyte благодаря использованию чипа ввода-вывода IT8712F производства тайваньской компании Integrated Technology Express (ITE). Функции по взаимодействию со считывателем возложены на один из двух асинхронных приемниковпередатчиков (UART), которые в общем случае используются для работы СОМпортов компьютера. Фактически SCR-интерфейс ничем не отличается от СОМ: это точно такой же асинхронный последовательный интерфейс, работающий на скорости 9600 бит/с с 8-битным словом, контролем четности, одним старт- и двумя стоп-битами. Только разъем находится не снаружи, а внутри системного блока. Для того чтобы переключить UART на SCR, нужно зайти в BIOS Setup (раздел «Peripheral Setup») и выбрать функцию UART2 (вместо «Standard» поставить «SCR»). При этом никаких драйверов для работы считывателя не требуется. Контактный считыватель для смарт-карт ReadOl-In-l производства тайваньской фирмы Taiwan Zetatronic Industrial выполнен в форм-факторе 3.5" и устанавливается в свободный слот для дисковода. К разъему на плате он подключается небольшим шлейфом (идет в комплекте). На его лицевой панели, кроме прорези для карточки, есть два светодиода — зеленый, сигнализирует о подаче напряжения, и красный, который зажигается тогда, когда карточка вставлена в считыватель. Должен заметить, что SCR-интерфсйс имеется только у материнских плат на чипсетах Intel. Нет, это не дискриминация VIA, это «вышла боком» интегрированность «южного моста» VIA VT82C686, который заменяет собой чип ввода-вывода. Но сторонники VIA и AMD не должны расстраиваться. У новых материнских плат на чипсетах Pro266, KT266 чип ITE все-таки будет, так как на них используются другие «южные мосты», к примеру, VT8233/C (для шины V-Link). Интерфейс SCR использует не только Gigabyte. Разъемы уже замечены на платах менее популярных у нас брэндов Cbaintech и Soyo. тоже оснащенных чипом IT8712F, Я же проводил свои, испытания именно на материнской плате Gigabyte, а конкретнее, на GA-6OXET.
ITE GSM Reader/Editor Считыватель, который Gigabyte предлагает подключать к своим платам, комплектуется только одной программой — GSM Reader/Editor, разработанный самой ITE, Это специальная утилита для работы с одним конкретным видом смарт-карт — SIM телефонов GSM. Для того, чтобы вставить маленькую «симку» в считыватель (точнее, чтобы ее оттуда потом достать), в комплекте есть специальная карточка-переходник.
119
Часть шестая. Модернизация периферии Функциональные возможности утилиты невелики. Она позволяет считывать, редактировать и сохранить на диске телефонную книгу мобильника. Это может оказаться полезным для набивания новой телефонной книги - на компьютерной клавиатуре это все-таки удобнее, чем на кнопках телефона. Также при смене SIM-карты возможно предварительно сохранить всю телефонную карту на диске. К сожалению, протестированная мной версия 1.20 утилиты GSM Reader/Editor не умела ни импортировать, ни экспортировать данные в какие-либо форматы. А было бы очень полезно. Кроме телефонной книги, с помощью утилиты возможно поменять PINкод и разблокировать SIM-карту с помощью PUK-кода. Интерфейс программы достаточно прост и незатейлив. Доля начата работы нужно нажать кнопку с изображением контактной площадки. Программа спросит PIN-код (если карточка защищена), и через десять-пятнадцать секунд прочитает всю телефонную книгу. Пользователь может отредактировать отдельные записи книги, после чего записать их обратно на SIM-карту. Все происходит достаточно просто и быстро. К сожалению, GSM Reader не знает о существовании кодировки UCS2, поэтому работать с русским языком не умеет. Я. конечно, попытался создать русские записи с ее помощью, по после записи их в SIM-карту ни телефон, ни сама утилита их не воспринимали. На данный момент считыватели смарт-карт являются скорее экзотикой, чем стандартным оборудованием персонального компьютера. Пока что слишком мало материнских плат с поддержкой этого устройства. Но популярность карточек растет: есть сведения, что каждый год число используемых смарт-карт возрастает на 60%, они постепенно вытесняют магнитные кредитки, бумажные пропуска и удостоверения. Вот когда они будут у всех без исключения, появятся и считыватели, и программное обеспечение.
Глава 5: Сканеры При вводе изображения в компьютер в первую очередь необходимо преобразовать его в последовательность электрических сигналов. Для этого используются так называемые фотоэлектронные элементы, которые проводят ток поразному — в зависимости от яркости света, попадающего на их поверхность. В качестве примера можно привести известный всем фотодиод. Проводимость этого прибора пропорциональна его освещенности. Поэтому, пропуская через фотодиод электрический ток и измеряя напряжение на его выводах, можно определять значение попадающего на него светового потока. Однако в качестве светочувствительных элементов для сканеров обычные фотодиоды не используются. Вместо них применяются другие устройства, чаще всего — так называемые приборы с зарядовой связью. Они чувствительнее к незначительным перепадам яркости света и намного компактнее. С помощью одиночного светочувствительного элемента можно измерить яркость только одной точки изображения, а чтобы считать всю поверхность, необходимо организовать целый массив фотодатчиков. Так, в цифровых видеокамерах используется двухмерная (прямоугольная) матрица ПЗС, на которую с помо-
120
Часть шестая. Модернизация периферии шью оптической системы объектива проецируется кадр. В сканерах эта проблема решена по-другому. Светочувствительные ячейки располагаются в ряд, а полученная таким образом линейчатая сканирующая головка движется относительно оригинала (или оригинал относительно нее — это зависит от конструкции сканера), считывая все изображение строчка за строчкой. Подобным образом работает обычный фотоаппарат, где пленка засвечивается через узкую щель между шторками, которая перемещается от одного края кадра к другому. При вводе цветных изображений точность передачи оттенков в значительной степени зависит от освещения. Во избежание искажений цвета в каждом сканере предусмотрен встроенный источник света — высококачественная галогенная лампа. А «связующим звеном» между источником света, изображением на бумаге и матрицей ПЗС (размер которой намного меньше ширины листа) служит оптическая система, состоящая из линз и зеркал. С ее помощью поток света направляется на оригинал, а отраженные лучи фокусируются на светочувствительных элементах. Кроме ПЗС, в сканерах могут использоваться фотодатчики других типов, в частности, так называемые фотоэлектронные умножители — ФЭУ (Photo Multiplier Tubes — РМТ). В этих приборах лучи, отраженные от оригинала, проходят между несколькими парами электродов, находящихся под высоким напряжением, за счет чего многократно усиливаются. Вследствие этого сканер с ФЭУ может различать детали даже на самых темных участках изображения. И наконец, еше один тип светочувствительных приборов, применяемых в сканерах, — контактные оптические сенсоры (Contact Image Sensor — CIS), Сканирующая головка, построенная на этой технологии, представляет собой линейку миниатюрных фотодатчиков, которые располагаются в непосредственной близости от оригинала. Это позволяет обойтись без системы зеркал и линз, а следовательно, снизить цену сканера. Однако качество изображений, считанных с использованием этих устройств, пока довольно низкое. В процессе считывания двухмерного изображения сканирующая головка движется относительно оригинала, а следовательно, неотъемлемой частью большинства сканеров является механизм, обеспечивающий их взаимное перемещение. Исходя из его наличия и конструкции различают следующие типы сканеров.
Ручные сканеры Эти устройства являются самыми простыми и дешевыми в своем классе. В их конструкции отсутствуют сложные прецизионные механизмы: пользователь сам двигает сканер по поверхности оригинала. Практически все ручные сканеры — небольшого размера, и поэтому позволяют считывать изображения шириной до 10 см. С другой стороны, нет ограничений на высоту оригинала, а поставляемое вместе с устройством программное обеспечение позволяет вводить картинки, ширина которых больше, чем область захвата сканирующей головки. Для этого придется сделать несколько проходов, а затем «склеить» полученные таким образом части изображения в одно целое. Ручные сканеры обладают серьезным недостатком. Пользователь не может двигать устройство строго равномерно и прямолинейно, что необходимо для качественного сканирования. Поэтому, чтобы получить приемлемый результат, нужны твердая рука и постоянные тренировки. Но даже в этом случае при вводе
121
Часть шестая. Модернизация периферии изображений с помощью ручного сканера неизбежно возникают искажения. Раньше, когда настольные сканеры стоили тысячу и больше долларов, их «ручные собратья» были очень популярными. Однако в последнее время цены на настольные модели упали, и вследствие этого спрос на ручные сканеры уменьшился. Сегодня их покупают, в основном, пользователи, сильно ограниченные и средствах. Однако у этих устройств есть одно преимущество: они компактны и могут с успехом применяться для ввода информации в портативные компьютеры. С ними можно работать в библиотеке, архиве или в любом другом месте.
Листовые сканеры По принципу действия эти устройства напоминают факс-аппарат. Считываемая страница с помощью специального механизма протягивается мимо голонки. Протяжный сканер может оснащаться лотком для автоматической подачи листов, что существенно увеличивает скорость ввода многостраничных документов. Качество сканирования у этих устройств, как правило, невысокое, главным образом из-за того, что при протягивании листа бумаги очень трудно добиться его равномерного движения без перекосов. Протяжные сканеры занимают немного места на рабочем столе и стоят довольно дешево. Кроме того, они очень часто комбинируются с другими периферийными устройствами. В качестве примера можно упомянуть дополнительный модуль для ввода изображений, которым оснащается принтер Hewlett-Packard LaserJet 1100A. Сконструирована даже клавиатура, в которую встроен малоформатный сканер. И наконец, протяжные сканеры очень часто входят в состав комбинированных периферийных устройств, выполняющих также функции принтера, копира, факс-аппарата и (в некоторых случаях) модема. Серьезным недостатком протяжных сканеров является то, что с их помощью можно сканировать только отдельные листы. Чтобы ввести таким образом страницу из журнала, его придется расшить или разорвать. А вот считать изображение с негнущегося носителя (например, картона) протяжным сканером нельзя вообще.
Планшетные сканеры Устройства этого типа напоминают копировальные аппараты: считываемый документ располагается на поверхности стеклянной пластины, под которой перемещается сканирующая головка. Такие сканеры являются универсальными, поскольку с их помощью можно вводить как отдельные листы, так и к н и г и , журналы и даже изображения небольших трехмерных объектов. Они также могут комплектоваться дополнительным устройством для автоматической подачи бумаги, которое устанавливается вместо крышки. В этом случае вы сможете быстро сканировать большое количество страниц, правда, только отдельных. Планшетные сканеры рассчитаны на ввод изображений с непрозрачных оригиналов. Для этого сканируемый документ подсвечивается снизу лампой, а сверху накрывается крышкой, дополнительно отражающей и рассеивающей свет. Однако считать таким образом изображения со слайдов, рентгеновских снимков и других прозрачных оригиналов не удастся, поскольку эти материалы нужно рассматривать, а значит, и сканировать в проходящем свете. Для работы с такими оригиналами планшетный сканер оснащают специальной приставкой, которая устанавливается вместо крышки и содержит дополнительный источник света. 122
Часть шестая. Модернизация периферии Список устройств, которыми можно оснастить домашний ПК, постоянно пополняется. Спускаясь с заоблачных ценовых высот, в наших семейных «вычислительных центрах» прописываются ЗВ-акселераторы, звуковые карты, высококачественные цветные принтеры. В последнее время перечень таких «необходимых вещей» пополнили сканеры. Казалось бы, еще совсем недавно их можно было увидеть только в издательствах и полиграфических фирмах, поскольку цены на эти устройства были недоступными для большинства владельцев домашних компьютеров. Однако сегодня самую дешевую модель цветного планшетного сканера можно приобрести примерно за S60, а заплатив от $120, вы станете обладателем довольно качественного и производительного устройства. «Занятие» для сканера в современном доме отыскать нетрудно. С его помощью можно вводить в компьютер фотографии и рисунки, чтобы затем отправлять их по электронной почте, использовать для оформления Web-страниц или составлять из них электронные фотоальбомы. Сканер окажет существенную помощь тем, кому приходится набирать тексты большого объема с печатных оригиналов, так как входящие в комплект поставки почти всех моделей программы оптического распознавания символов позволяют делать это намного быстрее. Если у вас есть факс-модем, то, используя сканер, вы сможете передавать факсимильные сообщения с бумажных оригиналов. Не забывайте также о формуле «сканер + принтер = копир» — хороший сканер может передавать изображение непосредственно на принтер, что позволяет довольно быстро снимать копии с документов. А в домашнем офисе дизайнера или переводчика, верстальщика или научного работника без сканера просто не обойтись. В последнее время практически все производители планшетных сканеров выпустили по одной, а то и по несколько недорогих моделей, рассчитанных на применение в домашних условиях. Однако характеристики этих устройств отличаются довольно сильно, да и разброс цен на них достаточно велик — от $60 до 220. Поэтому выбор сканера для неподготовленного пользователя представляется задачей весьма и весьма непростой, а чтобы ее облегчить, мы и решили провести тестирование. Основным отличием дешевых сканеров от «совсем дешевых» является способ их подключения к ПК. Все устройства начального уровня работают черед параллельный порт, а более дорогие модели используют SCSI или USB. Кроме того, простейшие устройства, как правило, обеспечивают сканирование с 30-битовым цветом, тогда как 36-битовый реализуется в аппаратах посложнее, хотя из этого правила есть несколько исключений. Что же касается такого важного параметра сканера, как разрешение, то среди протестированных нами моделей присутствуют устройства с оптической разрешающей способностью 300x600 и 600x1200 dpi. Прямой зависимости этого параметра от ценовой категории нет — сканеры с более высоким разрешением бывают как дешевые, так и несколько дороже. С интерполяционным разрешением ситуация еще интереснее — разброс его значений просто огромен (от 1200x1200 до 19200x19200 dpi), причем самые высокие обычно встречаются у дешевых моделей, которые ничем не отличились в ходе тестирования. Поэтому можно с уверенностью сказать, что столь большие цифры производители сканеров приводят исключительно в рекламных целях, и руководствоваться ими при выборе не стоит. Классифицировать сканеры по качеству работы и производительности так же четко, как по цене, невозможно. Более того, окончательные результаты тестов 123
Часть шестая. Модернизация периферии свидетельствуют о том, что привычное правило «чем выше цена, тем лучше качестно» по отношению к этим устройствам не всегда справедливо. Правда, модели высшей ценовой категории показали в большинстве случаев достаточно хорошие и стабильные результаты, однако говорить об их тотальном превосходстве над дешевыми аппаратами нельзя. Наоборот, некоторые из недорогих устройств справились с тестовыми заданиями не хуже, а иногда и лучше своих именитых собратьев. Не секрет, что домашние сканеры чаще всего применяются для двух задач: ввода и распознавания печатного текста или сканирования фотографий и других подобных изображений. Поэтому мы выбрали такую методику тестирования, которая позволила бы определить производительность и качество работы сканеров именно для этих процессов. Но нельзя и утверждать, что определенные нами характеристики одинаково важны для всех случаев использования домашнего сканера. Наоборот, его загрузка разнообразными задачами сильно зависит, в частности, от рода занятий его владельца. Однако общие закономерности в использовании этого устройства выделить можно. Так, сканирование и распознавание текста наверняка можно назвать самой распространенной областью п р и м е н е н и я сканера, причем очень часто обрабатываются многостраничные документы. Следовательно, важнейшими его характеристиками можно считать скорость работы в черно-белом режиме и качество распознавания текста. Заметим, что последний параметр в значительной мере характеризует возможности сканера не только в черно-белом, но и в цветном режиме, Сканирование цветных изображений — задача, пожалуй, не менее распространенная, чем предыдущая, однако при ее решении выдвигаются несколько другие требования к сканеру. Дело в том, что фотографии редко вводятся сразу в больших количествах, а поэтому вряд ли кто-нибудь занимается их сканированием «на скорость». Здесь первостепенную важность представляют качество ввода изображений, четкость деталей и точность цветопередачи. Что касается первых двух характеристик, то для их оценки вполне подойдет определенный нами параметр качества распознавания текста. А вот время сканирования изображения и цветопередачу мы измеряли отдельно. На методике определения последнего параметра и его значимости для домашнего пользователя хотелось бы остановиться особо. Цветные изображения, как правило, сканируются для передачи по электронной почте или размещения на Web-страницах, распечатки на цветном принтере либо отображения на экране ПК (на рабочем столе или в электронных фотоальбомах). В первых двух случаях изображение почти всегда оптимизируется с целью уменьшения его объема, причем входе этой операции вносятся цветовые искажения, зачастую превышающие погрешность сканера. При печати качество результирующего изображения определяется свойствами струйного принтера, который искажает цвета намного сильнее, чем сканер. Наконец, на экране монитора неточность воспроизведения оттенков была бы сразу заметна, но параметры цветопередачи у большинства сканеров оптимизированы таким образом, чтобы эти искажения не воспринимались человеческим глазом. В результате незначительные ошибки в отображении цветов практически неощутимы для непрофессионального пользователя, тогда как серьезных, заметно влиявших на вид картинки, в ходе тестирования не наблюдалось, за исключением очень редких случаев.
124
Часть шестая. Модернизация периферии
Слайд-сканеры Для качественного считывания изображений со слайдов существуют специальные сканеры. Поскольку они работают с оригинатами небольшого размера, а полученные изображения в дальнейшем приходится многократно увеличивать, у этих устройств очень качественные оптика и электроника, а в роли светочувствительного элемента применяется двухмерная матрица ПЗС (как в цифровых видеокамерах), Эти устройства, как правило, намного дороже обычных планшетных или протяжных сканеров. Слайд-сканеры по внешнему виду обычно напоминают планшетные, но меньше по размерам. В некоторых моделях предусмотрен специальный выдвижной лоток со стеклянной подложкой, на которую помешают слайды.
Барабанные сканеры До появления и распространения настольных сканеров с приемлемым качеством эти устройства практически повсеместно использовались для ввода изображений при допечатной подготовке изданий. Барабанные сканеры и по сегодняшний день дороги и сложны в использовании, но они незаменимы там, где нужно сканировать графику для высококачественной цветной печати. В качестве светочувствительного элемента в барабанных сканерах используется фотоэлектронный умножитель. Он располагается внутри полого стеклянного цилиндра, на поверхность которого накладывается оригинал. В ходе сканирования цилиндр вращается вокруг своей оси, что позволяет вводить изображение точка за точкой. Сегодня барабанные сканеры обеспечивают самое высокое качество сканирования. Их преимущество заключается в том, что фотоэлектронные умножители очень чувствительны к незначительным изменениям яркости и, следовательно, позволяют различать большее количество оттенков, особенно в области очень темных и, наоборот, очень светлых тонов. Но хотя цены на эти устройства в последнее время значительно снизились, они все равно остаются дорогими по сравнению с планшетными и, тем более, протяжными сканерами. Однако на сегодняшний день характеристики лучших ПЗС не намного хуже, чем у ФЭУ, а следовательно, новые профессиональные планшетные сканеры обеспечивают практически такое же качество сканирования, как и барабанные.
Цветное сканирование Все светочувствительные приборы, применяемые в сканерах, измеряют только яркость попадающего на них света, но не его спектральные характеристики, по которым человеческий глаз различает цвета. Поэтому для ввода в компьютер цветных изображений пришлось дополнительно доработать конструкцию сканера. Согласно законам физики любой оттенок может быть составлен из трех основных цветов — красного, синего и зеленого. Поэтому, если в заданной точке измерить яркость веех трех составляющих, можно однозначно определить и ее цвет. В первых цветных планшетных сканерах использовался трехпроходный метод сканирования. В этом случае изображение считывалось трижды, причем при каждом проходе измерялись значения только одной из трех основных цветовых составляющих, для чего использовались либо сменные светофильтры на обычной
125
Часть шестая. Модернизация периферии лампе белого света, л ибо три цветные лампы (трехлам повое сканирование). Недостатком трех проход но го метода была низкая скорость работы — в три раза меньше по сравнению с черно-белым сканированием. Кроме того, необходимость наложения друг на друга трех отдельно полученных изображений приводила к ошибкам и искажениям. Альтернативой этому методу является однопроходное сканирование. В оптическую систему сканера добавил и призму, разлагающую отраженный от сканируемой картинки белый свет на спектральные составляющие. В сканирующей головке предусмотрены три отдельные линейки ПЗС, расположенные таким образом, чтобы на каждую из них попадал световой пучок только одного из трех основных цветов — синего, красного или зеленого, Главным препятствием на пути к широкому распространению сканеров, работающих по такому принципу, была высокая стоимость ПЗС, но по мере снижения цен на эти чипы однопроходные сканеры практически повсеместно вытеснили трехпроходные. В современных сканерах используются также усовершенствованные матрицы приборов с зарядовой связью, получившие название цветных ПЗС. Такая микросхема содержит три линейки светочувствительных элементов, каждый из которых оснащен встроенным светофильтром. При использовании цветных ПЗС отпадает необходимость в призме и сложной системе раздельного фокусирования световых пучков. В итоге сканирующая головка получается более компактной и дешевой.
Параметры сканеров Чтобы определить свойства той или иной модели сканера, в первую очередь рассматривают ее технические параметры. Производители сканеров при описании своих изделий зачастую приводят очень большое количество разных характеристик, но возможности устройства определяют, в основном, следующие параметры: •
разрешающая способность. глубина цвета.
•
размер области сканирования, быстродействие.
•
способ подключения.
Разрешающая способность Разрешающая способность, или разрешение — это количество точек, которые сканер может различить на отрезке единичной длины. Эту величину измеряют в точках на дюйм (dots per inch — dpi). Однако при оценке разрешающей способности сканера следует учитывать два следующих фактора. Во-первых, разрешение сканера почти всегда определяют не одной, а двумя величинами — в горизонтальном (по ширине л иста документа) и вертикальном (по высоте) направлениях. Разрешение по ширине определяется свойствами чипа ПЗС, а именно, количеством светочувствительных элементов в линейке.
126
Часть шестая. Модернизация периферии В вертикальном направлении (по ходу движения головки) разрешающая способность зависит от шага ее перемещения и равна количеству позиций, которые может занимать сканирующая головка на отрезке длиной в 1 дюйм. Соответственно, полное разрешение сканера обозначается двумя числами, например 600x600 dpi, причем эти значения не обязательно должны быть одинаковыми. До недавних пор в большинстве моделей шаг головки выбирался таким образом, чтобы разрешение по горизонта!и и вертикали было одинаковым. Однако в последнее время многие разработчики используют в своих изделиях прецизионные механизмы, позволяющие увеличить количество возможных позиций сканирующей головки на е д и н и ч н о м отрезке. В этих сканерах вертикальное разрешение больше, чем горизонтальное, например 300x600 dpi. Но если отсканировать картинку с такими параметрами, она, естественно, будет растянута по вертикали. Во избежание этого при сканировании либо отказываются от уменьшения шага головки (в таком случае устройства с разрешением 300x600 dpi работают в режиме 300x300 dpi), либо прибегают к специальной дополнительной обработке рисунка. Описанные выше значения обеспечиваются реальными физическими характеристиками считывающей системы сканера. Поэтому их называют оптическим разрешением. Этот параметр для современных домашних планшетных сканеров в большинстве случаев равен 300x300 или 300x600 dpi. Для дальнейшего повышения разрешающей способности сканера можно продолжать совершенствовать оптику и механику устройства (что приводит к существенному повышению его цены) или же воспользоваться одним из методов программного увеличения разрешения. Программные атгоритмы повышения разрешающей способности сканера работают по следующему принципу. Между точками, реально считанными оптической системой устройства, программа вставляет дополнительные, цвет которых рассчитывается на основе значений оттенков их ближайших «соседей». Полученное таким образом навое разрешение называют интерполированным. Оно может превышать оптическое во много раз. Например, сканер, работающий с максимальным оптическим разрешением 300x300 dpi, может передавать в графическую программу изображения с интерполированным разрешением 600x600 dpi и выше, однако при этом их качество существенно снижается — картинки становятся слегка размытыми. Технология интерполяции недостающих точек нашла применение и при обработке картинок, отсканированных с неодинаковым разрешением по ширине и высоте. Допустим, сканер считывает картинку с разрешением 300 dpi по горизонтали и 600 dpi по вертикали. При ее обработке программа самостоятельно достраивает точки, которых недостает в рядах. Однако в этом случае таких «выдуманных» точек гораздо меньше, чем при обычной интерполяции. Поэтому качество полученной таким образом картинки хотя и ниже, чем при сканировании с высоким оптическим разрешением, но выше, чем после интерполяции точек в рядах и столбцах.
Глубина цвета Для определения числа цветовых оттенков, которые способен различить сканер, часто используют два взаимосвязанных параметра — глубину цвета и собственно количество цветов. Первый из них — это число разрядов, отводимых для 127
Часть шестая. Модернизация периферии кодирования цвета каждой точки, он измеряется в битах. Второй же — количество различных оттенков, которые можно закодировать двоичным числом соответствующей разрядности. Как мы уже говорили, при сканировании считываются значения трехосновных цветовых составляющих каждой точки — синей, красной и зеленой. Во многих случаях для кодирования любой из них отводят по 8 бит, а всего для точки — соответственно 24 бита. В таком режиме количестве! воспроизводимых цветов равно 16,7 млн. Однако на сегодняшний лень уже получили распространение сканеры с глубиной цвета 30 и 36 бит. Стоит заметить, что в большинстве случаев рисунок с такой глубиной цвета обрабатывается только внутри сканера, после чего на компьютер передается изображение в 24-битном цвете.
Размер области сканирования Этот параметр определяет максимальные размеры документа, который вы сможете считать с помощью данного сканера. Некоторые младшие модели планшетных сканеров позволяют обрабатывать листы формата Legal (8,5x14 дюймов, или 216x356 мм). Большинство же недорогих устройств рассчитаны на сканирование листов формата Letter (8,5x11 дюймов, или 216x280 мм), который примерно соответствует привычному А4 (210x296 мм).
Скорость сканирования Общее быстродействие сканера зависит от большого количества разнообразных факторов: характеристик механизма сканера, производительности компьютера, быстродействия используемых программ, текущего разрешения и глубины цвета. Поэтому измерить скорость сканирования довольно трудно. Производители сканеров часто приводят в технических спецификациях своих изделий скорость движения каретки в линиях или миллиметрах в секунду. Однако эта характеристика имеет очень мало общего с реальной производительностью сканера, Поэтому быстродействие той или иной модели определяется эмпирически — путем пробного сканирования.
Способ подключения При выборе сканера всегда важно знать, как именно он подключается к компьютеру. На сегодняшний день насчитывается три варианта подключения сканера. Многие недорогие модели присоединяются к параллельному порту (который обычно используется для подключения принтера). Это очень удобно, поскольку для установки сканера нет необходимости открывать корпус ПК. Недостатком такого способа подключения является сравнительно низкая скорость передачи данных. Более производительные модели планшетных сканеров подключаются к ПК через интерфейс SCSI. Если у вас уже есть жесткий диск или привод CD-ROM с этим интерфейсом, то сканер можно присоединить к имеющемуся в компьютере SCSI-контроллеру. В противном случае вам пригодится отдельный SCSI-адаптер, который обычно входит в комплект поставки устройства. Такой способ подключения обеспечивает высокую скорость передачи данных, но для установки контроллера необходимо открыть корпус, что не всегда удобно в связи с условиями гарантии на системный блок ПК. Самые современные сканеры подключаются к компьютеру через порт USB. Эта новая интерфейсная шина обеспечивает высокую скорость передачи данных,
128
Часть шестая. Модернизация периферии а также простоту подключения периферийных устройств. Однако порт USB есть только в новых ПК. В связи с этим большинство сканеров, рассчитанных на работу через USB, дополнительно комплектуются и кабелями для подключения к параллельному порту.
Драйверы Как известно, для управления устройствами, входящими в состав компьютера, служат небольшие программы — драйверы. Для нормальной работы сканера также необходим драйвер, причем для каждой модели эта программа разрабатывается отдельно. Но «услуги» сканера могут потребоваться любой из многочисленных программ, тем или иным способом обрабатывающих сканированные изображения. Для этого в Windows пришлось стандартизировать программный интерфейс драйверов этих устройств таким образом, чтобы любая графическая или OCR-программа изначально имела возможность работать с любой моделью сканера. Таким стандартом стал TWAIN. Совместимые с ним драйверы обеспечивают взаимодействие сканеров со всеми программами, поддерживающими этот интерфейс. На сегодняшний день вес приложения, так или иначе работающие со сканированными изображениями, поддерживают интерфейс TWAIN, a среди сканеров практически все современные модели являются TWAIN-совместимыми.
Глава 6: Плоттеры Режущие плоттеры Первые режушие плоттеры поя вились более 15 лет назад и считаются на сегодня одними их самых перспективных технологий. Интерес к ним растет год от года. Все плоттеры разделяются на два класса — со свободным ножом и тангенциальным ножом. Свободный нож (его еще называют флюгерным, так как он, как флюгер, разворачивается в сторону приложенной силы) является стандартным и общераспространенным типом режущего ножа, который используется в абсолютном большинстве каттеров. Проблема каттеров со свободными ножами заключается в том, что они не способны резать некоторые специальные пленки (светоотражающие, особо толстые, со сложной структурой), так как «вязнут» в них, или начинают задирать и рвать пленку на острых углах. Кроме того, на сложных пленках пользователь вынужден значительно снижать скорость резки, чтобы свободный нож успевал развернуться по нужной траектории. Все эти проблемы отсутствуют в каттерах с тангенциальными ножами (модели серии SummaSign), в которых нож имеет принудительный привод и разворачивается в нужную сторону под управлением программы. Так как в связи с этим у тангенциальных ножей отсутствует понятие offset (то есть, смещение кончика острия ножа относительно оси его вращения) и ему нет необходимости совершать сложные маневры для выхода на заданную траекторию, он очень просто режет сложные пленки (толстые и вязкие) под любыми углами, может резать более мелкие детали, и в общем работать с гораздо более высокой производительностью по сравнению со свободными ножами.
129
Часть шестая. Модернизация периферии
Струйные плоттеры Струйные плоттеры — стремительно развивающееся направление. Их главные достоинства следующие: фотореалистическое качество изображения (с применением RIP), тенденция к удешевлению расходных материалов, высокая скорость печати полноцветного изображения, возможность печати с шириной до 152 см, появление материалов, стойких к выцветанию и с ограниченной стойкостью к воде (без ламинирования). Современный струйный плоттер класса high-end обладает следующими свойствами: возможность работы с пигментными чернилами (обеспечивают определенную стойкость к воде и выцветанию), встроенная система непрерывной подачи чернил из больших емкостей (300-500 мл), рулонная подача и приемная катушка с электрическим резаком и системой подсушки. Последние два свойства обеспечивают возможность непрерывной продолжительной работы в автономном режиме.
Цветные электростатические термоплоттеры В настоящее время в широкоформатных плоттерах применяются две термотехнологии: с термопереносом и термовосковые. Плоттером с термопереносом красителя является модель SummaChroma фирмы Summagraphics, имеющая формат А1 (61см) и разрешение 406 dpi. Выпускается эта модель уже несколько лет, но по ряду причин на российский рынок не поставляется. Термовосковые широкоформатные плоттеры — новинка в наружной рекламе. Разработку такой модели провели фирмы Tektronix и Mutoh. Основные достоинства этого плоттера: довольно высокая скорость печати и гарантия устойчивости изображения к влаге и солнечному излучению без ламинирования до трех недель. К недостаткам можно отнести громоздкость этого устройства, стираемость изображения (то есть, его нельзя, например, наклеить на пол) и ограниченная способность к ламинированию (холодные ламинирующие пленки не пристают к восковой поверхности, а горячее ламинирование можно производить только при низкой температуре порядка и низком давлении, что не позволяет использовать толстые пленки с хорошими свойствами защиты от ультрафиолета). Последний недостаток не дает возможности использования таких плакатов в наружной рекламе на длительный срок. Всеми этими обстоятельствами и объясняется тот факт, что остальные фирмы заняли выжидательную позицию по отношению к термовосковой технологии в широкоформатных плоттерах.
Глава 7: Принтеры изнутри: обзор технологий струйной печати Если задать простой вопрос: «Кто сегодня больше всего думает о рисовании?» — кроме очевидных ответе» (дети, художники), появится еще один. Это создатели принтеров, люди самых разных профессий, от физиков и конструкторов до химиков и программистов. Они готовят краски, «холсты», придумывают рисующие машины и всевозможные способы точного воспроизведения самых различных картин.
130
Часть шестая. Модернизация периферии Поставим обшую задачу создания изображения на бумаге. У нас есть распылитель — некое устройство, выстреливающее капли чернил. Есть сами чернила. И, наконец, программа — часть драйвера, которая управляет распылителем, и «говорит» ему, в какой момент времени какую краску надо наносить на бумагу. Отсюда выводятся частные задачи. Распылитель должен быть как можно более точен. Его характеристики — разрешение печати и размеры капли, причем он должен уметь создавать капли разных размеров. Сегодня каждый производитель нашел свой подход к этой задаче, но суть фирменных технологий остается неизменной — распылитель должен быть гибким и точным. Технология Epson Variable Droplet позволяет сплошные массивы быстро заливать крупными точками, а мелкими тщательно прорабатывать тонкие цветовые переходы и детали изображения в максимальном разрешении. Чуть позже для термопечати аналогичную задачу решили Canon и Hewlett-Packard. У Canon технология Drop Modulation предполагает использование двух нагревателей в каждой форсунке, при одновременном включении их образуется капля втрое меньшего объема, нежели в стандартном режиме. Скорость и точность «полета» капли были отдельным предметом исследования Canon, в результате чего дюзы форсунок получили звездообразную форму, а нагреватель перенесли к самому краю трубки. У компании Lexmark — свой оригинальный подход. Картриджи к современной линейке принтеров 7x5 имеют форсунки двух диаметров — маленькие, стреляющие 3-пикалитровыми каплями и большие — на 10 пиколитров. Точность распыления напрямую связана с разрешением печати. Которое, в свою очередь, зависит от точности механизма, количества дюз в распылителе и скорости выстреливания капель. Несмотря на разные подходы к формированию картинки, все производители вынуждены наращивать и точность механики и «скорострельность» печатной головки. Epson и Canon в последние годы увеличили разрешение до 2800 dpi, Lexmark — до 3600. a Hewlett-Packard — до 4800. Хотя в последних моделях HP этот режим используется только в случае высокого разрешения исходного фа ила-фото графи и, от 1200 dpi. Скорость печати нечасто бывает предметом отдельных исследований, считается, что по мере совершенствования головок и механики принтера постепенно растет и скорость (особо шустрые модели уже обогнали недорогие лазерники). Тем интереснее, реализованное в принтерах Canon BJC-5000/5100 решение. Две печатающие головки в них получил и независимую «подвеску». Поставив два одинаковых картриджа можно вдвое ускорить печать. Допускаются и сочетания чернильниц — черная с цветной и цветная с фотокартриджем. Параллельно с решением задачи оптимального размера капель, решается другая — «как наносить». Эту задачу выполняет драйвер — именно он определяет в реальном масштабе времени, сколько и куда надо «накапать» чернил. Наиболее оригинальный подход, пожалуй, предложила Hewlett-Packard — ее технология PhotoRet (Resolution Enhancement Technology) развивается уже не первый год и сегодня появилась четвертая версия — PhotoRet IV. Смысл этого подхода таков: перед тем, как распылять краску, неплохо подумать, как ее оптимально распылять. И HP предложила рисовать картину относительно большими точками, но цвет каждой точки выбирать из большой палитры. Для этого большая капля, попадающая на бумагу, формируется из нескольких мелких. Причем компоненты дозируются очень точно. Например, 9 частей черного. 3 — маженты, 5 — циана и 1 -
131
Часть шестая. Модернизация периферии желтого. В последних моделях принтеров HP печать ведется в шести цветах, и в итоге цвет каждой точки можно выбирать из палитры в 1,2 миллиона цветов. Конечно, это намного меньше, чем в стандарте TrueColor (16 млн. цветов), но в томто и секрет, что, гибко выбирая цвет каждой точки, можно сохранить общую палитру, но значительно увеличить скорость печати. Мысль здравая. Но конечный результат HP примерно такой же, как у других производителей, а значит — это не единственный работающий метод.
Вместе или раздельно? Позиция Seiko Epson такова: лучшая на свете технология не просто струйная, а пьезоструйная. То есть та, в которой основным двигателем распыления служит пьезокристалл — вещество, меняющее форму и объем под воздействием электрического тока. Если подать на кристалл импульс тока, он создаст в чернилах волну, которая достигнет дюзы и выплеснется из нее в виде микроскопической капельки. После чего сразу запускают обратный процесс (обратная волна), которая всасывает паразитные брызги, чтобы на бумаге получилась ровна капля, а не клякса. Главная достоинство технологии — повышенная долговечность печатной головки, поэтому ее встраивают в принтер (или совмещают с ним). По заявлениям Epson, ресурс печатающей головки равен ресурсу принтера. И это действительно так, если принтер используется регулярно, «голова» также регулярно промывается чернилами. Но, если по какой-то причине, принтер долго (больше месяца) не использовался, чернила в каналах засыхают. После чего их приходится долго промывать. В особо запущенных случаях штатные средства принтера не справляются, и тогда приходится менять в ссрвис-ценре засохшую намертво головку примерно за полцены принтера. Если засохла недорогая модель (до S100) проше сразу купить новую. Другой подход представляют Hewlett-Packard и Lexmark. Они, напротив, полностью отказываются связывать судьбу принтера с судьбой головки. Отчасти это объясняется применяемой технологией распыления — термоструйной. Здесь двигателем является нагревательный элемент, в последних моделях даже два элемента. Это микроскопическая «печка» мгновенно нагревает чернила, увеличивая их объем, от чего, по всем законам физики, чернилам становится тесно в канале и они вырываются из дюзы. А для подавления паразитных капель применяются разные способы — в частности, звездообразная форма дюзы. В принципе, на нагревателях также можно сделать головку с большим ресурсом, но это намного сложнее, чем в случае пьезотехнологии. Поэтому сторонники раздельного подхода создают относительно дешевые головки с маленьким ресурсом и встраивают их в картридж. Разумеется, это удорожает производство картриджей, но как показывают текущие цены, пользователю в любом случае приходится много платить. Кроме того, на рынке нет поддельных картриджей со встроенными головками, мошенники их не подделывают, а перезаправляют другими, явно неродными чернилами. А главное достоинство такой схемы — если в печатной головке намертво засыхают чернила, пользователь в худшем случае лишается картриджа, а не принтера. Третий подход выбрали Canon и Xerox (не во всех моделях). Они предпочитают делать термоструйные головки с большим ресурсом (он также, по заявлениям производителя равен ресурсу принтера), но не жестко встраивать их в принтер, а «мягко» — головка снимается достаточно легко, и пользователь, в случае чего,
132
Часть шестая. Модернизация периферии может просто купить новую и самостоятельно ее заменить. Ее пена, конечно, не половина принтера, а гораздо меньше — примерно пятая часть. Так что в случае «мертвого засыхания» больших убытков не будет. У м н ы й подход к формированию изображения на способе подготовки точек не заканчивается, а только начинается. И здесь, пожалуй, у струйной печати — самый большой резерв развития. Драйверы становятся все более -думающими». Они не просто распыляют чернила по шаблону из файла, но тщательно анализируют исходную картинку. Основной подход Epson к этой проблеме называется PhotoEnhance. При этом человек доверяет драйверу выстраивание ивстов, отказывается от точной передачи цвета по какому-либо стандарту цветокоррекции. И надо сказать, что часто PhotoEnhance оправдывает высокое доверие. Есть примеры, когда анализ картинки позволял вытягивать совершенно неожиданные элементы изображения (подобная работа в Photoshop'e требует высокой квалификации). То есть, получается, что драйвер «додумывает» за человека, как представить изображение наилучшим образом. И над алгоритмами «додумывания» трудится целая армия математиков. В частности, их труд направлен на восстановление при печати недостающих элементов, которые пропадают в низком разрешении. По сути, эта задача эквивалентна экстраполяции, но на практике решается более тонко — программа не просто анализирует ход имеющихся линий и продолжает их, она выделяет объекты изображения и стремится придать им определенную форму. В той же технологии Epson PhotoEnhance иногда можно наблюдать интересный результат, как драйвер, допустим, «подчищает» кожу, убирает се мелкие дефекты. То есть, он знает, что на картине присутствует человек. И его надо сделать красивым. Hewlett-Packard решает эту задачу по частям. В состав последних принтеров HP входит соответствующий набор утилит: Contrast Enhancement, Digital Flash, SmartFocus, Sharpness и Smoothing (усиление контраста, цифровая вспышка, интеллектуальная фокусировка, резкость и разглаживание). Если выставить в этих утилитах режим «Auto», общая работа будет напоминать то, что делает Epson PhotoEnhance. Canon ограничивается вытягиванием оттенков и деталей картинки на особо темных и очень светлых участках с помощью своей Color Image Processing System (CC1PS). Для фотографий можно включить отдельную опцию фото-оптимизатора, где кроме традиционной цветокоррекции с учетом условий освещения и настройки контраста, есть и нетривиальные алгоритмы. Всем знакомы дефекты фотографий, сделанных против света — неестественно белое небо и, хуже того, сам объект съемки на первом плане бледный и неконтрастный. Или — цветовой шум, особенно заметный при съемке цифровой камерой в условиях низкой освещенности, когда однородный в оригинале фон замусоривается лишними точками. Полностью исправить такие дефекты сложно даже вручную (или придется повозиться над каждым фото час-другой-третий), но получить визуально приятные отпечатки можно автоматически. Ни один производитель не решится утверждать, что его умные драйверы полностью устраняют проблему цветокалибровки — до этого еще очень далеко. Но, оказывается, если речь идет о печати фотографий, пепочку калибруемых устройств можно сократить до двух — принтера и цифровой камеры. Технология Epson PRINT Image Matching (PIM) фактически представляет особый язык, на ко-
133
Часть шестая. Модернизация периферии тором общаются эти два устройства. Если точнее, цифровая камера сохраняет свои настройки вместе с кадром (гамма, цветовой баланс, насыщенность, яркость, резкость) и передает эти данные принтеру. Все данные записываются в заголовке стандартного jpg-файла. Думаете, что для PIM'a нужен особо хитрый принтер. вроде Epson Stylus Photo 895, читающий кадры прямо с флэшек»? Спешу успокоить — технология работает и в привычном режиме, файлы можно загрузить с камеры в компьютер и затем уже вывести на печать. Только обрабатывать такие файлы в графических редакторах не стоит. Потому что еще одно преимущество «непосредственной печати» — в сохранении цветовой палитры YCbCr цифровой камеры, заметно более широкой, нежели цветовое пространство монитора (sRGB). Технологию РШ пока поддерживают исключительно последние модели Epson, то с цифровыми камерами дело обстоит проще — на инициативу откликнулись Casio, Nikon, Olympus, Sony и многие прочие известные.
Химия Тот факт, что вслед за основным производителем совместимые чернила начинают смешивать десятки фирм, добиваясь вполне приличных результатов, не означает, что задача получения «правильной краски» проста, и в картридж можно залить чернила «Радуга». То есть залить-то можно, но на бумаге такие чернила расплывутся, а печатную головку очень скоро засорят. А ведь мы в требуем от чернил многого — достоверной цветопередачи, влаго- и светостойкости, они не должны сыпаться или наоборот насквозь пропитывать бумагу (в обоих случаях придется либо покупать очень дорогую бумаг>' с фирменным покрытием, либо без всякого удовольствия смотреть на отпечатки, сделанные на обычной). Наконец, любой современный принтер, обладающий большой скоростью печати, нуждается в быстросохнущих чернилах, иначе они просто-напросто смажутся в выходной стопке, Чернильные проблемы каждая фирма решает по-своему. Например, Epson для повышения стойкости отпечатков экспериментирует с пигментными чернилами. Они давно и широко используются в черных картриджах, по атмосферной стойкости их можно сравнить с тонером для лазерных принтеров. Но цветные пигментные чернила проигрывают традиционным водорастворимым (dye-based) в части цветопередачи, да и механическая прочность покрытия получается невысокой. Крупные частицы пигмента плохо впитываются бумагой, и слой получается неравномерной толщины. Чтобы избавиться от этих недостатков Epson в своих чернилах ColorFast предложила измельчать пигмент до среднего размера частицы 0,1 мкм и заключать каждую частицу в оболочку из прозрачного полимера. Срок службы отпечатков заявлен нешуточный — до 200 лет, против 15 — у прежних водорастворимых чернил Epson Quick Dry. Конечно, нужно делать скидку на вероятное рекламное завышение характеристик и существенно разнящиеся условия службы одних и тех же отпечатков. Пока могу только отметить, что чернила прежнего поколения были использованы мною для печати этикеток на принтере Epson Stylus Photo 700. Этикеток для домашних солений и вина, которые в условиях достаточно холодного, а потому сырого погреба совершенно потеряли краску. И на них уже нельзя было бы, не будь других отметок. Тогда как старые черно-белые «пигментные» отпечатки HP DeskJet 600 остаются читабельными втехже условиях уже пять лет. Словом, если компания Epson добьется такой же стойкости и для цветных чернил, то честь ей и хвала.
134
Часть шестая. Модернизация периферии HP, тем временем, продолжает «химичить», и в последнем PhotoSmart 7550 количество разных чернил доведено до семи! Считайте сами — один картридж с черными пигментными чернилами предназначен для быстрой печати стойкого ко всему текста, второй — с водорастворимыми чернилами трех основных цветов CMY-модели — для цветной графики, для печати фотографий служит третий картридж, содержащий светло-голубые, светло-мал и новые и черные водорастворимые чернила. При необходимости достоинства пигментных и водорастворимых чернил могут быть в прямом смысле слиты воедино. Не менее круто замешивает чернила Canon. Чего стоит один только «оптимизатор чернил» — прозрачное вещество, заливаемое в отдельный отсек черного картриджа! При нанесении его на обычную бумагу перед печатью (естественно. точечно, в те же самые позиции, что будут покрыты чернилами) повышается водостойкость отпечатков, а более всего выигрывает режим черно-белой текстовой печати.
Сервис Как только в принтерах Hewlett-Packard появилось автоматическое выравнивание картриджа, оно казалось чем-то надуманным, почти ненужным. Не так часто необходима эта функция, чтобы серьезно к ней относиться. А сегодня, когда встречается принтер без автоматического выравнивания, смотришь на него как на недоделанного. Пока только Epson не стала применять эту технологию, Canon и Lexmark поняли, что это особенно полезно в принтерах, где приходится черный картридж менять на фото и наоборот. Думаю, если эту процедуру придется проделать всего два раза вдень, вспомнишь автоматику добрым словом. А л иста и чутьчуть краски не жалко. Кстати о Lexmark (поводов вспомнить ее до сих пор было немного): пока первая и единственная озаботилась автоматическим выравниванием бумаги, поставив вертикальный ряд роликов для «разворачивания» листа. Не совсем к механической части принтера, а скорее к электронике, можно отнести встраиваемые уже во многие модели датчики типа бумаги. Два детектора определяют степень отражения и преломления света, заправленного в принтер материала, и передают результаты замеров в драйвер. А драй вер не только удивляет пользователя своей осведомленностью, но и автоматически подстраивает параметры печати. Универсальные принтеры имеют дело с разными носителями будущей твердой копии документа: тут и рулонная бумага, и фотокарточки, и даже компакт-диски (например, для принтера Epson Stylus Photo 950). В идеале принтер должен иметь несколько входных лотков, дабы пользователь не тратил времени на смену бумаги, а для выбора нужного неплохо бы предусмотреть пару кнопок на передней панели принтера (чтобы не лезть в настройки драйвера). Не такая эффективная в работе, но не менее любопытная технология Relay Feeding ASF — релейный узел автоподачи бумаги от Canon. Принтер запоминает длину первого листа печатаемого документа и подает последующие листы, не дожидаясь полной выгрузки предыдущего. Не бог весть, какое изобретение, и лазерные принтеры давно научились прогонять листы друг за другом, но секунду-другую в расчете на страницу этот способ экономит.
135
Часть шестая. Модернизация периферии Никак нельзя и без мелочей, доставляющих приятные эмоции тестерам и пользователям (первым, пожалуй, даже в большей степени, потому что докапываться до иной особенности принтера — далеко не всякому человеку любопытно). Но, например, печать без полей, реализованная в отдельно взятых принтерах Canon, Epson и Hewlett-Packard — вещь крайне полезная. Причем не только для печати фотографий (здесь есть альтернатива для ленивых — встречается фотобумага с отламывающимися полями, так что даже и резак не нужен). Получить какой-нибудь чертеж или плакат метрового калибра, можно хоть на принтере формата А4 (разумеется, если делать это приходится эпизодически и «правильного» плоттера нет под рукой). Только традиционный способ омрачается потраченным на обрезку полей временем, «бесполевой» же метод прост — достаточно разложить фрагменты и прихватить скотчем. Кстати, технологическая проблема, мешающая разрешить на всех принтерах печать без полей (по крайней мере, боковых) — в опасности залить чернилами валики, протягивающие бумагу. Epson ее решила напрямую, установив по краям формата поролоновые подушечки, собирающие лишние чернила. Не совсем, на мой взгляд, красивое решение, но у других тоже есть недостатки. У принтеров Hewlett-Packard бумага схватывается посередине, причем так жестко, что потом на отпечатке остаются крошки от резинового прижима. Причем, иногда из-за этого возникают дефекты печати. Из почти «софтовых» удобств можно отметить HP Ink backup: когда вы доделываете свой проект поздно ночью и нет времени сбегать за новым картриджем. принтер может печатать черный текст, задействуя цветные чернила. Конечно, распечатка будет несколько сероватой, но все же лучше чем ничего, и гораздо логичнее поведения некоторых принтеров, отказывающихся даже опознаваться драйвером, когда одна из чернильниц опустела.
Глава 8: Цветопередача Известно, что цвет — это длина электромагнитной волны, регистрируемой нашим глазом. В дальнейшем придётся отталкиваться от такого объективного определения, хотя на самом деле воспринимаемый нами цвет есть понятие глубоко субъективное и зависящее от множества принципиально неучитываемых параметров — от меню за последние пару дней до просто настроения. Но измерением цвета по длине волны занимаются разве что физики, а для практических нужд используется тот факт, что глаз выделяет из света три компоненты, которые условно соотносят к красному, синему и зелёному. Смешивая лучи этих цветов в разных пропорциях можно получить любой видимый глазом цвет. Это и есть основа цветовой системы RGB, в которой и работают практически все мониторы, что прекрасно видно, если рассмотреть точки экрана под лупой. Однако уже на этом шаге не всё так просто. Для понятий «красный», «синий» и «зелёный» определены точные длины волн — но на самом деле колбочки сетчатки чувствуют совсем не их! Ещё в 1931 году CIE (Commission Internationale de 1'EcIairage) были замерены реакции глаза на свет различной длины волны, и оказалось, что кривые отзыва очень далеки от логически удобоваримых.
136
Часть шестая. Модернизация периферии
3»
«3
«S
I»
15!
5S!
К»
Их, не мудрствуя лукаво, назвали X, Y и Z и решили принять их за основу измерения цвета, а чтобы немного удобнее ориентироваться в получаемом цвете разработали модель xyY — где Y есть уже параметр яркости, а х и у получаются из X, Y и Z: x=X/(X+Y+Z), y=Y/(X+Y+Z). Иногда вводят и z=Z/(X+Y+Z), но, очевидно, z= 1 -х-у. В координатах ху обычно отображают локус — набор всех цветов, воспринимаемых глазом.
-.
137
Часть шестая. Модернизация периферии Однако такая система чересчур неравномерна — например, изменив один параметр на единицу, мы можем почти не заметить разницы в цвете, а изменив на туже единицу другой — получить нечто совсем новое. Степень нелинейности достигает при этом 1:80.
Чтобы хоть как-то компенсировать это, начали придумывать новые системы, производные от XYZ: YUV. Lab, Luv и прочие. YUV, Luv и иже с ними используются, как правило, «телевизионном деле, а вот Lab используется в компьютерной вёрстке всё чаше. Но главная беда всех производных систем цветопередачи — они относительны. В них передаётся информация о том, как цвета разных точек изображения соотносятся друг с другом — но не как они должны выглядеть! Если вы читаете текст с монитора и видите его на белом фоне, который передаётся на монитор как максимум красного, синего и зелёного, это вовсе не значит, что этот белый фон имеет такой же цвет, как и у другого пользователя. Достаточно просто тронуть регулировки яркости и контрастности — или изменить внешнее освещение — чтобы увидеть, как изменяется цвет. Сказанное выше касается излучаемого света, или аддитивного цвета — то есть когда при складывании каналов мы увеличиваем яркость. А любая распечатка передаёт цвет отражением части спектра падающего на него света, так называемым субстрактивным цветом — при добавлении красителей мы уменьшаем яркость. И здесь снова проявляется проблема внешнего освещения: ярким солнечным днём на улице и поздним вечером за тусклой лампочкой одна и та же распечатка будет смотреться совсем по-разному.
138
Часть шестая. Модернизация периферии
Но это, всё-таки, проблемы, от компьютерной темы отдалённые; а как быть нам, обладателям мегабайт и гигагерцев? Что сделано в этой области для нас, дом а ш н и х пользователей? Идея контроля цвета в компьютерных системах достаточно проста: выбирается некое подмножество цветов, а каждому устройству приписывается профиль — правило пересчёта из цветового пространства данного устройства в это подмножество. Стандарт па профили устройств был разработан в 1993 году (котя работы ведутся до сих пор) международным консорциумом по цвету, ICC. Рабочее подмножество описывается в координатах XYZ, а в файле профиля указывается тип устройства (сканер, монитор, принтер), цветовой охват и таблицы для пересчёта из пространства устройства в XYZ или Lab. Причём, поскольку пересчитывать можно по-разному, хранится четыре варианта таблиц: absolute colorimetric — когда считается, что белый цвет одинаков, relative colorimetric — когда осуществляется пересчёт и белого цвета, perceptual — когда искажаются цвета не только вне цветового охвата, но и близкие к его краям: это обеспечивает лучшее восприятие пвета глазом, и, наконец, saturation — искажение цветов ради получения наиболее насыщенных оттенков, что важно для рисунков и бизнес-графики. Заниматься сквозным контролем цвета всех изображений, проходящих через компьютер, призвана Color Management System —система управлений цветом, которых, на самом деле, существует достаточно много — Kodak, Agfa. Apple с разной степенью агрессивности продвигают именно свои системы. Одна из них, от Microsoft, встроена непосредственно в Windows; собственно, она не сильно отличается от других, но профессиональные программы — такие как Adobe PhotoShop и иже с н и м — позволяют пользоваться любой другой системой, а так же создавать свои собственные профили. В качестве же универсального цветового пространства Microsoft совместно с Hewlett-Packard продвигают стандарт sRGB — «урезаныный» вариант, посильный для middle-end-техники. Казалось бы. какие могут быть проблемы, когда за дело берутся такие гиганты рынка? Увы, как ни странно, особого облегчения CMS не приносит, Вопервых, все цветовые преобразования являются необратимыми. Простейший пример — нарисуйте в PhotoShop несколько прямоугольничков разного цвета, для примера, в RGB. Запишите их цвета и переведите картинку в любой другой режим - Lab, CMYK... а потом — обратно. Смею вас уверить, что не изменится только белый (потому что преобразования абсолютные), и, в лучшем случае, некоторые серые оттенки. А ведь файл в CMS претерпевает по меньшей мере два преобразования — на входе со сканера или камеры и на выходе — при печати.
139
Часть шестая. Модернизация периферии
Простоенство RGB
Во-вторых, никуда не исчезла проблема белого цвета. До тех пор, пока лист бумаги не будет выглядеть так же, как и белый экран монитора — похожесть цветов может быть только относительной. В третьих, два принтера одной модели — или даже один и тот же принтер, но в разных условиях — может выдать очень малопохожие распечатки для одних и тех же файлов. И это уже не вдаваясь в такие подробности, как недостаточность таблиц профилей — зачастую в них идут восьмибитные данные... Кстати, тех, кто активно печатает дома с прицелом на некоторую профессиональность и подготавливает файлы в CMYK ожидает сюрприз от Microsoft: подсистема печати Windows понимает только RGB! И если вы оправляете на печать из того же PhotoShop CMYK-картинку, то сначала сам PhotoShop переведёт её в RGB, а уже потом драйвер принтера пересчитает обратно в CMYK. Именно поэтому если вы хотите получить на принтере чистый мажентовыи цвет, надо использовать не CMYK (0,100,0,0) a RGB (255,0,255). Единственным спасением для CMYK в Windows является использование postscript-принтера, чем и пользуются профессиональные дизайнеры и цветоделители. Так как же быть? Совет стар и прост: расслабится. У вас есть фотография, вы сканируете ее, печатаете на цветном струйнике и получается похоже. Более или менее. Если вам так уж интересно выбрать оптимальный вариант — распечатайте ее в четырёх-пяти экземплярах, с различными установками цветопередачи. Но не стоит рассчитывать, что найденное сочетание установок даст столь же хорошую распечатку у вашего друга... или даже на следующей фотографии.
Глава 9: Струйная технология печати: за и против Я не люблю попсовую культуру, и все, что, по моему понятию, к ней относится. Попсовая культура — это не только музыка. Она проявляется везде, в том числе и в компьютерной области. Главный ее признак — когда критерием выбора той или иной вещи является не качество и не соотношение цена/качество, а желание получить стандартное устройство, которое есть у большинства. Причины 140
Часть шестая. Модернизация периферии для этого могут быть самые разные — от привычной консервативности человеческой психики, страха перед возможными проблемами с незнакомым устройством, до стадного чувства «чтобы как у всех». Причем я прекрасно осознаю, что бороться с попсовой культурой бесполезно... К чему такое длинное вступление? По моему мнению, струйная печать — это влияние попсовой культуры на мир печати. Я прекрасно понимаю, что поклонников этого метода огромное количество, и что все нижеприведенное Bi>i3Oвет множество возражений. Тем не менее, я попытаюсь развеять несколько заблуждений касательно струйных принтеров.
Самые дешевые? Самый объективный параметр, по которому можно оценить стоимость принтера — это стоимость отпечатка. Причем в эту стоимость надо заложить и цену самого принтера. По стоимости отпечатка можно судить, во сколько обойдется владение принтером за определенный промежуток времени — например, за год. Для сравнения стоимости рассмотрим самые дешевые модели струйных и лазерных принтеров. Не будем называть имен, скажем только, что оба производителя этих устройств входят в тройку самых популярных производителей, соответственно, струйных и цветных лазерных принтеров. Цены на расходные материалы меняются очень быстро, но будем считать, что погрешность в их определении составляет не более 20%. Что входит в стоимость отпечатка струйного принтера: •
специальная бумага (0,5 цента за лист), так как заявленное качество получается только на ней;
•
чернила (не забывая о том, что производитель указывает расход чернил для разрешения 300-360 dpi, где точки реже, а при максимальном разрешении расход чернил в 3 раза больше); ресурс принтера (25 000 листов).
У меня получилось $0,79 за лист формата А4 при пятипроцентной заливке каждым цветом с максимальным разрешением. Для лазерного принтера стоимость такого же отпечатка (только бумага обычная) дает 50,09 — и это с учетом ресурса принтера и всех расходных материалов (не только картриджей, но и износа барабана, печки, резиновых роликов)! Сравните эти две цифры. Еще раз напомню, что стоимость принтера в них уже заложена. На тот случай, если разница в 8 раз вас не впечатлила, приведу еще одну цифру. Согласно статистическим опросам, пользователь струйного принтера печатает в среднем в день 8-10 листов. Конечно, домашний пользователь использует принтер реже, но отдел рекламы любой компании — в несколько раз чаше. За год пользователь струйного принтера только на расходные материалы тратит $2850. Пользователь лазерного принтера на такой же объем печати потратит $300. Стоимость цветного лазерного принтера сейчас всего $1800. Используя струйный принтер, вы уже через год потратите на расходные материалы сумму, которой с лихвой хватило бы на покупку лазерника и расходных материалов кне-
141
Часть шестая. Модернизация периферии му на год. Даже если вы печатаете не 8 листов в день, а вдвое меньше, вряд ли $1500 — сумма, незаметная для вашего бюджета. Да, но ведь картридж можно дозаправить дешевыми, хоть и «неродными» чернилами! Так поступает большинство пользователей струйных принтеров. Эти чернила, безусловно, уменьшают стоимость отпечатка (хотя, если верить производителям принтера, на них он быстрее изнашивается, да и качество страдает). Но и для лазерных цветных принтеров существует рынок «неродных* тонеров и запчастей, которые иногда более чем вдвое дешевле оригинальных картриджей. Могу вас заверить, что в этом случае разница между стоимостью владения струйным и лазерным принтером все равно остается на том же уровне.
Достаточное разрешение? Максимум, достигнутый струйной технологией, — 2800 х 1400 dpi. При этом капля имеет размер 4 пиколитра (диаметр 12 мкм), что на бумаге составляет 30 мкм. В общем-то, это противоречит заявленному разрешению, так как 30 мкм соответствует всего 900 точкам на дюйм. (Кстати, если считать, что капля не расплывается вообще, что нереально, все равно диаметр капли в 4 пиколитра — 12 мкм — может дать только 2100 dpi.) Максимальное разрешение лазерного принтера — 2400 dpi — обеспечивает размер точки в 10 мкм. То есть уже сейчас элементарная точка, напечатанная на лазерном принтере меньше аналогичной точки на струйном принтере в 3 раза. Споров о преимуществах и недостатках стохастического растрирования было достаточно много, чтобы не повторять их здесь. Напомню только основные положения. Стохастическое растрирование обеспечивает более четкие границы за счет потери цветовых деталей там, где точки ставятся особенно редко. При амплитудно-модулиро ванном растрировании (то есть, при полиграфическом растре), которое применяется во всех лазерных принтерах, мы имеем лучшую передачу деталей в тенях, но, соответственно, несколько менее резкие границы. Таким образом, то, что струйный принтер печатает с разрешением 1440 dpi. еше не значит, что он способен передать все детали исходного изображения с разрешением 300 dpi — темные области напечатаются достаточно хорошо, но светлые тона и лица будут выглядеть намного хуже, чем на экране. Именно поэтому производители струйных принтеров стремятся выбирать как можно более темные образцы печати. Лазерный принтер, в отличие от струйного, способен напечатать файл с разрешением 300 dpi без потери качества, независимо от оттенков, которые на нем присутствуют. А теперь посмотрим: как именно струйный принтер обеспечивает нужное разрешение? Как известно, для достижения максимального разрешения его печатающая головка проходит несколько раз по одному и тому же месту. Каждая капля чернил, вылетающая из сопел, немного отклоняется вниз и падает на бумагу не вертикально, а под углом. А при втором проходе печатающая головка движется в обратном направлении, и чернила падают на бумагу под другим углом. Поэтому на качество печати струнника влияют следующие факторы.
142
Часть шестая. Модернизация периферии Фактор первый — точность позиционирования печатающей головки. Ведь она вставляется в гнездо не идеально точно и имеет некоторый люфт. А разрешение 1440 dpi требует точности до сотой доли миллиметра! Фактор второй — истинный размер и форма капли чернил на бумаге. Ведь они на самом деле получаются не круглые, а овальные, так как падают под углом. Поэтому изображение нередко смазывается в направлении движения печатающей головки. Фактор третий — перспективы развития струйной технологии с учетом того, что струйная печать имеет естественное физическое ограничение на разрешение. Оно состоит из двух частей. Первое определяется бумагой. Пока что даже специальная бумага не обеспечивает разрешение выше 2500 dpi. Теоретически его можно преодолеть, если использовать не бумагу, а, например, пластик или другой материал, который будет дороже даже специальной бумаги (а она и без того стоит почти доллар за лист) в несколько раз. Второе ограничение определяется соплами принтера. Чернила представляют собой взвесь частиц краски в жидкости. Согласно законам физики, сделать бесконечно малую каплю такой взвеси невозможно. Точно оценить минимальный размер капли — достаточно трудоемкое занятие, но даже по грубой оценке он не может превышать 10 мкм. Этот факт ограничивает разрешение принтера значением 2500-3000 dpi. Таким образом, последние модели принтеров с разрешением 2800 dpi практически достигли «потолка» струйной технологии. Кроме того, современный уровень техники не позволяет создать столь мелкие сопла, расположенные не реже чем через каждую сотую долю миллиметра. Поэтому уже сейчас для имитации необходимого разрешения производители вынуждены заставлять печатающую головку проходить несколько раз по одному месту. Очевидно, что лазерная технология лишена подобных ограничений на разрешение. Это значит, что уже в ближайшее время она уйдет далеко вперед. Но ведь все говорят, что качество печати и так достигло уровня, когда глаз уже не видит отдельных точек, из которых состоит изображение? На самом деле это далеко не так (см. «Разрешение видимое и невидимое»).
Хорошая цветопередача? Цветопередача определяется тремя параметрами: цветовым диапазоном, воспроизводимым принтером; •
соответствием цвета на бумаге либо экранному изображению, либо сканированному оригиналу;
•
стабильностью цветовых характеристик.
Если один из двух последних показателей неудовлетворителен, то вы никогда не получите на отпечатке тех цветов, которые хотели. Бесспорно: цветовой охват четырехцветных струйных и лазерных принтеров практически идентичен, а диапазон цветов шестицветного струйного принтера значительно шире, нежели у цветного лазерного. Возможность использования шести и более картриджей — одно из немногих преимуществ современной струй-
143
Часть шестая. Модернизация периферии ной технологии. Но из-за того, что струйные печатные устройства относятся к разряду дешевых, никто и не собирается делать ICC-профили для шестицветной печати. Самостоятельно выполнять цветоделение не в стандартный CMYK, а в шесть цветов — задача очень нетривиальная, и справится с ней не каждый опытный дизайнер. А неопытному пользователю и вовсе приходится полагаться на то, что авось принтер поделит RGB файл корректно. Что происходит не всегда...
Разрешение видимое и невидимое В последнее время многие производители принтеров совершенно необоснованно заявляют о том, что вплотную приблизились к тому качеству, которое глаз уже не воспринимает как дискретное, составленное из точек. Н о н , например, прекрасно вижу дискретность картинки даже с последних моделей принтеров. Поэтому мне захотелось посчитать, какое же разрешение выводного устройства действительно соответствует разрешающей способности глаза. Для этого придется немного залезть в теорию строения глаза. В глазу примерно 6 миллионов колбочек. Распределены они неравномерно: в центре сетчатки есть область наилучшего зрения, где разрешение глаза составляет до 0,02 градуса, а на периферии сетчатки — всего 2 градуса. Но нас интересует именно область высокого разрешения, так как именно ею мы пользуемся, когда рассматриваем фотографию. Замечено, что человек обычно рассматривает фото с расстояния 18-20 см, з журнал — с 25 см. Будем занудами и посчитаем, что мы смотрим на отпечаток как на фотографию, то есть с более близкого расстояния, чем при обычном чтении текста. Легко подсчитать, что в этом случае глаз различает точку размером 0,05 мм (что соответствует около 500dpi). Но не будем забывать, что глаз — прибор более сложный, чем цифровая камера. Он воспринимает не статическую, а динамическую картинку, совершая микровибрации. Таким образом, каждую область изображения глаз проходит как минимум 3 раза с небольшим смешением. Когда, например, линейка сканера с разрешением 600 dpi проходит оригинал дважды со смещением на полшага CCD-линейки, принято говорить, что разрешение удваивается и составляет уже не 600, а 1200 dpi (так. по крайней мере, считают компании Canon и Epson). Поэтому статическое разрешение глаза нужно, как минимум, удвоить (1000 dpi). И не забудем, что мы говорим о полноцветных (как минимум, 24-битных) точках на дюйм. Теперь вернемся к нашим бара... то есть к принтерам. Очевидно, что глаз больше всего обращает внимание на светлые и средние тона. Поэтому оценить необходимое разрешение принтера при стохастическом растрировании не представляется возможным, так как нельзя предсказать, с какой частотой он будет ставить точки (причем точки эти — не полноцветные). Для оценки разрешения нужно взять полиграфический растр. Одна ячейка растра и является, по сути, той самой полноцветной точкой. То есть имеет смысл говорить о том, что минимальная линиатура, которую глаз воспринимает как непрерывную картинку, составляет 1000 Ipi. Хотя, если говорить объективно, глаз — как прибор, анализирующий картинку, — иногда «додумывает» несуществующие детали и, например, цепочку минимальных точек с пробелами такой же ширины воспримет как линию. Поэтому эту цифру для линиатуры надо уменьшить, как минимум, вдвое. В книге заведующего кафедрой университета печати, доктора технических наук Кузнецова Ю.В. указывается, что минимальная линиатура, которая не различается глазом как растр, составляет 350-370 Ipi. Минимальная точ-
144
Часть шестая. Модернизация периферии ка принтера Epson последней модели составляет 30 мкм. Чтобы составить точку полиграфического растра, надо поставить в ряд как минимум 16 таких точек. Таким образом, размер минимальной полноцветной точки на таком принтере составит 0,48 мм. (55 Ipi). Даже если посчитать «в лоб» (заявленные 2880 dpi соответствуют размеру точки 9 мкм) то линиатура составит 175 Ipi. Очевидно, что ничего обшего с разрешением глаза 500 Ipi эти принтеры не имеют. Кстати о профилях. Как известно, это характеристики самого устройства, показывающие, какой диапазон цветов принтер в состоянии передать, какие характерные искажения он вносит при печати изображения. Эти недостатки легко компенсируются правильно построенным ICC-профилем, так как типичны для всей партии устройств. Весь вопрос сводится к тому, поддерживает ли принтер ICC-профили, поставляются ли они в комплекте с ним, и можно ли их сделать самостоятельно для данного устройства с учетом всех его индивидуальных характеристик. Все недостатки струйных принтеров в этом плане диктуются только одним — их дешевизной. Как правило, производитель не дает к ним ни профилей. ни, тем более, программного обеспечения для их создания (которое само по себе стоит не менее $150). Таким образом, никто не может гарантировать, что тот зеленый цвет, который вы видите на экране или который был на сканированной фотографии, будет в точности перенесен на отпечаток, потому что контролировать процесс цветоделения на струйном принтере вы не сможете. Кроме того, цветопередача струйного принтера напрямую зависит от качества бумаги, так как чернила разных цветов расплываются на бумаге по-разному. Например, на обычной бумаге желтый цвет расплывается интенсивнее голубого, и изображение будет более желтым, чем вам хотелось бы. Кроме того, изготовить для всех партий взвесь (пропорциональную смесь частиц краски в жидкости) одинакового цвета гораздо сложнее, чем тонер (синтетический порошок) со стабильным цветом. Таким образом, разброс цвета для разных картриджей одного производителя достаточно значителен. Если вам повезло, и с вашим принтером поставляется программа для цветокалибровки, то, выполнив ее после очередной смены картриджей, вы можете в значительной степени компенсировать разницу в цветах чернил, но только при наличии денситометра или колориметра, которые стоят значительно дороже струйного принтера. Но даже при использовании одного и того же картриджа цвет чернил не остается постоянным! Жидкость и краска, из которых они состоят, обладают различными плотностями и, согласно законам физики, оставаясь в покое, имеют тенденцию разделяться, несмотря на диффузию. Другими словами, если принтер день простоял без дела, то внизу картриджа, ближе к соплам, будет больше краски, чем вверху. Если после этого начать печатать, то картридж вначале будет выдавать более интенсивный цвет, чем спустя несколько минут, когда в результате движения головки чернила перемешаются. Когда картридж будет на исходе, цвет чернил будет бледнее, чем в начале. Учитывая этот факт, цветопередача струйных принтеров становится вообще непредсказуемой. Но и это еще не все. Как я уже говорил, головка струйного принтера проходит над одной и той же областью несколько раз. Движется она от одного края листа к другому вовсе не с постоянной скоростью, как могло бы показаться, а с
145
Часть шестая. Модернизация периферии ускорением. Скорость движения головки ближе к краям листа отличается от скорости, на которой она проходит его середину. Соответственно, и угол падения чернил (и форма точки) в середине листа и на краях различна. А если отличаются формы точек различных цветов, значит, и цвет изображения будет отличаться — в зависимости от его положения на листе. Конечно, для домашнего пользователя, распечатывающего фотографии с дешевой цифровой камеры (которая «врет» цвета еше хуже принтера), все это — мелочи. Но для рекламного отдела, которые выводит на струннике макеты перед отправкой их в типографию это должно быть очень существенным.
Простота эксплуатации? Если долго не использовать картридж, то чернила в нем и в головке засыхают. Иногда помогает чистка головки (отчего пропадает до одной пятой чернил). Но чаше приходится менять картридж. При использовании некачественных чернил или при засыхании оных иногда приходится менять и печатающую головку. если она не встроена в картридж. Сделать это можно только в сервис-центре, и стоит это дорого. Если посмотреть статистику печати, которую я приводил в начале статьи. то можно подсчитать, сколько раз в год приходится заменять картридж. При этом каждый картридж еше надо прочистить, что тоже требует немало времени. Как известно, производства без брака не бывает, и за год вам обязательно попадется парочка бракованных картриджей (а в магазинах картриджи не меняют даже в случае обнаружения брака). Сравним все это с лазерным принтером. Список расходных материалов для него вначале может отпугнуть: тонеры четырех цветов, барабан (или ремень переноса), антипригарное масло (на некоторых моделях) и валик для печки. Но присмотримся внимательнее к ресурсам этих расходников. Срок жизни масла и валика для печки в полтора раза больше, чем срок жизни всего струйного принтера. О барабане и говорить нечего — там счет идет на сотни тысяч копий. Поэтому менять, как правило, приходится только тонеры. Да и у тех срок жизни таков (от 5000 до 14000 копий на одной заправке — в зависимости от модели), что за то время, пока струйный принтер отживет свое на 15000 копиях, вы поменяете тонеры всего дважды. Тонер — не чернила, он не засохнет. Поэтому можно не опасаться, что нужного картриджа вдруг не окажется в магазине. Кроме того, любой лазерный принтер построен по модульному принципу: любая его часть легко вынимается (потянул за ручку — и барабан у тебя в руках) и так же легко вставляется. Даже если ваша дочка поцарапает барабан гвоздиком, для его замены вам не придется ехать в сервис-центр.
146
Часть седьмая. Выбираем компоненты
Часть седьмая. Выбираем компоненты Глава 1: Выбираем материнскую плату Существует ли материнская плата, которая могла бы удовлетворить все потребности в плане расширения конфигурации компьютера в течении ближайших двух лет? Этот вопрос волнует, наверное, всех тех, кто хоть немного разбирается в аппаратной части ПК и решил вложить свои сбережения в современный высокопроизводительный компьютер. Ни для кого не секрет, что за развитием компьютерных технологий не угнаться, не обладая туго набитым кошельком. А ведь идти в ногу со временем хочется всем... По-моему, на этапе выбора комплектующих для вашего будущего ПК не стоит спешить с определением типа материнской платы, ограничиваясь доступными на сегодняшний день продуктами. Это ни к чему. На самом деле, более практичным оказывается доскональное изучение функциональных возможностей не только предлагаемых, но и ожидаемых в ближайшем будущем материнских плат. Лишь после определения потребностей конечного пользователя стоит заняться подбором подходящей модели. Для этого нужно уточнить количество, а также характеристики устанавливаемых устройств: используемая шина, габаритные размеры, возможность работы при повышенной частоте системной шины. На что прежде всего стоит обращать внимание при выборе новой материнской платы? Мелочей много, а через год или два сегодняшние мелкие недоработки могут перерасти в неразрешимые проблемы. Функциональные возможности — вот главный показатель, позволяющий определить достойного из равных, или просто продукт, который необходим.
Auto Jumper и Jumperless Все в конечном итоге создается только на благо пользователя. Для устанавливаемого в материнскую плату продессора возможно использовать некое подобие Plug&Play под названием Auto Jumper или CPU Plug&Play, Реализация этой функции позволяет обойтись без каких-либо переключателей при установке процессора. Материнская плата сама определит CPU, выберет необходимый множитель и частоту системной ш и н ы . Для более опытных пользователей во многих современных платах используется режим Jumperless. В переводе на русский Jumperless — устройство без применения переключателей. Так оно и есть. Установив процессор, вы без пинцета и отвертки самостоятельно меняете параметры работы CPU через установки в BIOS Setup. Нет необходимости опасаться механически нарушить целостность отдельных элементов ПК.
147
Часть седьмая. Выбираем компоненты
Возможность разгона Умные люди, как правило, бедны. Покупать дорогие CPU им не по карману. Нуждающиеся в дополнительных вычислительных мощностях разгоняют CPU, то есть заставляют центральный процессор работать на более высокой частоте, чем ему положено по документации. Определенные проблемы при разгоне могут произойти по вине материнской платы. Во-первых, она может оказаться вообще не предназначенной для работы CPU на нестандартных частотах. Во-вторых, при работе должен поддерживаться достаточно высокий уровень стабильности. Нет смысла разгонять CPU, если при этом ПК постоянно «виснет», В-третьих, некоторые устройства, встроенные в материнскую плату, могут перестать работать. А заменять, к примеру, встроенный контроллер SCSI на использующий свободный PCI-слот — нерационально. Идеальные материнские платы, позволяющие корректно работать на повышенных рабочих частотах CPU, встречаются нечасто. Для проверки стабильности работы нужно время и договоренность с продавцом о возможном возврате неподходящей для разгона центрального процессора материнской платы.
Встроенный аудио-, видеоадаптер и контроллер SCSI Конечно, это удобно и выгодно — за два устройства платить как за полтора. К тому же каждое встроенное устройство, будь то аудиоадаптер или контроллер SCSI, освобождает дополнительный слот РС1. Несколько иначе обстоят дела в случае использования встроенного видеоадаптера, использующего тину AGP. В принципе по своей природе шина AGP может быть только одна. И если AGP используется встроенным в материнскую плату видеоадаптером, то установить более производительный AGP-видеоакселератор не представляется возможным.
Больше PCI — меньше ISA Отмирают 15А'шные устройства. За видеоадаптерами последовали все, ранее предпочитающие шину ISA: сетевые карты, звуковые платы, TV-тюнеры... Все. До последнего времени исключение составляли лишь модемы, но и им пришлось, следуя основным тенденциям развития компьютерных комплектующих, перейти на использование PCI. Теперь понятно, что мола на слот ISA прошла. Это же принимают во внимание и производители материнских плат. Стандартный набор, состоящий из четырех слотов PCI и трех ISA, уступает место новому — с пятью слотами PCI. Много? Ничуть. В случае, если постараться, то запросто возможно заполнить нее свободные разъемы самыми необходимыми устройствами. Давайте подсчитаем. Пусть в основе видео будет AGP-вилеокарта. Добавим TV-тюнер, сетевую плату, два объединенных Voodoo 2, звуковую карту, SCSI-контроллер. В результате получается 7 устройств: одно AGP и шесть PCI. Так что пять РСГных разъемов мало, а не много или достаточно. Мониторинг Может быть, температура центрального процессора совсем не интересует большинство пользователей ПК. А как насчет тех, кто должен поддерживать стабильность работы системы в течение долгого времени без перезагрузки? В любом 148
Часть седьмая. Выбираем компоненты случае, получать диагностическую информацию о состоянии основных компонентов ПК необходимо и самой материнской плате, дабы обеспечить свою корректную работу и защиту от поломки в случае подачи неверного напряжения питания. Мониторинг основных компонентов персонального компьютера может включать в себя, кроме диагностики напряжения питания и температуры материнской платы, диагностику температуры CPU, контроль за скоростью врашения вентиляторов и открытием корпуса. Обладая функциональной возможностью мониторинга материнской платы, вы ограждаете если не себя, так менее опытного пользователя от работы с неисправным компьютером. Даже при включении питания и выходе из строя одного вентилятора или открытом корпусе системного блока BIOS тотчас же выдаст сообщение о неполадке и прекратит дальнейшую загрузку. При перегреве центрального процессора возможен переход как в режим ожидания (Standby), так и к полному отключению питания.
Разъемы питания для дополнительных вентиляторов Проблема обеспечения достаточного воздухообмена в корпусе системного блока с недавних времен стала беспокоить практически всех владельцев высокопроизводительных ПК. Кроме CPU нагреваются видеокарты, чипсеты материнских плат, ЗО-ускорители, платы аппаратного декодирования DVD Video, винчестеры, CD-Recorder'bi. Для того, чтобы обеспечить нормальное функционирование сложной системы, необходимо устанавливать дополнительные вентиляторы как на внутренней стороне корпуса системного блока, так и на самих теплоизлучающих устройствах. Для их подключения используются дополнительные разъемы питания. В случае, если они установлены на материнской плате и взаимодействуют с системой мониторинга ПК, возможно наглядно контролировать процесс охлаждения тешюизлучающих устройств, коих, к сожалению, на сегодняшний день «наплодилось» достаточно.
Нетрадиционные способы включения ПК Что ни говори, а нетрадиционное™ в компьютерной индустрии не так уж и много. Привыкают люди вводить текст с клавиатуры и не используют голосовые системы ввода текстовой информации. Привыкают к прямоугольным клавиатурам: так их только силой возможно заставить пользоваться эргономической. Выгода явная во всех проявлениях подобной нетрадиционности, но не для всех она столь актуальна, как хотелось бы производителям. Каждый день, приходя на работу или удобно устраиваясь в домашнем кресле, вы нажимаете одну и ту же (самую главную) кнопку «Power». Но ведь возможно обойтись и без нее. Во многие платы уже встроена функция включения системного блока с помощью обычной клавиатуры или даже манипулятора мыши, что очень удобно. Все описанные нововведения перспективны для модернизации. Нет сомнения, что в ближайшем будущем они будут воплощены в большинстве материнских плат, проектируемых для пользователей, которым небезразличен их инструмент для работы и развлечения,
149
Часть седьмая. Выбираем компоненты
Глава 2: Выбираем модем Внутренний модем устанавливается в свободный слот расширения на материнской плате компьютера и подключается к встроенному блоку питания, а внешний представляет собой автономное устройство, соединенное с компьютером через стандартный последовательный порт. Каждая из конструкций имеет свои достоинства и недостатки. Внутренний модем занимает слот системной шины (а их. как правило, не хватает), следить за его работой трудно из-за отсутствия индикаторов, к тому же описываемые модели принципиально не пригодны для портативных компьютеров типа notebook, имеющих узкопрофильный корпус и в большинстве случаев не обладающих разъемами расширения. В то же время внутренний модем на несколько десятков долларов дешеате внешних аналогов, не занимает места на столе и не создает путаницу проводов. Использование же внешнего модема подразумевает, что в компьютере, к которому он подсоединен, установлены наиболее современные микросхемы управления последовательным портом (UART). Микросхемы UART поя вились еще в первых ПК, поскольку уже тогда стало ясно, что обмен данными через последовательный порт — слишком медленная и сложная операция и лучше поручить ее специальному контроллеру. С той поры выпущено несколько моделей UART. В компьютерах типа IBM PC и XT, а также в полностью совместимых с ними, использовалась микросхема 8250, в AT ее сменила LART 16450. Большинство компьютеров на базе процессоров i386 и i486 до последнего времени комплектовались контроллером 16550, в котором появились внутренние аппаратные буферы типа «очередь», а сегодня стандартом становится UART 16550A — микросхема, аналогичная предыдущей, но с устраненными недоработками. Отсутствие буферов во всех микросхемах, кроме последней, приводит к тому, что передача данных через последовательный порт на скорости выше 9600 бит в секунду становится неустойчивой (использование MS Windows снижает этот порог до 2400 бит/с). Если необходимо подключить высокоскоростной внешний модем к компьютеру, использующему устаревшую микросхему UART, следует либо сменить мультикарту, либо добавить специальную карту расширения (что займет один слот шины и лишит внешний модем важнейшего преимущества). У внутренних модемов такая проблема не возникает — они СОМ-порт не используют (точнее, они его содержат). Сейчас у внутренних модемов появляется еще одно преимущество, также связанное со скоростью работы. Согласно спецификации V.42bis, данные при передаче могут быть сжаты примерно в четыре раза, следовательно модем, работающий на скорости 28800 бит/с, должен получать данные из компьютера или отправлять их в него со скоростью 115600 бит/с, что является пределом для последовательного порта ПК. Однако 28800 бит/с — не предел для телефонной линии, где максимум лежит где-то в районе 35000 бит/с, а на цифровых линиях (ISDN) пропускная способность превышает 60000 бит/с. Следовательно, в данной ситуации последовательный порт станет «узким горлом» всей системы, и потенциальные возможности внешнего модема не будут реализованы. Сейчас производители модемов разрабатывают модели, которые могли бы подключаться к более быстродействующему параллельному порту, однако очевидно, что устройства, проданные сейчас, к этому приспособить будет невозможно.
150
Часть седьмая. Выбираем компоненты В то же время многие модемы можно модернизировать для работы на больших скоростях, вплоть до способности работать на ISDN. Но все упирается в ограничительный барьер со стороны компьютера, который для внутреннего модема существенно выше 4 Мбайт/с (пропускная способность шины ISA). Кстати, все ISDN-модемы внутренние. Правда, все это будет завтра (а может и послезавтра), а сегодня можно сказать одно: выбирайте устройство того типа, который нравится вам — никаких функциональных различий между внутренними модемами и их внешними аналогами нет. Как известно, качество российских телефонных линий оставляет желать лучшего. Основное, что должно вас волновать при выборе модема, это то, что модем не просто должен, а обязан улучшать связь. Ибо мы живем в России. А в этой стране, как известно, холодно. Особенно зимой. И вода, зараза, попадает в коммуникационные колодцы. Связь портится, повышается уровень шума, появляется паразитное дрожание, скачет фаза, наконец, коннект разрывается, в общем, работать становится неприятно. Модем должен приспосабливаться к таким лини ям. Модем не может быть уникальным. Ваш модем должен быть понят другими модемами. Это означает, что модем должен поддерживать максимальное количество стандартов, то есть исправление ошибок, методы обмена данными и их сжатие. Самый распространенный стандарт — V.32bis для модемов со скоростью обмена 14000 бит/с. Для модемов со скоростью работы 28800 бит/сек стандартизованным протоколом является V.34. Кроме этого, необходимо подчеркнуть, что модемы, имеющие скорость обмена данными 16800, 19200, 21600 или 33600, не являются стандартными. Никакая коррекция ошибок не должна быть программной. Все должно быть вшито в модем его производителем. О внешности и о внутренности. Внешний модем через специальный шнур подключается к вашему последовательному порту. Такой модем, как правило, имеет регулятор громкости, информационные индикаторы, блок питания и другие, иногда полезные приблуды. Если вы профессионал, то вам должно быть все равно, какой модем выбрать — внутренний или внешний. Обычно, хороший внутренний модем через специальный софт неплохо эмулирует всю наглядность внешнего модема. Не покупайте ч исто импортные модемы. Эти железяки не уживаются на наших древних линиях. Приобретайте только сертифицированные модемы, то есть железо, специально прошитое под наши грязные телефонные станции. В России такой выбор весьма невелик. Этот рынок забили две компании: ZyXEL из солнечного Тайваня и U.S. Robotics из США. Модемы последней фирмы выбирают профессионалы (Courier), первой — все остальные, то есть все те юзеры, которые выбирают так называемый сверхналежный протокол ZyCell,
Courier V. Everything Модем бизнес-класса, предлагающий малым и средним предприятиям, а также крупным корпорациям высокую производительность, универсатьные возможности соединения, эффективную экономию расходов, то есть все, что необходимо для более надежной и продуктивной связи.
151
Часть седьмая. Выбираем компоненты Совместимость с технологией V. Everything Поддерживает больше стандартов, чем любой другой модем, представленный на российском рынке, Высокая производительность Поддерживает стандарт V.90 56 Кбит/с и технологию х2, обеспечивая пропускную способность до 230,400 бит/с (при использовании высокоскоростного DTE-устройства Courier и методов сжатия файлов). Надежное быстродействие Передает данные даже по каналам, не отличающимся хорошим качеством. Совместимость со всеми операционными системами Используется с платформами Windows, Macintosh, UNIX и DOS. Возможность обновления программного обеспечения Технологии Flash ROM к Flash DSP позволяют добавлять со временем новые функции, избавляя от необходимости покупать новый модем. Функции защиты Включают в себя авторизацию входящих звонков и обратный вызов. Автоматическая продолжительная работа Благодаря функции автоматического повторного набора и надежной круглосуточной работе, модем Courier можно использовать для приложений, способных в любое время суток осуществлять автоматическую передачу данных. Технология, которой можно доверять Корпоративный модем 3Com U.S. Robotics Courier V.Everything основан на той же технологии, которая разработана U.S. Robotics/ЗСот для концентраторов удаленного доступа, используемых крупнейшими в мире корпорациями и поставщиками информационных услуг. При подключении к Internet или корпоративной сети с помощью модема V.Everything связь чаще всего устанавливается через концентратор удаленного доступа U.S. Robotics/ЗСот, что гарантирует полную совместимость и превосходное качество связи в любое время. 3Com также является одной из немногих компаний, которые создают собственные встроенные программы для модемов. Обновление по мере роста Модемы потребительского класса, как правило, имеют фиксированные конфигурации. Когда изменяется технология, например, при переходе на более высокие скорости или при усовершенствовании функций безопасности, для обновления придется покупать новый модем. Реальная защита инвестиций Как модем бизнес-класса, корпоративный модем 3Com U.S. Robotics Courier V.Everything обеспечивает реальную защиту инвестиций, поскольку он основан на технологии Flash ROM и Flash DSP, позволяющей реализовать новые возможности с помощью простой загрузки программного обеспечения.
152
Часть седьмая. Выбираем компоненты
Глава 3: Выбираем CD-привод Компакт-диски (CD-ROM), изначально разработанные для любителей высококачественного звучания, прочно обосновались теперь на рынке компьютерных устройств. Благодаря своим малым размерам, большой емкости, надежности и долговечности они с успехом применяются в качестве устройств внешней памяти. Попутно отметим, что наличие привода CD-ROM на вашем компьютере позволяет не только использовать диски с программами, но и слушать музыку. Собственно привод компакт-дисков не похож на обычные дисководы только потому, что на эти диски нельзя записывать информацию. Низкая скорость передачи (около 150—300 Кбайт/с) обуславливает необходимость правильной организации данных на самом оптическом диске, иначе задержки в передаче данных могут достигать до 0,75 секунды, Кстати, на один компакт-диск можно вместить 150000 страниц текста, что эквивалентно 17 Библиям.
Форматы и стандарты Музыкальные оптические компакт-диски пришли на смену виниловым («грампластинкам») в 1982 году, примерно в то же время, когда появились первые персональные компьютеры фирмы IBM. Эти устройства явились результатом плодотворного сотрудничества двух гигантов электронной промышленности японской фирмы Sony и голландской Philips. Любопытно, что строго определенная емкость компакт-дисков связана с интересной историей. Исполнительный директор фирмы Sony Акио Морита (кстати, именно он является автором плейера Walkman) решил, что компакт-диски должны отвечать запросам исключительно любителей классической музыки не более и не менее. После того как группа разработчиков провела опрос, выяснилось, что самым популярным классическим произведением в Японии в те времена была 9-я симфон и я Бетховена, которая длилась 72—73 минуты. Видимо, если бы японцы больше любили короткие симфонии Гайдна или оперы Вагнера (исполняемые по два вечера), развитие компакт-дисков могло пойти совсем по другому пути. Но факт остается фактом, поэтому было решено, что компакт-диск должен быть рассчитан всего на 74 минуты звучания, а точнее на 74 минуты и 33 секунды. Так родился стандарт, известный как «Красная Книга» (Red Book). He все любители музыки могли согласиться с выбранной длительностью звучания, но, по сравнению с 45 минутами, предоставляемыми виниловыми пластинками, и их недолговечностью это было существенным шагом вперед. Когда 74 минуты пересчитали в байты, то получилось как раз 640 Мбайт. Напомним, что в работе над «Красной Книгой» {Red Book) кроме специалистов фирмы Sony приняли участие и специалисты фирмы Philips. Эта спецификация, в частности, определяла минимальные требования к качеству записи звука и регламентировала, например, такие характеристики аудио-компакт-дисков, как их размер, метод кодирования данных и использование единой спиральной дорожки. Две вышеназванные фирмы сыграли также ведущую роль при разработке первой спецификации цифровых компакт-дисков — так называемой «Желтой Книги» (Yellow Book). Она послужила основой для создания компакт-дисков с комплексным представлением информации, то есть способных хранить не только звуковые, но также текстовые и графические данные (CD-Digital Audio, CD153
Часть седьмая. Выбираем компоненты DA). При этом привод, читая заголовок диска, сам определял его тип (аудио- или цифровые данные). В этом стандарте, однако, не регламентировались логические и файловые форматы компакт-диско и, поскольку решение этих вопросов было полностью отдано на откуп фирмам-производителям. Это, в частности, означало, что компакт-диск, соответствующий требованиям «Желтой Книги», мог работать только на конкретной модели накопителя. Такое положение дел, особенно в связи с большим коммерческим успехом компакт-дисков, разумеется, не могло удовлетворить производителей подобных устройств, В общих интересах необходимо было срочно найти компромисс. Именно поэтому вторым стандартом «де-факто» для цифровых компактдисков стала спецификация HSG (High Sierra Group), ил и просто High Sierra. Этот документ носил, вообще говоря, рекомендательный характер и был предложен основными производителями цифровых компакт-дисков с целью обеспечить хотя бы некоторую совместимость. Данная спецификация определяла уже как логический, так и файловый форматы компакт-дисков. Отметим, кстати, любопытную деталь: название спецификации повторяет название отеля и казино одного из городков в Калифорнии, где собрались обсудить свои вопросы лидеры в производстве CD-ROM. К сожалению, для HSG-cneцификации подходящего цвета книги так и не нашлось. Впрочем, созданная спецификация оказалась настолько привлекательной, что принятый несколько позже международный стандарт ISO 9660 для цифровых компакт-дисков в принципе совпадал с основными положениями HSG. Заметим, что все компакт-диски, соответствующие требованиям стандарта ISO 9660, который определяет их логический и файловый форматы, являются совместимыми друг с другом. В частности, этот документ определяет, каким образом найти на компакт-диске его содержание (Volume Table Of Contents, VTOC). Заметим, что базовый формат, предложенный в HSG-спецификации, во-многом запоминал формат флоппи-диска. Как известно, системная дорожка {трек 0) любой дискеты не только идентифицирует сам флоппи-диск (его плотность, тип используемой операционной системы), но и хранит информацию о том, как он организован по директориям, файлам и поддиректориям. Инициирующая дорожка данных на компакт-диске начинается со служебной области, необходимой для синхронизации между приводом и диском. Далее расположена системная область, которая содержит сведения о структурировании диска. В системной области находятся также директории данного тома с указателями или адресами других областей диска. Существенное различие между структурой компакт-диска и, например, дискетой заключается в том, что на CD системная область содержит прямой адрес файлов в поддиректориях, что должно облегчить их поиск. Международный стандарт ISO 9660 описывает файловую систему на CD-ROM. ISO 9660 первого уровня напоминает файловую систему MS-DOS: имена файлов могут содержать до восьми символов, расширение имени файла (состоящее из трех символов) отделяется от имени файла точкой. Имена файлов не могут содержать специальных символов (-, ~, =, +). При именовании файлов используются символы только верхнего регистра, цифры и символ «_». Имена каталогов не могут иметь расширений. Каждый файл имеет версию — номер версии отделяется от расширения символом «;». Каталоги могут иметь глубину вложенности 8. Стандарт ISO 9660 второго уровня позволяет использовать в именах файлов до 32 символов, накла154
Часть седьмая. Выбираем компоненты дывая описанные выше ограничения. Диски, созданные с использованием такого стандарта, не могут использоваться в ряде операционных систем, включая и MS-DOS. Перед тем как продолжить, введем для компакт-дисков понятие сеанса. Отметим, что для большинства компакт-дисков вся хранимая впоследствии на них информация заносится за один технологический цикл или сеанс (single session). Как уже говорилось, оглавление диска, то есть указатель того, где и как на нем хранится информация, содержится в VTOC. Однако, после того как появилась технология, позволяющая дописывать информацию на специальные (дописываемые) CD-ROM, речь пошла уже о многосеансовых компакт-дисках и соответствующих приводах (multi session). Так, многосеансовые записи определены в форматах Kodak PhotoCD и CD-ROM XA (extended Architecture). В частности, технология фирмы Eastman Kodak PhotoCD предлагается в качестве недорогого средства для создания и доступа к цифровым фотографиям. Например, по этой технологии на специальный (дописываемый) компакт-диск можно записать любые 35-мм слайды и негативы, причем как черно-белые, так и цветные. Для того чтобы просматривать фотографии на экране монитора, необходим, разумеется, PhotoCD-совместимый привод. Такие приводы обладают способностью работать с многосеансовыми записями, то есть записями, сделанными именно в несколько приемов (сеансов). Обычный привод CD-ROM сможет прочесть только первую запись. Но одна запись может, разумеется, содержать несколько фотографий.
Основные принципы функционирования Обычный процесс изготовления компакт-диска состоит из нескольких этапов. Как правило, они включают в себя следующие операции: •
подготовку информации для записи на мастер-диск (первый образец);
•
изготовление самого мастер-диска и матриц (негатив мастер-диска); тиражирование компакт-дисков.
Закодированная информация наносится на мастер-диск лазерным лучом, который создает на его поверхности микроскопические впадины, разделяемые плоскими участками. Цифровая информация представляется здесь чередованием впадин (неотражающих пятен) и отражающих свет островков. Копии негатива мастер-диска (матрицы) используются для прессования самих компакт-дисков. Отметим, что сформированные лазерным лучом впадины очень малы по размеру. Примерно 30—40 впадин соответствуют толщине человеческого волоса, а это примерно 50 мкм. В приводе компакт-дисков можно выделить несколько базовых элементов: • •
лазерный диод; сервомотор; оптическую систему (включающую в себя расщепляющую призму);
•
фотодетектор.
155
Часть седьмая. Выбираем компоненты Итак, считывание информации с компакт-диска, так же как и запись, происходит при помощи лазерного луча, но, разумеется, меньшей мощности. Сервомотор по команде от внутреннего микропроцессора привода перемещает отражающее зеркало. Это позволяет точно позиционировать лазерный луч на конкретную дорожку. Такой луч, попадая на отражающий свет островок, через расщепляющую линзу отклоняется на фотодетектор, который интерпретирует это как двоичную единицу. Луч лазера, попадающий во впадину, рассеивается и поглощается — фотодетектор фиксирует двоичный ноль. В качестве отражающей поверхности компакт-дисков обычно используется алюминий. Разумеется, вся поверхность компакт-диска покрыта прозрачным защитным слоем, В отличие, например, от винчестеров, дорожки которых представляют концентрические окружности, компакт-диск имеет всего одну физическую дорожку в форме непрерывной спирали, идущей от наружного диаметра диска к внутреннему. Тем не менее, одна физическая дорожка может быть разбита на несколько логических. В то время как все магнитные диски вращаются с постоянным числом оборотов в минуту, то есть, с неизменной угловой скоростью (CAV, Constant Angular Velocity), компакт-диск вращается обычно с переменной угловой скоростью, чтобы обеспечить постоянную л и н е й н у ю скорость при чтении (CLV, Constant Linear Velocity). Таким образом, чтение внутренних дорожек осуществляется с; увеличенным, а наружных — с уменьшенным числом оборотов. Именно этим обуславливается достаточно низкая скорость доступа к данным для компакт-дисков по сравнению, например, с винчестерами. Как мы уже отмечали, в последнее время появились так называемые перезаписываемые компакт-диски CD-R (CD-Recordable). Носители типа CD-R могут быть записаны самим пользователем на специальном CD-R-приводе. В основном здесь применяются технологии, основанные на изменении отражающих свойств вещества подложки компакт-лиска под действием луча лазера. Кстати, заметим, что перезаписываемые компакт-диски в несколько раз дороже обычных. Дело в том, что в качестве светоотражающего слоя в них используется >же не алюминий, а золото. Между прочим, подобные компакт-диски обычно служат как мастер-диски для дальнейшего тиражирования. Тем не менее, в ряде случаев CD-Rдиски можно использовать и для долговременного архивирования какой-либо ценной информации. Заметим, что читать CD-R-диск можно и на обычном приводе, но. разумеется, только первый сеанс записи. Когда смотришь на неполностью записанный CD-R, область с информацией выглядит более темной и она легко различима. Писать информацию привод начинает от внутренних логических дорожек к внешним (от меньших по диаметру к большим). Стоит отметить основную разницу между аудио-компакт-дисками и компакт-дисками с цифровыми данными. Понятно, что пропуск (неправильное чтение) любой впадины на поверхности диска может привести к потере целостности записанных данных. Это, в свою очередь, ведет к воспроизведению неверной информации или невозможности запустить исполняемые модули записанных программ. Другое дело — аудио-компакт-диски. Здесь пропуск нескольких впадин на диске практически не сказывается на качестве звучания. Дело втом, что в данном случае на помощь приходит п р и н ц и п интерполяции. Как известно, интерполяция позволяет отыскивать значения промежуточных величин по уже известным зна156
Часть седьмая. Выбираем компоненты чениям. Например, предположим, что на аудио-диске было записано три последовательных значения 10, 13 и 20. Допустим, что второе число по некоторым причинам не прочихалось (например, из-за загрязнения или повреждения поверхности диска). Линейная интерполяция для чисел 10 и 20 дает 15 f(l()+20}/2]. Разумеется, полученное значение не совпадаете исходным, что, однако, в данном случае для кодирования аналогового сигнала (музыки) не имеет особого значения, поскольку слушающий музыку не ощутит это на слух. Таким образом, понятно, что привод для CD-ROM с цифровой информацией — устройство более претенциозное, нежели плейер, предназначенный только для аудиодисков.
Глава 4: Выбираем перезаписываемый CD-привод Долгое время пишущие или перезаписываемые CD-ROM, были доступны не многим. Основным сдерживающим фактором была цена устройства. Сегодня цены опустились, и пользователь со средним достатком, может себе позволить приобрести недорогую «писалку». Прежде чем покупать пишущий CD-ROM, необходимо ознакомиться с основными терминами и параметрами. Это позволит самостоятельно производить выбор устройства, не полагаясь на чьи либо советы, При выборе устройства необходимо обратить внимание на следующие параметры:
Скорость устройства Этот параметр обычно указывается как 8х/4х/32х, соответственно 8х максимальная скорость записи, 4х-максимальнал скорость перезаписи и 32х-максимальная скорость чтения. В зависимости от устройства эти числа могут меняться, но последовательность их записи остается неизменной. При выборе, наиболее важной является скорость записи, то ради чего вы покупаете CD-RW. Чем этот параметр выше, тем лучше. В настоящее время наиболее распространенными являются устройства со скоростью записи 8х или 1.2МЬ/сек. Они позволяют записать полный CD-ROM примерно за 9 минут. Недавно Plextior представила первый CDRW с 12 кратной скоростью записи. Существует мнение, что запись на высокой скорости приводит к увеличению вероятности появления ошибки за счет быстрого прохождения лазером участка CD. Это справедливо только для некачественных «болванок». Для их записи установите низкую скорость 4х или 2х. Часто пользоваться этим методом, мы не рекомендуем. Дело в том, что лазер имеет свойство «перегорать». Восстановление, а точнее замена лазера после гарантийного срока обойдется вам в сумму сравнимую со стоимостью нового CD-RW.
Интерфейс Интерфейс диска играет огромную роль в процессе работы. В настоящее время используется два главных типа: SCSI и IDE (Atapi). Оба интерфейса выполняют одну и туже функцию — соединяют Ваш PC с CD-RW. Различие заключается втом, как он и это делают. SCSI обеспечивает по сравнению с IDE лучшую производительность. Однако, сильно сказывается на цене устройства (-100$). Кроме того, SCSI устройства требуют отдельного контроллера, который обойдется вам еще в 60-100$. Так. почему выбирают SCSI? В сравнении с IDE, SCSI обеспечивает не только лучшую производительность, но и меньшую, точнее незначительную нагрузку на CPU. Как правило, при записи диска на IDE CD-RW, не реко157
Часть седьмая. Выбираем компоненты мендуется трогать компьютер руками, а тем более запускать любые программы. Дело в том, что в процессе работы IDE контроллера, большая часть операций выполняется за счет ресурсов CPU. Процесс записи CD. возможно считать процессом реального времени. Так если в момент запроса CD-RW очередной порции данных, процессор будет занят обработкой запроса от какой-либо программы, диск будет запорчен. SCSI большинство процедур работы с устройством возлагает на контроллер. Поэтому процессор остается практически свободным.
Вместимость дисков Сегодня все большую популярность приобретают 80 минутные диски. Некоторые модели CD-RW, не поддерживаю запись на внешнем крае CD, который использует этот новый стандарт CD.
Буфер Рекомендуется, что бы Ваш CD-RW имел минимум 2MB буфера, лучше 4MB. Вообше, чем больше объем буфера, тем меньше вероятность получить ошибку записи, какое бы устройство вы не купили, SCSI или IDE.
Режимы записи Имеется несколько основных режимов записи: Disc-at-Once Пишет данные и аудио за один проход. Лазер не прекращает писать, пока полный диск не будет записан и закрыт. В дальнейшем добавление информации невозможно. Track-at-Once Пишет данные и аудио за несколько проходов. После завершения записи одной дорожки, лазер выключается и включается только после позиционирования на следующей дорожке.
Sessional-once Расширение режима Disc-at-Once. Используется для записи CD Extra, являющегося комбинацией записи аудио и данных. Во время первого сеанса происходит запись аудио треков. После окончания записи диск остается открытым. Во втором сеансе производиться запись данных и диск закрывается. Multisession Позволяет производить дозапись до полного заполнения диска Pocket Writing В этом режиме данные пишутся на CD маленькими пакетами, вместо больших, которые используются в предыдущих режимах. Это делает CD похожим на жесткий диск, способным копировать и стирать файлы. Некоторые устройства оснащаются средствами управления и разъемом для наушников, специальным лотком для загрузки CD. Все эти моменты могут быть очень полезны, но только при решении, что главные параметры данного CD-RW полностью соответствует вашим потребностям.
158
Часть седьмая. Выбираем компоненты
Глава 5: Выбираем звуковую карту В любом случае следует остановить свой выбор на звуковой плате, которая поддерживает частоту дискретизации не менее 44 Khz. Это даст вам потенциальную возможность слушать звук с качеством CD-диска. Если вы собираетесь оснастить свой компьютер накопителем CD-ROM, то желательно чтобы выбранная вами звуковая карта уже несла на себе контроллер CD-ROM, выбранной вами конструкции. Ну и. наконец, следует определиться, для каких целей вам необходима звуковая система, насколько высокие требования вы предъявляете к звуковой карте и какой суммой денег вы можете пожертвовать. Все это заставляет разбить все множество звуковых плат на несколько классов. Внутри каждого класса звуковые системы обладают примерно одинаковым качеством, что значительно облегчает выбор.
Level I (Ultra Quality) К этому классу относятся звуковые системы экстра-класса, пригодные для создания профессиональных произведений и для работы в любой области multimedia. Если вас, кроме качества, больше ничего не интересует, то это для вас
Level 2 (Hi-Fi Quality) Карты, принадлежащие к этому классу, великолепно подходят для большинства видов работ с multimedia, игр, образовательных программ. Они обладают высоким качеством при приемлемой цене.
Level 3 (Medium Quality) Если ваш ребенок просит звуковую плату, что бы было веселее играть в DOOM или The Fighter, и за ним не наблюдается талантов юного музыкального дарования, то покупка платы этого класса доставит уму просто массу удовольствия.
Глава 6: Выбираем джойстик Любой уважающий себя игроман никогда не будет участвовать в виртуальных космических баталиях с обычной двухкнопочной мышкой. Игровые манипуляторы подразделяются на: •
джойстики
•
рули
•
Game Pad'bi
•
игровые консоли.
В столь небольшой главе невозможно подробно рассказать обо всем этом разнообразии, поэтому затронем самое важное. Джойстик — это манипулятор в виде штурвала, предназначен в основном для игр типа авиасимуляторов, космических баталий, симуляторов кораблей и подводных лодок. В джойстиках управление аналоговое, то есть сила воздействия на управляемы и объект прямо пропорциональна уровню наклона ручки. Для правильного функционирования, джойстик необходимо откалибровать. Для это.<го на 159
Часть седьмая. Выбираем компоненты джойстике существует два колесика, для калибровки по вертикали и горизонтали соответственно. Также необходима тестовая программа, хотя во многих играх процесс калибровки производится перед стартом. Желательно, чтобы на джойстике были еще две дополнительные возможности: Had и Trottle. Had — это маленький джойстик, находящийся прямо на рукоятке, получается как бы два джойстика в одном устройстве. Им удобно переключать виды обзора или управлять курсором. Ну a Trottle попросту третья координата или «Форсаж». Но, что обидно, обе эти дополнительные функции не могут работать одновременно. Джойстики бывают двух и чстырехкнопочные. Последние — более актуальны, так как позволяют одновременно совершать стрельбу из нескольких видов оружия без переключения. Так же можно упомянуть о кнопке Turbo, которая позволяет не мучиться беспрестанным нажатием Fire, эта кнопка сделает все за вас. Второй, не менее интересный тип манипулятора, — Game Pad. Он в основном используется в аркадных играх типа Mortal Combat, Tomb Raider, NHL98 и другие. Присутствие большого количества управляющих кнопок позволяет создавать различные комбинации нажатий, что на обычной клавиатуре просто невозможно в силу ее специфики. Его также можно порекомендовать пользователям — «перебежчикам» с игровых приставок. Ну и, пробежимся по рулям. Это наиболее красивые и приближенные к своим прототипам манипуляторы. Предпочтительно, чтобы в комплект иходила панель с педалями «газ» и «тормоз». Также неплохо, если присутствует рычаг коробки передач, хотя и необязательно. Очень хотелось отметить, что цена джойстика прямо пропорциональна его качеству. Дешевые джойстики долго не выдерживают напряженных баталий, у них отламываются ручки и западают кнопки, причем в самый важный момент прохождения ответственной миссии.
Джойстики с обратной связью Силовая обратная связь, также известная как силовое отражение, имеет отношение к технологиям, которые позволяют компьютерам передавать реалистичные физические ощущения пользователям. Такие силовые ощущения используются, чтобы передать информацию с уровнем реализма, не предусмотренного традиционными видео- и звуковыми технологиями. Представьте себе возможность действительно чувствовать физически имитированный шар на имитированной теннисной ракетке. Представьте себе чувство аварии при столкновении астероида с бортом космического корабля. Представьте себе чувство ощущения биологической ткани, когда имитированная игла прокалывает имитированный орган. Силовая обратная связь делает все эти вещи возможными.
160
Часть седьмая. Выбираем компоненты
Джойстики для летчиков Джойстик, это не просто «девайс» — это образ жизни. Та часть играющих в компьютерные игры, которая предпочитает симуляторы полета остальным типам игр, зачастую наиболее фанатичная часть игроков. Эти люди готовы тратить свои деньги на модернизацию своего компьютера только ради одного нового симулятора, который предъявляет повышенные требования к «железу», они готовы тратить сотни долларов на джойстики, педали и прочие устройства. С другой стороны, они же — наиболее требовательная часть пользователей. Существует не так много моделей джойстиков, которые по своим возможностям могут считаться «профессиональными». Необходимо сразу предупредить, что нет лучшего джойстика. У каждого есть свои недостатки и свои преимущества. Выбор джойстика определяется тем, готовы ли вы ради некоторых его преимуществ мериться с его недостатками. Рассмотрим типичные недостатки джойстиков. В первую очередь, к основному недостатку относится то, что движущиеся части почти всех джойстиков изготовляются из пластмассы. Увы, через некоторое время вы можете столкнуться с тем, что некоторые кнопки или даже механика ваша джойстика б>дут сломаны. Ко второму основному недостатку относятся резисторы. Почти все фирмы используют резисторы производства Китая или Тайваня, качество которых неприемлемое. Через два месяца вы можете обнаружить, что кривые отклонения вашего джойстика далеки от линейных, а в центре вы можете увидать пляску безумного дервиша. Поэтому вам придется побегать по автомобильным магазинам в поисках смазки WD-40. чтобы смазать резисторы и получить еще пару месяцев нормальной жизни.
Джойстики компании ThrustMaster История этой компании началась в тот момент, когда Боб Картер (Bob Carter), основатель фирмы Flight Dynamics, Inc., осознал, что оборудование, предназначенное для профессиональных авиатренажеров, может быть прекрасно адаптировано к обычным персональным компьютерам. Действительно, куда интереснее и удобнее упраатять самолетом с помощью «почти настоящего» контроллера, на котором предусмотрены все необходимые функции, чем лихорадочно искать нужные кнопки на клавиатуре. В итоге 1990 год стал датой образования компании ThrustMaster, в которой Боб и его единомышленники начали разрабатывать дизайн самых совершенных джойстиков и игровых компонентов. Остановимся подробнее на некоторых из перечисленных моделей. Хотя прежде надо определиться с терминологией и основными техническими особенностями. Что такое джойстик, мы уже примерно представляем. Обычно, отличительным признаком для одноименных устройств является наличие рукоятки определенного дизайна, закрепленной на стационарной платформе и наклоняющейся во всех направлениях, Классические джойстики, в первую очередь, предназначены для авиаимитаторов. Геймпад — это вариация джойстика, ориентированная на аркадные игры, где надо много бегать, прыгать. Он хорошо знаком всем пользователям телевизионных игровых приставок (Dendy, Sega). В геймпаде управление рассчитано для обеих рук, левой вы контролируете движение, а под правой имеете в своем распо161
Часть седьмая. Выбираем компоненты ряжении п-ное количество кнопок для осуществления разнообразных действий. Как правило, джойстик позволяет перемещаться по двум осям (х и у), но существуют модели, обеспечивающие ориентацию в трехмерном пространстве (наклон головы вверх и вниз или подъем/ опускание по оси z, движение по плоскости в любом направлении без изменения угла зрения). На джойстике может быть много различных кнопок, и надо помнить, что не всегда разные кнопки будут выполнять разные функции. Часто бывает наоборот. Поэтому одной из основных характеристик для джойстика является количество функций, реализуемых с помощью имеющихся кнопок. Стандартный аналоговый джойстик предполагает две функции (например, стрелять и менять оружие), расширенный режим обеспечивает до четырех функций. Аналоговый игровой интерфейс {чаще всего его можно найти на звуковых платах) поддерживает не более четырех функций одновременно, поэтому к нему можно подключить либо один джойстике расширенным режимом, либо два двухкнопочных джойстика. Чтобы выйти за эти рамки, разработчики придумали несколько способов. Во-первых, дополнительные функции можно реализовать через клавиатурные команды, достаточно подключить джойстик парач дельно к интерфейсу клавиатуры. В результате его можно программировать, то есть, назначать соответствующим кнопкам определенные значения клавиш клавиатуры или даже их комбинации. Так удобно, например, в игре Duke Nukem задать все секретные коды на многочисленные кнопки джойстика (как это делается в системах Phoenix и Firebird II компании Advanced Gravis) и вызывать их при надобности в одно мгновение. Однако подобная конструкция приводит к увеличению цены контроллера. Во-вторых, можно использовать специальные цифровые интерфейсы, как это сделано в большинстве современных игровых приставок, что обеспечивает практически неограниченное количество функций и большую точность управления. Правда, специальные интерфейсы типа знаменитого GrlP-порта (компании Advanced Gravis) не получили пока широкого распространения из-за своей высокой цены, а всеобщее внедрение нового стандарта USB можно ожидать не ранее чем через год. Поэтому пока производители часто прибегают к третьему, аналогоцифровому методу, который позволяет программно (например, с помощью технологии Directlnput) задавать большее количество функций через стандартный аналоговый порт. Эта технология реализована в Gravis GamePad Pro и ThrustMaster Phazer Pad. Кроме того, в хороших авиационных джойстиках практически всегда предусмотрена независимая функция управления ускорением (так называемый throttle control) — обычно в виде специального колеса на корпусе, а также переключатель видов (hat switch), располагающийся на макушке рукоятки.
Глава 7: Выбираем портативный компьютер Портативные или мобильные компьютеры являются разновидностью персональных компьютеров и входят в так называемый класс компьютеров с автономным питанием. Вначале этот класс компьютеров был создан для руководителей предприятий, менеджеров, бухгалтеров, то есть, для тех пользователей, которые работают вне своей организации.
162
Часть седьмая. Выбираем компоненты Основное назначение портативных компьютеров — сопровождать своего владельца в дороге и дома, освободив его от привязанности к письменному столу, и создавать привычную рабочую обстановку. Концепция ноутбука — компактное полнофункциональное решение. В современном бизнесе мобильность играет далеко не последнюю роль в достижении успеха. Возможность работы с привычными пакетами программ, связь с центральным офисом, доступ к услугам Internet и других служб, электронная почта и много другое делают портативный компьютер незаменимым помощником. Являясь настоящим технологическим чудом, современный портативный компьютер использует все наиболее передовые технологии таким образом, чтобы заменить обычный настольный компьютер. Современный портативный компьютер не уступает по производительности быстрому настольному компьютеру. Кроме того, благодаря модульному дизайну и возможности легкой и недорогой модернизации ноутбука, этот компьютер является надежным вложением средств. Современный портативный компьютер имеет интеллектуальную систему управления энергопотреблением, позволяющую приостанавливать работу компьютера, сохраняя текущее состояние выполняемых задач в памяти или на жестком диске. Вы можете активизировать вашу систему спустя несколько дней и начать работу точно с того же места, на котором вы ее закончили. Возможна «горячая» замена аккумуляторных батарей. Специальный эвристический анализатор постоянно вычисляет остающееся время работы батарей, принимая в расчет тип выполняемой работы. Для тех, кто не ограничен в средствах, советовать нечего — они купят тот компьютер, что подороже, и будут правы. Но вот всем остальным нижеследующие рекомендации вполне смогут пригодиться. Что, выдумаете, самое главное в ноутбуке? Процессор? Дисплей? Навороты? Нет. Самое главное — это возможности его модернизации, потому что одна из наиболее неприятных особенностей компьютеров — это то, что они очень быстро устаревают. И ноутбуки — в первую очередь, ведь сама их конструкция не позволяет менять многие, если не все его модули. Так вот, чем больше деталей можно заменить, тем лучше. Теперь самые общие рекомендации, 1. Если вы хотите, чтобы текст и графика на экран выводились по возможности быстрее, вам нужен ноутбук с активной матрицей (TFT). Это — одна из самых дорогостоящих частей портативного компьютера, но деньги, уплаченные за нее, не уйдут впустую, поскольку скорость активного экрана в 6 раз выше, чем у пассивного (DSTN). Размер — желательно от 11 дюймов и выше. Обязательно внимательнейшим образом осмотрите экран — на нем не должно быть «выгоревших» пикселей (точек без изображения), по крайней мере, в центре экрана. Многие фирмы не считают браком несколько таких пикселей, так что потом вам этот ноутбук не заменят! 2. Быстродействие компьютера зависит, в первую очередь, от процессора и количества установленной на нем оперативной памяти (не меньше 128 Мб) Во многих моделях можно наращивать память, но учтите, что она стоит дорого, а в некоторых ноутбуках — заменять процессор. 163
Часть седьмая. Выбираем компоненты 3. Обязательно попробуйте на ощупь клавиатуру — кнопки должны быть достаточно большими и приятно нажиматься. Желательны большой Enter и длинная клавиша пробела. 4. Хорошо иметь объемный жесткий диск (никак не меньше 1 Гб, а лучше - 2-4 Гб) и CD-ROM, пусть съемный и заменяемый на флоппи-дисковод (скорость не ниже 8-кратной). 5. Видеоадаптер необходим с памятью не менее 1 Мб и очень желательно, чтобы он был производства какой-нибудь известной компании, которая смогла бы поддерживать его новыми драйверами. Это очень пригодится при переходе на новую операционную систему (Windows 98, например). Вообще, это относится ко многим комплектующим компьютера, требующим драйверов. 6. Обязательно поинтересуйтесь, на сколько хватает батареи питания (должно быть не менее 3 часов) и можно ли вставить дополнительную батарею (часто для нее не предусмотрено свободное место, а вставить ее можно на место CDROMa или дисковода).
Как правильно выбирать конфигурацию портативного компьютера При выборе конфигурации компьютера желательно рассмотреть требования к его основным подсистемам: •
вычислительной (Motherboard, CPU, RAM) дисковой (HDD, контроллер)
•
видео.
Для правильного выбора конфигурации необходимо решить следующие задачи: • •
соответствие параметров подсистемы требованиям программных средств сбалансированное построение каждой из подсистем.
Для этого необходимо учитывать специфические особенности подсистем.
Вычислительная подсистема •
• •
в рабочих станциях с требованиями повышенной надежности рекомендуется применять системные платы с коррекцией ошибок памяти (Triton II НХ) и модули памяти с контролем четности; системная плата, процессор и память могут быть заменены в процессе модернизации компьютера; поскольку цены на процессоры и память имеют тенденцию к снижению, компьютер рекомендуется покупать без избыточности по этим компонентам.
Дисковая подсистема •
рекомендуется выбирать модели винчестеров с максимальной скоростью вращения;
164
Часть седьмая. Выбираем компоненты новые модели винчестеров, как правило, отличаются меньшей ценой за мегабайт, большей скоростью обмена и большей надежностью.
Видео- подсистема •
экран вашего ноутбука не подлежит модернизации и рекомендуется выбирать его на перспективу.
Кроме общих технических моментов необходимо учитывать ряд факторов. которые влияют на выбор поставщика и модели компьютера. Во-первых, сравнение иен надо производить в той форме платежа, которая предполагается. Во-вторых, на цену портативного компьютера влияют особенности применяемых компонент, такие как имя производителя, технические характеристики. Имя производителя обеспечивает уровень стабильности качества. Если вы потратили как минимум в полтора раза больше, чем стоит обычная техника, чтобы купить хороший и надежный компьютер, экономить 1.5%, снижая общую надежность системы, лишено здравого смысла.
165
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер Глава 1: Перед сборкой... Компьютерная платформа — это полуфабрикат системного блока. Базовый вариант состоит из корпуса, материнской платы, видеокарты, дисковода для гибких магнитных дисков. Мультимедийные платформы дополнительно комплектуются дисководом для компакт-дисков и звуковой платой. Это подразумевает высококачественную сборку и многоступенчатый контроль под операционной системой Windows. Платформа представляет собой минимально возможную комплектацию будущего системного блока. Разумеется, что этим не ограничивается максимально возможная комплектация нового изделия. С двумя главными проблемами приходится столкнуться сборщику компьютера. Во-первых, надо выбрать такую конфигурацию, чтобы она обеспечила наибольшую производительность, достижимую для выделенной на покупку суммы. Во-вторых, следует правильно подобрать комплектующие, от чего зависит надежность работы машины и возможности ее модернизации в будущем. С проблемой совместимости компонентов приходится сталкиваться не только тем, кто решил самостоятельно собрать компьютер, но и малым сборщикам (а у нас практически все фирмы относятся к этой категории). Конфликты возникают на программном уровне (дерутся драйверы устройств), из-за несоответствия в деталях стандартным аппаратным спецификациям и на уровне электрических сигналов. Крупным производителям бороться со всем этим легче. У них богатые возможности подбора комплектующих, их тестирования. А что делать, если о подборе и речь практически не идет? Тогда остается положиться на то, что это уже сделали за вас. Впрочем, производителям комплектующих тоже не удается провести исчерпывающие испытания на совместимость. Конкуренция не оставляет на это времени, да и слишком велико разнообразие предлагаемых на рынке устройств, чтобы их все попробовать в работе. С достаточной степенью уверенности можно положиться л и ш ь на то, что компания-производитель протестирует на взаимную совместимость все свои продукты. Решения, состоящие из компонентов от одного производителя, но не собранные в компьютер, часто называют платформами. Если нет времени или маловато опыта, чтобы решать проблемы совместимости, стоит попробовать этот вариант. М ногие из тайваньских производителей выпускают ассортимент устройств, достаточный для полной сборки компьютера. Эти имена вам, наверное, уже зна166
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер комы — ABit. ACorp, ASUS, AT rend... С учетом специфики нашего рынка наиболее реальным и доступным представляется приобретение полного комплекта компьютерных компонентов от фирмы АСогр. Эта тайваньская компания входит в число крупнейших производителей комплектующих. Ее продукты проходят международную сертификацию и широко применяются ведущими производителями компьютеров. Репутация у АСогр неплохая, выпускаемые ею устройства постоянно участвуют в обзорах и на равных конкурируют с другими марками. Но сейчас не будем сравнивать ее платы с изделиями других компаний. Главное, что АСогр предлагает все, что нам понадобится для построения компьютера. Если поискать, даже на нашем изрядно побитом кризисами рынке можно найти материнскую плату, графический ускоритель, модули памяти, звуковую и сетевую карты, модемную плату, на которых будет стоять марка АСогр. При этом хотя бы о совместимости устройств волноваться не придется. Итак, когда нет возможностей для приобретения дорогих комплектующих, а с подбором дешевых, потенциально склонных к конфликтам, устройств тоже возиться не хочется, неплохой выход — остановиться на продукции от одного производителя. Получится, так сказать, brand-name для небогатых. В бизнес-приложениях широко используются графика и мультимедиа, в локальных сетях даже небольших предприятий уже накоплен солидный объем информации. Все большее значение приобретает работа с Internet и сетевыми базами данных. И уж совсем невероятные требования предъявляют новые версии игровых программ и мультимедийных справочно-обучаюших систем. Разумеется, все сказанное для вас не новость. Об этом говорят не первый год (хотя, чем дальше, тем больше оснований для беспокойства), пользователи на своем опыте убедились в том, как стремительно устаревает только что купленная техника. Перманентная модернизация компьютеров является основной головной болью как администраторов и менеджеров информационных систем крупных компаний, так и индивидуальных пользователей. К. сожалению, далеко не всегда при покупке новой техники принимаются правильные решения, способные оттянуть время, когда остро потребуется менять конфигурацию машины. Да и при апгрейде чаще обращают внимание не на то. что действительно стоило бы поменять или усилить, а на модные технологии. За примерами далеко ходить не надо. По большому счету, сегодня в персональном компьютере существуют три подсистемы, от усовершенствования которых пользователи ожидают получить должный эффект — можно перейти на более быстрый процессор, поставить мощную графическую плату и нарастить память. Что касается процессора, то опыт показывает, что вычислительные возможности даже не самых последних чипов приложениями используются далеко не полностью. Ну не возникают пока перед большинством пользователей персоналок проблемы, сопряженные с массивными вычислениями, т а к и м и как моделирование и анализ. Если же говорить о проблеме ЗВ-графики, то она пока совершенно неактуальна для деловых приложений и касается лишь нескольких жанров игрушек. Попытки широко внедрить ЗО-технологии в Internet и бизнес-программы вряд ли увенчаются успехом в ближайшие несколько лет. 167
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер Остается память. Причем эта подсистема состоит из двух компонент — оперативной и дисковой памяти. Именно здесь чаше всего кроется простой и экономически выгодный способ привести возможности компьютера в соответствие с сегодняшними и завтрашними требованиями. Современные операционные системы работают с единой архитектурой памяти — виртуальной памятью, базирующейся как на полупроводниковой, так и на дисковой составляющих. И более важной как рагз является дисковая память, объем которой в сотни раз превышает емкость памяти на материнской плате. Вообще, с большим, конечно, приближением можно считать, что Windows использует оперативную память компьютера как кэш-память третьего уровня. В самом деле, вся информация (даже та, с которой вы в данный момент работаете) хранится на жестком диске. В оперативную память она подкачивается идя ускорения доступа процессора к ней. В свою очередь, точно с такой же целью используется внешняя (второго уровня) кэш-память и встроенный кэш-процессор. А раз так, то, чтобы добиться наивысшей производительности системы в целом, от дисковой памяти требуется максимальное быстродействие. Причем, если от рядового пользователя нельзя требовать знания принципов работы виртуальной памяти, по каковой причине он не в состоянии определить степень важности многих параметров быстродействия отдельных компонент и их вклад в обшую производительность, то занимающаяся поставкой компьютеров компания обязана в этих вопросах ориентироваться. В том, что пользователь купил недостаточно быструю машину, большая часть вины лежит не на нем, а на продавце.
Архитектура
ввода-вывода
IBM PC AT не имеет DIP-переключателей. Конфигурация оборудования хранится в CMOS и может быть изменена с помощью BIOS. Контроллер прямого доступа к памяти обеспечивает высокоскоростной обмен данными между устройствами ввода-вывода и ОЗУ без использования центрального процессора, что позволяет освободить процессор для выполнения вычислений параллельно с обменом и независимо от него. Наиболее часто возможности прямого доступа к памяти используются при работе с дисковыми накопителями, адаптерами накопителей на магнитной ленте и рядом других устройств. Ощутимые преимущества даст использование прямого доступа к памяти в процессе обмена с устройствами, принимающими или передающими данные достаточно большими порциями с высокой скоростью. Индикатором начала дорожки служит индексное отверстие. Запись на дорожку осуществляется в несколько приемов. При форматировании дорожка перезаписывается полностью. При операциях записи перезаписываются отдельные сектора, что влечет за собой сбой намагниченности диска в месте обрыва записи, причем физическая длина сектора при его перезаписи не всегда точно совпадает с длиной ранее имевшегося на этом месте сектора, разница в длине может составлять до 4-5 бит даже при перезаписи на одном дисководе в одно время. Для синхронизации после сбоев на дорожке имеются зазоры и синхрозоны. Архитектура АТ-подобных ПЭВМ отличается от XT тем, что контроллер гибких дисков находится на одной плате с контроллером жестких дисков. К до168
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер полнительным возможностям относится возможность регулирования скорости обмена данными и возможность подключения двух контроллеров к одному компьютеру. Системный блок имеет место и питание для подключения одного или двух дисководов. Привод может быть односторонним или двусторонним, является полностью автономным и состоит из системы привода шпинделя, системы позиционирования чтения и системы чтения/записи/стирания. Адаптер дисковода устанавливается в один из разъемов расширения в системном блоке. Он присоединяется к одному или более дисководам через внутренний плоский кабель, который подключается с одной стороны платы адаптера. С другой стороны адаптера имеется внешний 37-контактный разъем, выходящий через заднюю панель системного блока. Этот разъем имеет сигналы для двух дополнительных дисководов. Устройство печати PC-подобных компьютеров обычно подключается к параллельному интерфейсу. Для подключения используется стандартный разъем Centronix, имеющий 36 контактных выходов.
Корпус В настоящее время популярными корпусами считаются корпуса стандарта АТХ, выпускаемые компанией In-Win Development. Основные достоинства таких корпусов следующие: •
съемная рама, на которой закрепляется материнская плата и платы расширения.
•
2 внешних и 1 внутренний отсеки 3.5".
•
3 внешних отсека 5.25".
•
источник питания мощностью 235 Вт с низким уровнем акустического шума и своим выключателем питания.
•
возможна установка дополнительного вентилятора.
•
хороший теплоотвод от жестких дисков благодаря массивной раме,
•
размеры: — ширина 215 мм, высота 390 мм, глубина 450 мм.
Другие не менее популярные корпуса: устройства типа Mini (модель Т-5АВ) и Middle Tower стандарта АТХ от одного из самых известных производителей материнских плат — фирмы Asustek Computers. Основные достоинства: •
съемные отсеки для установки как устройств с форм-фактором 3.5", так и 5.25". 1 внешний, 2 внутренних отсека 3.5" и 2 внешних 5.25" отсека.
•
1 внешний 3.5", 3 внутренних отсека 3.5" и 3 внешних 5.25" в модели Middle.
•
источник питания мощностью 235 Вт с низким уровнем акустического шума и своим выключателем питания.
169
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер возможна установка двух дополнительных вентиляторов в Middle и одного в Mini, •
в корпусе типа Middle возможна установка 3-х жестких дисков во внутренних отсеках,
•
доступ внутрь корпуса без применения инструмента.
•
предусмотрено окошко под инфракрасный порт.
•
поворотная кнопка питания с защитой от случайного нажатия.
•
размеры у mini: ширина 190 мм, высота 405 мм, глубина 435 мм; у middle: ширина 170 мм, высота 490 мм, глубина 435 мм.
Источник питания Системный источник питания разработан с таким расчетом, чтобы составлять единое целое с шасси системного блока. Его расположение обеспечивает удержание задней панели системного блока, а его вентилятор осуществляет охлаждение всей системы. Источник питания вырабатывает питающие напряжения и сигнал сброса, необходимые для работы системной платы, устанавливаемого дополнительного оборудования и клавиатуры. Он также обеспечивает включение/ выключение переменного тока для п и т а н и я монитора и отдельные разъемы для питания дисководов, жестких дисков или других устройств. Он представляет собой ключевой источник постоянного напряжения с постоянной выходной мощностью. Вес эти выходы имеют защиту по превышению напряжения, по превышению тока, по холостому ходу и по короткому замыканию. Если возникают условия перегрузки по постоянному току или условия превышения напряжения, то вес выходные напряжения отключаются до тгх пор, пока не будет устранена п р и ч и н а . Источник питания осуществляет фильтрацию и включение/выключение напряжения переменного тока, поданного на разъем для подключения монитора. Разъем для подключения, расположенный на задней панели, не является стандартным и разработан специально для монитора. Источник питания обеспечивает потребности всех узлов компьютера следующими напряжениями питания (в скобках приведены номинальные токи нагрузки). Допускается следующий диапазон потребляемого тока по каждому из выходов: -5В 2.ЗА- 15.ОА
•
-5ВО.ОА-О.ЗА
•
+ 12В0.4А-4.2А
•
-12ВО.ОА-0.25А
В источнике питания предусмотрена защита по входу, а также защита от токовой перегрузки по выходу. Кроме того, обеспечивается зашита нагрузки от чрезмерного увеличения напряжения на выходе источника питания и от уменьшения напряжения в цепи «-5В». При включении источника питания на его выходе формируется сигнал «POWER GOOD», предназначенный для инициализации компьютера после выхода питающих напряжений на номинальный уровень,
170
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер В состав источника питания (ИП) входят сетевой заградительный фильтр, выпрямитель напряжения сети, устройство запуска, устройство управления и стабилизации с генератором и широтно-импульсным модулятором, выходной каскад, блок импульсных выпрямителей, цепи зашиты от перегрузок по току, выходному напряжению и по шине питания -5В. Заградительный фильтр предназначен для подавления импульсных помех, проникающих из ИП в электрическую сеть. Резистор ограничивает значение пускового тока при включении компьютера. Сетевой выпрямитель включает в себя диоды, конденсаторы и индуктивности. Резисторы служат для выравнивания напряжений в плечах полумостовой схемы при питании от источника переменного тока 220 В. Замыкание перемычки «115V Select» переключает ИП на питание от сети переменного тока 115 В. (При таком переключении необходимо заменить сетевой предохранитель в соответствии с Инструкцией по эксплуатации). Устройство запуска служит для питания устройства управления и синхронизации в момент включения ИП. В номинальном режиме питание УСС осуществляется от цепи +12В через диод. Устройство управления и синхронизации на основе микросхемы обеспечивает генерацию сигналов управления выходным каскадом (ШИМ-сигналов) с обеспечением стабилизации напряжения цепей +5В и +12В. а также обрабатывает сигналы о перегрузке по току и напряжению от соответствующих цепей защиты. Выходной каскад, собранный по полумостовой схеме, включает в себя трансформатор сигншюв управления, два ключевых транзисторных каскада, силовой высокочастотный трансформатор, а также цепочку, предназначенную для улучшения формы импульсов во входной цепи трансформатора. Блок выпрямителей собран по традиционной полумостовой схеме. Цепочки служат для уменьшения уровня помех, излучаемых импульсным выпрямителем; нагрузочные резисторы устраняют возможность значительного повышения напряжений на выходе ИП. Выполнение фильтров на общем магнитопроводе позволяет обеспечить стабилизацию всех выходных напряжений при значительном диапазоне токов потребления. Цепь зашиты от перегрузок по току состоит из токового трансформатора, выпрямительных диодов и фильтра. При увеличении тока нагрузки соответственно увеличивается высокочастотная составляющая тока в первичной цепи, то есть, через трансформатор. Выпрямленное и сглаженное напряжение пульсаций через резистор поступает в устройство стабилизации, вызывая срабатывание соответствующих цепей блокировки. Цепь защиты нагрузки от чрезмерного увеличения напряжения состоит из элементов, подобранных таким образом, чтобы в случае превышения выходных напряжений более, чем на 20% происходило шунтирование выходной цепи «-f 5B» тиристором, что, в свою очередь, вызовет срабатывание устройства токовой защиты или перегорание сетевого предохранителя. Цепь защиты нагрузки от уменьшения или отсутствия напряжения в цепи «-5В» состоит из транзисторов, резисторов, конденсаторов и диодов. В случае уменьшения напряжения в цепи «-5В» происходит открывание одного транзистора и закрывание другого, в результате чего заряжается конденсатор, и управляющее напряжение поступает (через л иод) в устройство стабилизации. 171
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер Формирователь сигнала «POWER GOOD» состоит из ключевого транзистора, нагрузочного резистора и времязадающей цепочки. На выходе формирователя устанавливается сигнал, совместимый с ТТЛ-входами, с некоторой задержкой относительно момента включения ИП. Диод обеспечивает быструю разрядку конденсатора при выключении ИП. Несколько слов об Advanced Configuration and Power Interface Современный интерфейс конфигурирования и управления энергопотреблением — стандарт, разработанный фирмами Intel, Microsoft и Toshiba для унификации функций управления энергопотреблением компьютера, является ключевым элементом Operating System Directed Power Management (OSPM — непосредственное управление энергопотреблением операционной системой). Стандарт претерпел существенные изменения по сравнению с ранее применявшимся стандартом Advanced Power Management (АРМ) BIOS Specification. Revision 1.2. ACPI учитывает даже температуру материнской платы и процессора, позволяет «усыплять» компьютер программно в режиме, например, ожидания приема факса ночью. Стандарт требует обязательной поддержки со стороны как BIOS материнской платы, так и операционной системы.
Клавиатура Клавиатура имеет постоянно присоединенный кабель, который подключается к разъему на задней панели системного блока. Этот четырехпронодный кабель содержит питание +5 В, общий провод и две последовательных сигнальных линии. Клавиатура содержит клавиши, разделенные на три основные группы. Центральная часть клавиатуры представляет собой стандартно расположенные телетайпные клавиши. В левой части находятся от 10 до 12 функциональных клавиш. Эти клавиши определяются пользователем в программном обеспечении. В правой части клавиатуры находится 35-клавишная панель. Эти клавиши также определяются программно, но они имеют и стандартное назначение в качестве цифровых клавиш, клавиш управления курсором, панели калькулятора и клавиш редактирования экрана. Интерфейс клавиатуры определен таким образом, что системное программное обеспечение имеет максимальную гибкость при определении различных действий с клавиатуры.
Материнская или системная плата Системная плата персонального компьютера содержит пять функциональных частей: процессорная подсистема, подсистема ОЗУ, интегральные адаптеры ввода/вывода, подсистема ПЗУ и канал ввода/вывода. Сердцем системной платы является микропроцессор. Существует два основных типоразмера (форм-фактора) материнских плат AT и АТХ. Эти две спецификации описывают форму и размер плат, а также расположение компонент на них. Хотя, в принципе, никаких кардинальных отличий
172
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер между этими типоразмерами не существует, производители материнских плат выпускают по две модификации каждой платы — в формате AT и АТХ.
AT форм-фактор AT форм-фактор бывает двух модификаций — AT и Baby AT. Они отличаются по размеру. Размер полноразмерной AT платы достигает до 12" в ширину, а это значит, что такая плата вряд ли поместится в большинство сегодняшних корпусов. Монтажу такой платы наверняка будет мешать отсек для дисководов и жестких дисков и блок питания. Кроме того, расположение компонентов платы на большом расстоянии друг от друга может вызывать некоторые проблемы при работе на больших тактовых частотах. Поэтому после материнских плат для процессора 386, такой размер уже не встречается. Преобладающими на сегодняшний день являются платы формата Baby AT. Конечно, эта тенденция будет изменяться с внедрением плат формата АТХ, но пока Baby AT достаточно популярен из-за большого количества уже выпущенных Baby AT плат. Размер платы Baby AT 8.5" в ширину и 13" в длину. В принципе, некоторые производители могут уменьшать длину платы для экономии материала или по каким-то другим причинам. Для крепления платы в корпусе в плате сделаны три ряда отверстий. Все AT платы имеют общие черты. Почти все имеют последовательные и параллельные порты, присоединяемые к материнской плате через соединительные гребенки. Они также имеют один разъем клавиатуры, впаянный на плату в задней части. Гнездо под процессор устанавливается на передней стороне платы. Слоты SIMM и DIMM находятся в различных местах, хотя почти всегда они расположены в верхней части материнской платы.
АТХ форм-фактор Форм-фактор АТХ был предложен фирмой Intel в 1995 голу. С гех пор он постепенно набирает популярность. К настоящему моменту почти все платы для процессоров Pentium II и Pentium Pro выпускаются в формате АТХ, а многие платы под Pentium имеют АТХ версии. Введение нового формата главным образом обуславливается моральным устареванием Baby AT, который уже не может обеспечить новые потребности и преодолеть ряд проблем. Именно недостатки AT были приняты во внимание при разработке типоразмера АТХ. АТХ-плата крепится только на винтах, что повышает надежность и жесткость ее крепления. Разъемы всех портов ввода/вывода (принтерный, СОМ К COM2) жестко крепятся на материнской плате в ее правом верхнем углу, причем могут устанавливаться друг над другом. Процессор (процессоры) и его «обвязка» устанавливаются справа от интерфейсных разъемов, что позволяет устанавливать полноразмерные платы расширения. Блок питания вырабатывает также напряжение 3,3 В, что избавляет от необходимости формировать это напряжение на материнской плате. Блок питания запускается/выключается от специального сигнала, который может быть выработан как кнопкой включения компьютера, так и BIOS через соответствующую схему на материнской плате. Это позволяет программно выключать блок питания (например, при выходе из Windows) и включать его по коман173
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер де от BIOS или от модема, сетевой карты. Напряжение 5 В (слаботочное) всегда есть на материнской плате, если 220 В подано на блок питания, для управления запуском блока питания. Поэтому на «правильных» АТХ блоках питания всегда есть выключатель 220 В, расположенный на самом блоке питания с обратной стороны системного блока. При любых действиях, требующих снятия крышки системного блока, 220 В требуется обязательно отключать от блока питания. Разъем для подключения АТХ блока питания на материнской плате один и имеет 20 контактов. Допускается (но не является обязательным) вывод и подключение на материнскую плату сигналов с датчика скорости вращения вентилятора блока питания. Возможности АТХ-плат • Интегрированные разъемы портов ввода-вывода. На всех современных платах порты ввода-вывода являются интегрированными, поэтому вполне естественным выглядит решение поместить их разъемы на плату. Это уменьшает количество соединительных проводов, увеличивая надежность, и облегчает сборку. •
Интегрированный разъем м ы ш и PS/2.
•
Уменьшенное расстояние между платой и дисками.
Плата формата АТХ как бы повернута на 90 градусов, поэтому IDE-разъемы и разъем контроллера дисководов находятся рядом с самими устройствами. Это позволяет сократить длину используемых шлейфов, тем самым повысив надежность системы. •
Уменьшенный контакт процессора с платами.
Гнездо процессора перемешено с передней части платы на заднюю, рядом с блоком питания. Это позволяет устанавливать в слоты расширения полноразмерные платы — процессор им не мешает. •
Удобный соединитель п и т а н и я .
Теперь он один с 20 штырьками, вместо двух. Кроме того добавлена возможность управления материнской платой блоком питания. •
Лучшие условия для охлаждения.
Блок питания корпуса АТХ засасывает воздух внутрь. Таким образом, пыль не попадает на материнскую плату, а воздух из блока питания обдувает процессор. Напряжение 3.3 В. Напряжение питания, используемое для всех современных процессоров поступает из блока питания. В АТ-платахдля его получения использовался стабилизатор, установленный на материнской плате. В АТХ-платах необходимость в нем отпадает. Важным аргументом в пользу применения АТХ-корпусов является тот факт, что в корпус формата АТХ можно установить и Baby AT-материнскую плату.
174
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер
LPX Типоразмер материнских плат для низких корпусов SLIM. В них платы расширения устанавливаются не перпендикулярно материнской плате, а параллельно, посредством елочки.
NLX Недавно корпорация Intel предложила новый стандарт для производства компьютеров, Этот стандарт, включающий и декларирование типоразмеров материнской платы, можно смело назвать революционным — в выпускаемых компьютерах теперь не будет кабеля, идущего от блока питания к самой материнской плате. Это достигается благодаря внедрению специального разъема, получившего название NLX Riser Connector. В этот разъем, непосредственно примыкающий к блоку питания и вставляется материнская плата. Кроме ш и н ы питания, разъем содержит и информационную ш и н у . Таким образом, после установки материнская плата автоматически оказывается подключенной и к питанию и к шинам ISA и PCI, разъемы которых расположены выше Riser Connector. Всего в системе предусмотрено два разъема PCI, расположенных внизу, и два разъема ISA сверху. Справа в верхнем углу расположены первичный и вторичный разъемы контроллеров IDE. Ниже этих разъемов вмонтирован разъем для дисковода. На ризер-карте (riser card) также предусмотрено место для подключения сетевой карты, CD-Audio, универсальной ш и н ы USB. Новые возможности Возможность легкой замены материнской платы. Кабели не подключаются непосредственно на материнскую плату и не мешают ее замене. Разъемы PCI и ISA также теперь расположены отдельно от материнской платы на ризер-карте. Обеспечивается легкий доступ к шлейфам при замене или установке новых устройств. Кроме этого, устраняется уже ставший привычным для любого пользователя хаос с кабелями благодаря тому, что теперь все они подсоединяются к стационарной ризер-карте. Новая конструкция позволила существенно сократить длину шины IDE и кабеля для подсоединения дисковода, Упрощение крепления материнской платы. По стандарту NLX предлагается прикрепить к материнской плате специальные направляющие, которые и обеспечивают легкую установку платы в системном блоке. Окончательно плата закрепляется в блоке с помощью специального зажима с эксцентриком. Такая конструкция позволяет просто и с минимальным усилием вставить плату в разъем на ризер-карте и зафиксировать ее в этом положении. Легкий и удобный доступ к оперативной памяти при ее замене или модификации. Улучшенное охлаждение всех компонентов на плате и, в первую очередь, процессора. Высокоэффективная система охлаждения, удовлетворяющая предложенному стандарту, позволяет обходиться только радиатором для некоторых типов процессорных элементов. В отличие от предыдущих моделей системных блоков, в которых устанавливался вытяжной вентилятор на задней панели блока, стандарт NLX предполагает установку пристяжного вентилятора, расположенного на передней панели. Этим достигается гарантированный воздушный поток для охлаждения основных электронных компонентов системного блока.
175
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер Конструкция компьютера становится все более простой. Стандарт NLX практически превращает компьютер в устройство, состоящее всего из двух элементов — материнской платы и корпуса со стандартными разъемами для связи с внешними устройствами. На что следует обратить внимание при покупке системной платы Хорошие платы обычно имеют названия, поставляются в коробках и снабжаются подробной документацией в хорошо оформленной книжке. Однако бывает и так, что безродная плата с невзрачной книжечкой по совокупности характеристик оказывается лучше, чем фирменная — последнее слово должно быть за тестированием. Можно также обратить внимание налетали, установленные сразу же за разъемами шин: нередко они не позволяют нормально вставить платы в эти разъемы; с другой стороны, процессор и/или стабилизаторы питания могут мешать установке длинных плат. Обратите внимание на внешний вид материнской платы. Детали должны быть установлены ровно и аккуратно, пайка — блестящей, ровной и однородной. Криво установленные детали, «пузыри» припоя и непропаянные выводы обычно встречаются на платах китайского производства и говорят об общем качестве работы. Если плата заметно выгнута в одну сторону — есть вероятность наличия микротрещин в дорожках или кристаллах микросхем. Также могут быть неровно впаяны разъемы для SIMM, что грозит плохим контактом или вообще невозможностью вставить некоторые модули.
Как разъяснить материнскую плату Прежде всего — привести ее фирменное название. Если его нет — привести надписи на плате, которые могут быть похожи на название. Описать основные признаки платы (под какой процессор, какие шины, сколько разъемов каждой ш и н ы , сколько каких разъемов под кэш/память, что написано на больших микросхемах). Если плата не имеет фирменного названия, имеет смысл привести строку идентификации BIOS, которая выводится при перезагрузке внизу экрана. и тип самого BIOS (AMI, A W A R D , Phoenix, Acer). Чем больше информации — тем выше вероятность верного опознания платы другими и получения ответов на заданные вопросы.
Chipset Chipset — набор микросхем. Это одна или несколько микросхем, таймеры, система управления, специально разработанные для «обвязки» микропроцессора. Они содержат в себе контроллеры прерываний, прямого доступа к памяти, памятью и шиной — все те компоненты, которые в оригинальной IBM PC были собраны на отдельных микросхемах. Обычно в одну из микросхем набора входят также часы реального времени с CMOS-памятью и иногда — клавиатурный контроллер, однако эти блоки могут присутствовать и в виде отдельных чипов. В последних разработках в состав микросхем наборов для интегрированных плат стали включаться и контроллеры внешних устройств. Внешне микросхемы Chipset'a выглядят, как самые большие после процессора, с количеством выводов от нескольких десятков до двух сотен, Название набора обычно происходит от маркировки основной микросхемы.
176
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер
IRQ IRQ (Interrupt ReQuest — запрос прерывания) — сигнал от одного из узлов компьютера, требующий внимания процессора к этом узлу. Возникает при наступлении какого-либо события (например, нажатии клавиши, завершении операции чтения/записи на диске). На PC AT предусмотрено ] 5 (на XT —- 8) линий IRQ, часть которых используется внутренними контроллерами системной платы, а остальные заняты стандартными адаптерами, либо не используются: •
0 — системный таймер
•
1 — контроллер клавиатуры 2 — сигнал возврата по кадру (EGA/VGA), на AT соединен с IRQ 9 3 - обычно СОМ2/СОМ4 4 - о б ы ч н о СОМ 1/СОМЗ 5 — контроллер HDD (XT), обычно свободен на AT
•
6 — контроллер FDD 7 — LPT1, многими LPT-контроллерам и не используется 8 — часы реального времени с автономным питанием (RTC)
•
9 — параллельна IRQ 2 10 — не используется
•
11 — не используется 12 — обычно контроллер мыши типа PS/2
•
13 — математический сопроцессор 14 — обычно контроллер IDE HDD (первый канал)
•
15 — обычно контроллер IDE HDD (второй канал)
На AT сигнал IRQ 2 схемно поступает на вход, соответствующий IRQ 9 и вызывает запуск обработчика прерываний, связанного с IRQ 9, который программно эмулирует прерывание по IRQ 2. Таким образом, программы, работающие с IRQ 9, будут работать всегда, а использующие IRQ 2 — могут не работать, если не установлен правильный обработчик IRQ 9.
DMA DMA (Direct Memory Access — прямой доступ к памяти) — способ обмена данными между внешним устройством и памятью без участия процессора, что может заметно снизить нагрузку на процессор и повысить общую производительность системы. Режим DMA позволяет освободить процессор от рутинной пересылки данных между в н е ш н и м и устройствами и памятью, отдав эту работу контроллеру DMA; процессор в это время может обрабатывать другие данные или другую задачу в многозадачной системе. На AT имеется семь независимых каналов контроллера DMA: •
0 — регенерация памяти на некоторых платах 1 — не используется
177
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер •
2 — контроллер FDD
•
3 — контроллер Н DD на XT, на AT не используется
•
5 — не используется
•
6 — не используется
•
7 — не используется
Каналы 0-3 — восьмиразрядные, каналы 5-7 — шестнадцатиразрядные. С учетом этого, новые адаптеры следует настраивать прежде всего на полностью свободные каналы IRQ (10, 1 1 ) и ПМЛ(1, 5-7), а затем — на свободные в конкретной системе (например, IRQ 5 или 12, DMA 3). Возможность использования одного IRQ несколькими адаптерами зависит от типа ш и н ы и требует поддержки со стороны драйверов этих адаптеров. Использование разными адаптерами одного канала DMA в принципе возможно, но связано со множеством проблем и потому не рекомендуется, Режим прямого доступа к памяти (DMA) заключается в организации передач массивов данных между памятью и устройством ввода-вывода (адаптером). При этом передача данных производится под управлением специального оборудования (будем называтьего подсистемой DMA) независимо и асинхронно по отношению к микропроцессору. Микропроцессор ответственен л и ш ь за предварительную настройку (программирование) оборудования DMA на определенный тип передачи, задание начального адреса и размера массива данных в памяти. Запрограммированная передача DMA инициируется по запросу DRQ и реализуется подсистемой DMA параллельно с выполнением микропроцессором своих программ. Подсистема DMA обеспечивает одновременно семь независимо программируемых передач DMA, конкурирующих на системной шине согласно заданным приоритетам. Каналы О, 1, 2 и 3 поддерживают обмен с 8-разрядными устройствами и передача по ним идет побайтно. Каналы 5, 6 и 7 обслуживают 16-разрядные устройства и обмен по ним идет по 2 байта. Канал 4 задействован для связи двух контроллеров DMA, входящих в подсистему DMA. В системной шине каждому каналу контроллера DMA соответствует пара сигналов: DRQ — запрос на передачу, DACK — подтверждение передачи. Еще один сигнал системной шины относится к подсистеме DMA — это Т/С. Т/С возбуждается каналом DMA при завершении запрошенной передачи. Так как Т/С один на все каналы, его идентификация производится по активному DACK во время активизации Т/С. Передача массива данных по канату состоит из последовательности так называемых циклов DMA. Цикл DMA для передач между памятью и устройством ввода-вывода представляет собой комбинацию одновременного выполнения шинных команды обращения к памяти (-MEMR или -MEMW) и команды обращения к порту (-IOW или -IOR. соответственно), во время которого на шине адреса активен адрес памяти. Активный порт в цикле DMA определяется косвенным образом по комбинации активных сигналов DRQ и -DACK. Реагировать на сигналы -IOW и -IOR в цикле DMA может только тот порт, который вызвал активизацию сигнала DRQ и получил подтверждение в виде соответствующего сигнала DACK.
178
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер После того как один из каналов запрограммирован на необходимую передачу (запрограммирован канал контроллера DMA и регистр памяти страниц DMA), запускается устройство ввода-вывода, подключенное к этому каналу. С этого момента обслуживание обмена поручается подсистеме DMA, а микропроцессор может быть занят чем-либо другим. Когда устройство становится готовым к обмену, оно выдает запрос на обслуживание DRQ. Если данный канал в этот момент не замаскирован, подсистема DMA выдает запрос на захват шины у микропроцессора, который поступает на схему арбитража. Сигнал фиксируется на триггере по положительному фронту (в отличие от запроса на регенерацию). Если в данный момент нет необсл уже иного запроса на регенерацию, схема арбитража выдает запрос на микропроцессор. Когда микропроцессор готов освободить шину, он подтверждает запрос на захват шины сигналом, и шина поступает в распоряжение подсистемы DMA. После этого выполняются действия по выдаче адреса ячейки памяти, с которой будет выполняться обмен по каналу контроллера DMA. Адрес формируется из грех компонентов, причем для 8- и 16-разрядных каншюв эти части не тождественны. При байтовом обмене нулевой разряд адреса должен быть запрограммирован и изменяться от цикла к циклу, а при двухбайтовом — он не программируется, а переводится принудительно в нулевое значение во время цикла DMA. После того как сформирован адрес, начинается фаза выдачи команд. В одном цикле DMA присутствует одна из двух пар команд: чтение из памяти и запись в порт или запись в память и чтение из порта. Обе команды записи выдаются на такт позже для того, чтобы на шине могли появиться действительные данные. Однако начало выполнения команды -MEMR также откладывается на половину такта. Это необходимо для того, чтобы предупредить возможное сочетание задержек в тракте адреса с одной стороны и тракте команды -MEMR с другой стороны, при котором предустановка адреса памяти будет недостаточной по отношению к команде. Обычно в цикл DMA добавляется 1 такт ожидания, но при необходимости можно растянуть цикл с помощью сигнала I/O CH RDY. Если выполняемый цикл DMA является последним в цикле передачи массива, подсистема DMA активизирует сигнал Т/С.
Режим MASTER В отличие от PC XT, имевшей два архитектурных компонента, управляющих шиной (микропроцессорное ядро и контроллер DMA), PC AT допускает наличие дополнительных центров управления. Для захвата внешним устройством ввода-вывода управления шиной используется схема арбитража между подсистемой DMA и микропроцессором. Устройство ввода-вывода вырабатывает запрос на обслуживание процедуры DMA. Контроллер DMA выполняет все необходимые действия по захвату шины с целью обслуживания поступившего запроса. Но как только шина переходит в подчинение подсистемы DMA, устройство вводавывода сигналом -MASTER блокирует выход его на шину. С этого момента управление переходит к устройству ввода-вывода, и оно получает возможность доступа ко всем средствам системы. Для реализации этой возможности устройство ввода-вывода (адаптер) должно выдать соответствующие разряды адреса на шину, сделать паузу, чтобы дать возможность остальным устройствам дешифрировать адрес и выдать, если 179
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер нужно, активный сигнал — MEMCS16. После этого адаптер должен выдать разряды адреса на шину, вновь дать возможность устройствам дешифрировать адрес и только тогда выдать нужную команду (-MEMR, -MEMW, -IOR или -IOW) и данные, если выполняется цикл записи. То есть адаптер отрабатывает обычный, с точки зрения работы пассивных для шины устройств, цикл так, как это делает процессор. Устройство ввода-вывода, захватившее шину, в этом случае для всех остальных адаптеров выступает как микропроцессор, то есть является 16- разрядным устройством, но не активизирует сигналы -MEMCSI6 и -IOCSI6, работает с нечетным байтом через старший байт шины. Единственным ограничением является невозможность обращения к 8-разрядным устройствам, как к 16-разрядным. Это невозможно потому, что нет обратной связи между конвертором и «ведущим» устройством на шине, которая есть между конвертором и процессором. Конвертор начнет работать, но те схемы, которыми он управляет, отключены от шины, и на «ведущее» устройство сигналы управления от конвертора не поступают. Необходимо также помнить, что нельзя сколько угодно долго держать шину под управлением адаптера, не отдавая ее микропроцессору. Это связано с необходимостью регенерации памяти. Запросы на регенерацию поступают через каждые 15 мкс. Запрос должен быть обслужен до того, как поступит следующий запрос. Поэтому не следует занимать шину на время более 15 мкс.
Регенерация Оперативная память, как правило, строится на динамических элементах, которые требуют периодической регенерации, то есть, обновления заряда конденсатора, который и хранит информацию. Осуществляется регенерация не сразу всей микросхемы памяти, а отдельных строк через некоторые промеж>тки времен и . При этом время, через которое выполняется регенерация одной и той же строки, должно строго соблюдаться. Для осуществления регенерации необходимо иметь два счетчика: первый — счетчик временных интервалов между запросами на регенерацию строк микросхем памяти, второй — счетчик перебора строк (счетчик адреса регенерируемой строки). Первый счетчик является каналом 1 системного таймера (порт 41). Обычно этот канал настраивается на выдачу коротких импульсов с периодом 15 мкс, хотя в машинах последних моделей эта величина может быть больше, Запрос на регенерацию фиксируется на триггере по отрицательному фронту в отличие от запросов на обслуживание циклов DMA, которые фиксируются по положительному фронту. Тем самым разнесены во времени моменты возникновения запросов от DMA и запросов на регенерацию. Первым будет обслуживаться тот запрос, который пришел раньше. По своему приоритету запросы являются равноправными. Запрос, который зафиксирован на триггере раньше, будет блокировать прохождение другого запроса (имеется в виду не два запроса на регенерацию, а один запрос от подсистемы DMA и один запрос на регенерацию). Если запрос на регенерацию пришел раньше запроса от подсистемы DMA, то его появление вызовет активизацию сигнала, который является запросом микропроцессору на захват управления шиной.
180
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер Когда микропроцессор готов отдать шину, он выдает сигнал. С этого момента на шине начинается цикл регенерации. Становится активным сигнал REFRESH. По положительному фронту сигнала SYSCLK на системную шину выдаются разряды адреса. Следует заметить, что схема рассчитана на такую структуру регенерации, которая используется в микросхемах типа 4164 или 41256. При использовании микросхем К565РУ7 надо иметь в виду, что они имеют иную структуру регенерации. С ростом тактовой частоты микропроцессора длительность цикла регенерации памяти на некоторых комплектах БИС может сокращаться. Это может привести к сбоям в работе некоторых адаптеров, которые имеют элементы памяти, рассчитанные на длинный цикл регенерации. Точно так же, как и цикл шины, выполняемый под управлением микропроцессора или контроллера DMA, цикл регенерации может быть растянут путем выдачи сигнала IOCHRDY низкого уровня, Влияние регенерации на производительность микропроцессора Так как в выполнении цикла регенерации участвует шина, микропроцессор какую-то часть времени выполнения регенерации ожидает ее освобождения, что снижает его производительность. Причем чем выше тактовая частота микропроцессора, тем больше потери из-за регенерации. Поэтому для повышения производительности в машинах с современными элементами памяти реализуемая частота запросов ча регенерацию ниже, чем была принята ранее.
Bus Master Хозяин шины — возможный режим работы устройства на любой шине (в том числе и на PCI). Для работы в таком режиме устройство выдает запрос арбитру шины, сообщая о своем требовании на получение управления шиной. Арбитр, в соответствии с приоритетом и/или очередностью арбитража на данной шине через определенное в документации на шину время после запроса отдает запрашивающему устройству управление шиной. Выполнив все необходимые ему операции, устройство сообщает арбитру об освобождении им шины. На современных шинах, таких как PCI, для получения доступа к шине ВСЕ устройства проходят процедуру арбитража, в том числе и центральный процессор. Возможность быть Bus Master'oM должна быть обязательно реализована аппаратно при разработке устройства. Реализация механизма Bus Master позволяет общаться между собой только тем компонентам компьютера, которым это в данный момент нужно и не занимать понапрасну ненужные им для этого общения устройства. Этот механизм используется, например, для передачи, например, TV-тюнером на PCI данных в видеокарту, также находящуюся на этой шине, без участия центрального процессора, системной памяти. Если у вас есть персональный компьютер, то вы более или менее знакомы с шиной компьютера. В наши дни идут споры над сравнительными преимуществами и недостатками новой версии шины IBM PC AT под названием архитектура Micro Channel (MCA) и еще не реализованной расширенной промышленной стандартной архитектурой (EISA). Новые 32-разрядные шины такие, как шина компьютера Мае II NuBus, считаются превосходящими старые 8-разрядные шины по скорости и объему доступной памяти. Однако, если вы вскрывали ваш компьютер, вам, вероятно, трудно было что-либо сказать о его шине, поскольку это просто набор сигналов и их протоколов, использующийся для связи между моду-
181
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер лями. Физически шина связана с разъемом, являющимся носителем ее сигналов, а так же с логикой каждого модул я, который реализует протокол шины и ее соединения. В общем, существует три главных типа шин: системная шина, шина ввода/вывода и шина памяти.
Система, ввод/вывод и память Миникомпьютеры исуперминмкомпьютеры часто разрабатывались исходя из некоей центральной обшей шины, к которой подключены память и высокопроизводительные устройства ввода/вывода. Такая конструкция называется системной шиной, она является стержнем всего компьютера. Шину ввода/вывода можно обнаружить во всех уголках компьютерного мира. В очень больших компьютерах шина ввода/вывода является дополнением к системной шине. В них может использоваться удобная специализированная системная шина наряду с шиной ввода/вывода, соответствующей промышленным стандартам, позволяющей поддерживать различное периферийное оборудование. В персональных компьютерах часто имеется только шина ввода/вы вода, а процессор и память имеют внутренние связи без выхода на шину. Разъем, в который вставляется зависящий от фирмы-изготовителя модуль расширения памяти, на самом деле не является настоящей шиной. Сигналы, подключенные к этому разъему, — это просто сигналы чипа управления памятью, которые не обеспечивают универсальности (то есть они хороши лишь для данного конкретного контроллера). Все микрокомпьютеры на базе процессора 80386 имеют 32-разрядный поток д а н н ы х , связанных с памятью, что является важным преимуществом этих машин и обеспечивает максимум производительности. Однако, не следует думать, что эта конструкция является шиной, поскольку она только осуществляет связь с платой памяти, специфика которой зависит от фирмы-изготовителя.
Шины промышленного значения Хотя становится все труднее обнаружить связь между шинами персональных компьютеров и более «промышленными», такими, как Multibus и VMEbus, здесь имеются важные отличия. Если многопроцессорные возможности являются новинкой для персональных компьютеров, то это необходимость для промышленных шин. При любом обмене через шину существует ведущий (задатчик) и ведомый, Задатчик инициализирует обмен, а ведомый откликается. Все промышленные шины и шина МСА имеют универсальные механизмы арбитража шины и могут предоставить возможность быть задатчиком любому из устройств, подключенных к разъемам шины. Базовые аппаратные средства очень просты, а то, как это может быть использовано, варьирует в широких пределах. Основным применением многопроцессорной архитектуры является режим, когда устройства ввода/вывода могут выполнять настоящий прямой доступ в память (ПДП) и получать данные из главной памяти независимо от центрального процессора. В шинах XT и AT имеется только один залатчик — генмонтажная плата. Вне мира персональных компьютеров шина без многопроцессорных возможностей не называлась бы даже шиной. С другой стороны, встроенные каналы ПДП персональных компьютеров — неслыханная возможность в области промышленных шин.
182
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер В общем, ключевым отличием между промышленными ш и н а м и , или системами миникомпьютеров, и настольными системами является наличие генмонтажной (объединительной) платы. В настольных системах она есть, а в промышленных — нет. Создание вычислительной системы, базирующихся на VME'bus. начинается с пустой «корзины» для плат. Здесь нет предпочтения какому-либо типу центрального процессора, который разработчик будет использовать, нет разницы, разрабатывается ли многопользовательский компьютер, рабочая станция RISC, система управления каким-либо процессом или система моделирования полетов. При разработке персонального компьютера имеет смысл передать максимум функций генмонтажной плате. Наоборот, разработчики промышленных шин стараются минимизировать централизованную логику. Большинство промышленных шин требуют только логику генерации синхроимпульсов. В будущих конструкциях предполагается рассредоточить даже эту функцию, что приведет к отсутствию необходимости в централизованной логике. Стоимость является другим параметром, разделяющим эти категории шин. Пользователи персональных компьютеров чувствительны к цене, в то время, как пользователи промышленных систем больше думают о производительности и надежности. По мере того, как персональные компьютеры становятся все более мощными и чаще используются для обслуживания многопользовательских систем, разработчики и пользователи находят, что требования, предъявляемые к промышленным шинам и здесь начинают играть более значительную роль.
Какую шину выбрать? Современные системы базируются на широком спектре шин (и число последних постоянно растет), каждая из которых имеет определенный набор преимуществ. Но важны не столько технические возможности, важнейшим критерием является степень открытости шины. Многие шины IEEE/ANSI. Другие ш и н ы являются «открытыми*, но их характеристики контролирует одна фирма-изготовитель. Другие же являются промышленными стандартами де-факто, так, что на их свойства не может повлиять какая-либо фирма. Если субъект факторов формы является объектом теории, то тот факт, что на меньшей площади можно разместить меньшее количество логики важен для разработчиков. Поэтому объем полезного пространства, используемого под платы пользователя, ограничивает число этих плат. Другим объектом для принятия решения является тип разъема или разъемов, используемых для подключения устройств. Промышленные шины (включая шину NuBus компьютера Мае 11) до сих пор имеют два разъема для подключения, в отличие от персонатьных компьютеров, где менее надежные коннекторы расположены на краю платы, В то время, как производительность играет важную роль, абстрактная скорость шины в большинстве случаев не является осмысленным критерием. Насколько быстро шина теоретически может передавать данные в пиковом режиме — это может не отражать реальной производительности. Производительность также зависит от скорости арбитража шины, от того, был или нет перехвачен арбитраж спустя предыдущий обмен, и от того, может ли устройство функционировать с максимальной скоростью шины.
183
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер Хотя для некоторых систем скорость обмена данными по шине ввода/вывода является узким местом, еще большую проблему представляет недостаток «интеллектуальности» в интерфейсных платах, которые подключены к шине, Такие положительные качества шины, как многопроцессорность, могут стимулировать развитие интеллектуальных контроллеров ввода/вывода, что, в свою очередь, способствует функционированию с большей производительностью, чем при простом повышении скорости обмена данными. Все промышленные шины имеют спецификацию IEEE. Это значит, что существуют не только жесткие правила для разработчиков, но и то, что эволюция шины зависит не только от одной-двух фирм-изготовителей, она демократична. Если в комитет долгое время не поступают сообщения об успешных реализациях новых идей, тогда кодируется технология, обеспечивая таким образом стабильность определений шины. Жесткость определения шины тесно связана с тем, насколько она проста в разработке и как успешно будут совместно работать изделия различных фирм-изготовителей. Например, хотя не существует твердой спецификации шины AT, массовый рынок дал толчок эволюционному процессу, приведшему к производству большого количества компьютеров и дополнительных плат, которые не всегда успешно работают с большим количеством имеюшихся в семействе AT вычислительных систем различных фирм-изготовителей. Некоторые промышленные шины, отметим из них NuBus и Futurebus, имеют важное свойство процессорной независимости. Это значит, что они разработаны не для преимущественного применения какого-либо того или иного процессора, но скорее для осуществления более общей модели коммуникации, Наоборот, шины XT и AT — это просто декодированные версии сигналов микропроцессоров фирмы Intel.
Стандартные свойства и дополнения Основной задачей шипы является передача байтов с одного устройства на другое эффективным стандартным способом. Многие свойства проистекают из этого основного положения. Некоторые свойства являются ключевыми для создания надежных, функционально законченных систем, а другие сплошная чехарда. Говоря в обшем, наименование «протокол» относится к типу обмена, которые поддерживает шина. Основное — это чтение и запись, этого фактически вполне достаточно для большинства систем. Может присутствовать возможность поблочного чтения и записи, операций, которые передают пакет данных за один акт связи. В шине Futurebus операция broadcast определена как запись в несколько ведомых устройств, а операция broadcall — как чтение по ИЛИ из многих ведомых устройств. Важная шинная характеристика — объем передаваемых данных; она говорит о том, сколько проводов содержится в шине, по каждому из которых передается один бит по заданному адресу. Шины имеют обычно объем 8, 16 или 32 бита. Многие шины VME имеют ширину 32 бита, но могут быть также и 16-разрядными. NuBus и Futurebus имеют объем только 32 бита. В то время, как МСА объявлена 32-разрядной, большинство разъемов этой шины являются 16разрядными.
184
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер Одним из ограничений шины AT является объем адресного пространства, По 24 линиям адреса может быть физически адресовано только 16 мегабайт памяти. В 1983 году этот объем казался огромным, но теперь это можно отнести к ограничивающим факторам. Все промышленные ш и н ы имеют 32-разрядное адресное пространство, хотя реальное адресное пространство может варьировать (в шине VME может быть 24 или 32 бита). Когда-то разработчики ш и н ы , собираясь вместе, большей частью сосрадотачиватись на обсуждении вопроса о синхронных версиях асинхронных шин. Первые используют единственный сигнал синхронизации, передаваемый на все разъемы, для завершения вовремя всех актов передач и данных и управляющей информации. В типичном случае линии данных и управления являются достоверными только в момент прохождения фронта импульса синхронизации. В асинхронной шине не используется централизованный сигнал синхронизации, а вместо этого применяется принцип подтверждения обмена в той или иной форме. Короче говоря, на операции асинхронной шины не накладывается ограничение по времени сверху, хотя синхронные шины позволяют с большей простотой разрабатывать надежные высокопроизводительные системы. Шины NuBus и Multibus II являются синхронными, шины VME и Futurebus — асинхронными. Асинхронная школа придерживается того мнения, что синхронные шины находятся в сильной зависимости от современной технологии. Синхронная школа считает, что трудно создать надежную асинхронную шину в чистом виде, что сводит на нет обещаемую производительность. Прерывания считаются важным базовым свойством, поэтому может показаться удивительным тот факт, что ни Multibus II, ни Futurebus не имеют их. А в шину NuBus они были введены только на более поздних стадиях разработки. Обычно смысл прерывания заключается в том, что устройству предоставляется возможность записи, когда оно нуждается в обслуживании со стороны единственного процессора. Ну, а если процессор не один? Интересно, как бы интерфейс ввода/вывода повел себя в случае, когда требуется определить, к какому из процессоров адресуется прерывание. Процессорам также нужен способ обслуживания прерывания интерфейсов ввода/вывода и, в некоторых случаях, других процессоров на сопроцессорных картах. Линия прерывания, которой управляет устройство ввода/вывода, является ограничивающим фактором для числа устройств, которые могут ее использовать. поэтому запрос прерывания в процессор должен быть мультиплексирован водной л и н и и . Более развитые шины используют стандартный цикл записи для передачи сообщения о том, что одно устройство запрашивает внимание другого. Это превращает прерывание в специальный случай обмена с памятью, обеспечивая гибкость и непосредственность адресации, а также исключает необходимость в специальных сигналах и аппаратных средствах, которые необходимы в противном случае. Конечно, в современных персональных компьютерах имеется лишь один процессор, но приближается эра мультипроцессорных микрокомпьютеров. Прямой доступ в память — свойство, присущее как персональным компьютерам, так и большим машинам. Однако одно и то же название не означает идентичность в реальности. На шине VME устройство управления процессом, именуемым ПДП, может производить арбитраж шины и функционировать в качестве задатчика шины при передаче данных от себя в память, не привлекая модуль центратьного процессора. 185
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер Этот маленький подвиг можно приветствовать как прорыв мультипроцессорное™ в мир персональных компьютеров. Персональные компьютеры имеют фиксированное число каналов ПДП на генмонтажной плате. Точнее было бы использовать термин «непрямой» доступ в память, так как на самом деле ПДП осуществляет не само устройство ввода/вывода, а чип, установленный на генмонтажной плате. В миникомпьютерных системах контроллеры часто разработаны таким образом, что осуществляют обмен с памятью целыми блоками, прерывая на это время работу центрального процессорного модуля. Многопроцессорные шины позволяют выполнять этот тип операций и в микрокомпьютерах.
«Мультипроцессорное™»» Наиболее сложные системы, ставшие возможными благодаря многопроцессорным шинам, на самом деле имеют несколько процессоров. Это не то же самое, что несколько задатчиков шины. Возможность существования нескольких задатчиков на шине — необходимое, но недостаточное условие для многопроцессорности. Настоящая мультипроцессорная шина должна также иметь такую схему прерываний, которая позволяет любому устройству прервать любое другое устройство — в этом случае особенно эффективен метод арбитража, а также обеспечение устройств поддерживающей кэш-памятью. Арбитраж — это операция, которая удерживает задатчики шины от одновременного использования шины. Схема ее реализации различна в разных вариантах шин. Ш и н ы Multibus I и УМЕ используют принцип дейзи-цепсчки сигналов. Это несколько неудобно, так как в любом неиспользуемом разъеме должен быть специальный переключатель, обеспечивающий непрерывность цепочки. В большинстве современных систем арбитраж передачи данных выполняется по нескольким отдельным линиям. Это позволяет совместить во времени процесс передачи данных с арбитражем. В результате, время, необходимое на арбитраж, поглощается временем обмена данными. Когда очередной обмен завершен, следующий может начаться немедленно. Шина МСА является исключением из этого случая, выполняя арбитраж последовательно с обменом данными. Таким образом, фаза арбитража добавляет время к общему времени, необходимому для обмена. Кэш-память играет все большую роль как на рынке персональных компьютеров, так и на рынке суперкомпьютеров. Процессоры настолько быстры, что ОЗУ не успевает. Кэш-буфер ОЗУ статического типа — единственный способ вовремя поставлять данные в процессор. Кэш-память может иметь сложную организацию, а в мультипроцессорной системе она может быть особенно сложной. Некоторые типы шин обеспечивают аппаратную поддержку для того, что называют проблемой когерентности кэш-буфера. Если не считать небольшое количество экзотических компьютеров, только шина Futurebus является единственной открытой шиной, имеющей эту возможность.
Шины XT-Bus, ISA, EISA, VLB, PCI, PCMCIA и MCA XT-Bus — шина архитектуры XT — первая в семействе IBM PC. Относительно проста, поддерживает обмен 8-разрядными данными внутри 20-разрядного (1 Мб) адресного пространства (обозначается как «разрядность 8/20»), работает на частоте 4.77 МГц.
186
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер Совместное использование линий IRQ в общем случае невозможно. Конструктивно оформлена в 62-х контактных разъемах. ISA (Industry Standard Architecture — архитектура промышленного стандарта) — основная шина на компьютерах типа PC AT (другое название — AT-Bus). Является расширением XT-Bus, разрядность —- 16/24 (16 Мб), тактовая частота — 8 МГц, предельная пропускная способность — 5.55 Мб/с. Разделение IRQ также невозможно. Возможна нестандартная организация Bus Mastering, но для этого нужен запрограммированный 16-разрядный канал DMA. Конструктив — 62-контактный разъем XT-Bus с прилегающим к нему 36-контактным разъемом расширения. EISA (Enhanced ISA— расширенная ISA)— функциональное и конструктивное расширение ISA. Внешне разъемы имеют такой же вид, как и ISA, и в них могут вставляться платы ISA, но в глубине разъема находятся дополнительные рады контактов EISA, а платы EISA имеют более высокую ножевую часть разъема с дополнительными рядами контактов. Разрядность — 32/32 (адресное пространство — 4 Гб), работает также на частоте 8 МГц. Предельная пропускная способность — 32 Мб/с. Поддерживает Bus Mastering — режим управления шиной со стороны любого из устройств на шине, имеет систему арбитража для управления доступом устройств в шине, позволяет автоматически настраивать параметры устройств, возможно разделение каналов IRQ и DMA. MCA (Micro Channel Architecture микроканальная архитектура) — шина компьютеров PS/2 фирмы IBM. He совместима ни с одной другой, разрядность — 32/32, (базовая — 8/24, остальные — в качестве расширений). Поддерживает Bus Mastering, имеет арбитраж и автоматическую конфигурацию, синхронная (жестко фиксирована длительность цикла обмена), предельная пропускная способность - 40 Мб/с. Конструктив — одно-трехсекционный разъем (такой же, как у VLB). Первая, основная, секция — 8-разрядная (90 контактов), вторая — 16-разрядное расширение (22 контакта), третья — 32-разрядное расширение (52 контакта). В основной секции предусмотрены линии для передачи звуковых сигналов. Дополнительно рядом с одним из разъемов может устанавливаться разъем видеорасширения (20 контактов). EISA и МСА во многом параллельны, появление EISA было обусловлено собственностью IBM на архитектуру МСА. VLB (VESA Local Bus — локальная шина стандарта VESA) — 32-разрядное дополнение к шине ISA. Конструктивно представляет собой дополнительный разъем (116-контактный, к а к у МСА) при разъеме ISA. Разрядность — 32/32, тактовая частота — 25-50 МГц, предельная скорость обмена — 130 Мб/с. Электрически выполнена в виде расширения локальной шины процессора — большинство входных и выходных сигналов процессора передаются непосредственно VLB-платам без промежуточной буферизации. Из-за этого возрастает нагрузка на выходные каскады процессора, ухудшается качество сигналов на локальной шине и снижается надежность обмена по ней. Поэтому VLB имеет жесткое ограничение на количество устанавливаемых устройств: при 33 МГц — три, 40 МГц — два, и при 50 МГц — одно, причем желательно, интегрированное в системную плату. PCI (Peripheral Component Interconnect соединение внешних компонент) — развитие VLB в сторону EISA/MCA. He совместима ни с какими другими, разрядность — 32/32 (расширенный вариант — 64/64), тактовая частота — до 33 МГц
187
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер (PCI 2. 1 — до 66 МГц), пропускная способность — до 132 Мб/с (264 Мб/с для 32/32 на 66 МГц и 528 Мб/с для 64/64 на 66 МГц), поддержка Bus Mastering и автоконфигурации. Количество разъемов шины на одном сегменте ограничено четырьмя. Сегментов может быть несколько, они соединяются друг с другом посредством мостов (bridge). Сегменты могут объединяться в различные топологии (дерево, звезда). PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association — ассоциация производителей плат памяти для персональных компьютеров) — внешняя шина компьютеров класса NoteBook. Другое название модуля PCMCIA — PC Card. Предельно проста, разрядность — 16/26 (адресное пространство — 64 Мб), поддерживает автоконфигурацию, возможно подключение и отключение устройств в процессе работы компьютера. Конструктив — миниатюрный 68-контактный разъем. Контакты питания сделаны более длинными, что позволяет вставлять и вынимать карту при включенном питании компьютера,
Микросхемы памяти и системная плата В системных платах персонального компьютера используется два основных типа памяти: статическая (SRAM — Static RAM) и динамическая (DRAM Dynamic RAM). В статической памяти элементы (ячейки) построены на различных вариантах триггеров — схем с двумя устойчивыми состояниями. После записи бита в такую ячейку она может пребывать в этом состоянии столь угодно долго — необходимо только наличие питания. При обращении к микросхеме статической памяти на нее подается полный адрес, который при помоши внутреннего дешифратора преобразуется в сигналы выборки конкретных ячеек. Ячейки статической памяти имеют малое время срабатывания (единицы-десятки наносекунд), однако микросхемы на их основе имеют низкую удельную плотность данных (порядка единиц Мбит на корпус) и высокое энергопотребление. Поэтому статическая память используется в основном в качестве буферной (кэш-память). В динамической памяти ячейки построены на основе областей с накоплением зарядов, занимающих гораздо меньшую площадь, нежели триггеры, и практически не потребляющих энергии при хранении. При записи бита в такую ячейку в ней формируется электрический заряд, который сохраняется в течение нескольких миллисекунд; для постоянного сохранения заряда, ячейки необходимо регенерировать — перезаписывать содержимое для восстановления зарядов. Ячейки микросхем динамической памяти организованы в виде прямоугольной (обычно — квадратной) матрицы; при обращении к микросхеме на ее входы вначале подается адрес строки матрицы, сопровождаемый сигналом RAS (Row Address Strobe — строб адреса строки), затем, через некоторое время — адрес столбца, сопровождаемый сигналом CAS (Column Address Strobe — строб адреса столбца). При каждом обращении к ячейке регенерируют все ячейки выбранной строки, поэтому для пол ной регенерации матрицы достаточно перебрать адреса строк. Ячейки динамической памяти имеют большее время срабатывания (десятки-сотни наносекунд), но большую удельную плотность (порядка десятков Мбит на корпус) и меньшее энергопотребление. Динамическая память используется в качестве основной памяти. Обычные виды SRAM и DRAM называют также асинхронными — потому, что установка адреса, подача управляющих сигнаюв и чтение/запись данных могут выполняться в произвольные моменты времени — необходимо только соблюдение временных
188
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер соотношений между этими сигналами. В эти временные соотношения включены так называемые охранные интервалы, необходимые для стабилизации сигналов. которые не позволяют достичь теоретически возможного быстродействия памяти, Существуют также синхронные виды памяти, получающие внешний синхросигнал, к импульсам которого жестко привязаны моменты подачи адресов и обмена данными; помимо экономии времени на охранных интервалах, они позволяют более полно использовать внутреннюю конвейеризацию и блочный доступ.
Теневая память и системная плата Shadow Memory — это так называемая теневая память. В адресах памяти от 640 Кб до 1 Мб (AQOOO-FFFFF) находятся «окна», через которые видно содержимое различных системных ПЗУ. Например, окно FOOOO-FFFFF занимает системное ПЗУ, содержащее системный BIOS, окно COOOO-C7FFF — ПЗУ видеоадаптера (видео-BIOS). При включении для каких-либо окон режима Shadow содержимое их ПЗУ копируется в участки ОЗУ, которые затем подключаются к этим же адресам вместо ПЗУ, «затеняя» их; запись в эти участки аппаратно запрещается для полной имитации ПЗУ. Это дает в первую очередь ускорение работы с программами/данными ПЗУ за счет более высокого быстродействия микросхем O3V. Кроме этого, появляется возможность модифицировать видимое содержимое ПЗУ (почти все современные системные BIOS используют это для самонастройки). В области видео-BIOS можно поменять экранные шрифты. Управлением теневой памятью занимается Chipset платы, поэтому не все платы позволяют это делать (хотя сейчас таких плат практически не осталось). Есть различные программы для создания средствами теневой памяти UVIB-блоков в MS DOS или для загрузки экранных шрифтов в область видео-BIOS (например, S_FONT). Что такое Memory Relocation? Это перенос неиспользуемой памяти из системной области (640 Кб — 1 Мб) в область расширенной (Extended) памяти. В первых IBM PC устанавливалось 640 Кб основной памяти и отдельно — расширенная память, поэтому со старшими 384 Кб проблем не возникало. В современных платах вся память представляет собой непрерывный массив, поэтому системную область приходится аппаратно исключать, теряя при этом 384 Кб. Большинство Chipset'os позволяют использовать часть этой памяти под Shadow Memory, однако некоторые (Neat, ОРТ1495, S1S471) могут переносить ее за пределы первого мегабайта, присоединяя к расширенной памяти. Одни Chipset'bi могут переносить все свободные от Shadow участки, другие — только все 384 Кб целиком (в этом случае должны быть отключены все Shadow).
Кэш Cache (запас) обозначает быстродействующую буферную память между процессором и основной памятью. Кэш служит для частичной компенсации разницы в скорости процессора и основной памяти — туда попадают наиболее часто используемые данные. Когда процессор первый раз обращается к ячейке памяти, ее содержимое параллельно копируется в кэш, и в случае повторного обращения в скором времени может быть с гораздо большей скоростью выбрано из кэша. При записи в память значение попадает в кэш, и либо одновременно копируется в память (схема Write Through — прямая или сквозная запись), либо копи189
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер руется через некоторое время (схема Write Back — отложенная или обратная запись). При обратной записи, называемой также буферизованной сквозной записью, значение копируется в память в первом же свободном такте, а при отложенной (Delayed Write) — когда для помещения в кэш нового значения не оказывается свободной области; при этом и память вытесняются наименее используемая область кэша. Вторая схема более эффективна, но и более сложна за счет необходимости поддержания соответствия содержимого кэша и основной памяти. Под термином Write Back в основном понимается отложенная запись, однако это может означать и буферизованную сквозную. Память для кэша состоит из собственно области данных, разбитой на блоки (строки), которые являются элементарными единицами информации при работе кэша, и области признаков (tag), описывающей состояние строк (свободна, занята, помечена для «дозаписи»). В основном используются две схемы организации кэша: с прямым отображением (direct mapped), когда каждый адрес памяти может кэшироваться только одной строкой (в этом случае номер строки определяется младшими разрядами адреса), и n-связный ассоциативный (n-way associative), когда каждый адрес может кэшироваться несколькими строками. Ассоциативный кэш более сложен, однако позволяет более гибко кэшировать данные; наиболее распространены 4-связные системы кэширования.
Глава 2: Наводим порядок В наше нелегкое время процветания Windows принято вполне нормальным считать, что если компьютер «виснет», то виноват обязательно Билл Гейтс, которого вместо БГ сокращенно уже пора назвать КО. Также козлом отпущения может оказаться и узкоглазый производитель комплектующих, родной белорусский сборщик или, в конце концов, черт лысый. Устанавливая разнообразные платы, винчестеры, CD-ROM v bi, все обильно соединяется необходимым количеством проводов и шлейфов, запихивается, в буквальном смысле слова, в системный блок и крепко-накрепко завинчивается, в лучшем случае, четырьмя винтами. Никто даже и не думает о неудовлетворительном воздухообмене, которым грешат многие компьютеры белорусской сборки. При покупке вряд ли кто-нибудь заглянет внутрь или, лучше сказать, вряд ли ктонибудь покажет, что таится внутри системного блока. Наводить порядок начнем с самого простого — разберемся с многочисленными проводами и шлейфами. Для многих эта задача может показаться нудной и бесполезной, но игра стоит свеч. Сначала соберите и скрутите тонкие проводки индикации, разбросанные друг от друга, в один жгут. Их возможно скрепить в 23-х местах скотчем или очень удобными доисторическими наклейками, некогда защищавшими от записи 5,25-дюймовые дискеты. 4-х цветные кабели питания тоже лучше подкрутить, чтобы не свисали попусту. Далее следуют широкие EIDEшлейфы и шлейф дисковода. Тут все зависит от расположения соответствующих разъемов на материнской плате, мест крепления винчестера, дисковода и CDROM'a, а также от вашей фантазии. Два ElDE-шлейфа целесообразно соединить
190
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер вместе и развести только неподалеку от подключенных к ним устройств. Широкие шлейфы хорошо соединяются по всему периметру сечения большими наклейками от дискет или видеокассет. Дисководный же шлейф возможно сложить вдвое. Платы в ISA- и PCI-слотах старайтесь располагать так, чтобы между двумя соседними был свободный слот или большее пространство. То же самое возможно сказать о двух рядом стоящих винчестерах. Некоторые производители HDD даже рекомендуют располагать их детиша неподалеку от второго вентилятора, который возможно приобрести за дополнительную плату. Под его действием холодный воздух поступает внутрь системного блока, «освежая* все содержимое последнего. Об охлаждении главного виновника «зависаний» компьютера — процессоре — стоит написать поподробнее. К сожалению, не у всех материнских плат под процессором расположены датчики температуры, которые при чрезмерном нагреве подают звуковой сигнал через Speaker. Кататься же быстро любят все, о чем свидетельствует широкое распространение практики разгона процессоров до более высоких частот. Как говорится, любишь кататься — люби и саночки возить. Не жалейте зеленых бумажек и купите лучше высокий Cooler с вентилятором на шарикоподшипниках. Шумит он больше, зато сильным потоком воздуха охладит любой процессор до нормальной температуры. Неплохие модели предлагают Asustek и Асогр (известные производители материнских плат). Не забудьте снять резиновую прокладку, которая может находиться между радиатором и процессором. Она только ухудшает охлаждение. Также не мешает поискать теплопрогюдящую пасту, используемую в радиоэлектронной промышленности для охлаждения полупроводниковых приборов. Спросите ее у знакомых радиолюбителей, наверняка у них что-нибудь имеется. В случае, если таковых нет — обращайтесь на радиорынок. «Зачем нужна еще и паста?» — спросите вы. Из-за отсутствия идеальной гладкости сопрягающихся поверхностей между радиатором и процессором существуют небольшие воздушные прослойки. Они-то и не позволяют перегретому процессору отдавать всю накопленную тепловую энергию радиатору Cooler'a. Приобретенная вами паста заполнит эти воздушные полости. Не бойтесь наносить пасту на поверхность процессора, при надобности она легко удаляется слегка увлажненной ватой. Слой пасты должен быть минимальным, иначе при излишнем его количестве она будет функционировать как прослойка, а не заполнитель мелких воздушных полостей. Обеспечив максимально возможный воздухообмен, установив дополнительный вентилятор и заменив «слабенький» Cooler на «монстра» с большим радиатором, вы избавите себя от головной боли с приходом лета и жарких деньков.
Глава 3: Подавляем шум Люди, ежедневно работающие за персональным компьютером, со временем перестают обращать внимание на постоянный свист приводов CD-ROM. «хрюканье» жестких дисков, шум, вызванный вращением вентиляторов. Все эти посторонние звуки, даже не будучи замеченными, способны утомить и сделать че-
191
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер ловека раздражительным. В больших и многолюдных офисах шум работающего ПК едва ли будет заметен. Зато дома или в уединенном от подчиненных кабинете начальника этот шум играет основополагающую роль в создании звуковой атмосферы помещения. То, что надо бороться за тишину, известно всем, но время и компьютерная индустрия не стоят на месте. Современные процессоры требуют улучшенного воздухообмена, в результате их вентиляторы шумят больше. Современные высокоскоростные приводы CD-ROM не отстают и с невероятной скоростью и шумом вращают компакт-диски. Винчестеры хоть теперь стали шуметь меньше, чем более ранние модели, но совсем или почти бесшумного жесткого диска нет и, по всей видимости, в ближайшие годы не будет. Как бороться с шумом? Способов не очень много, эффективность у каждого своя. Поэтому наведение акустического порядка в ваших системных блоках предлагаю начать с самых занудливых источников шума.
Вентиляторы Этих устройств в корпусе системного блока, как минимум, два. Один — в блоке питания, второй — на радиаторе центрального процессора. Вентиляторы также могут располагаться на внутренней стороне передней панели корпуса системного блока, радиаторе 3D-акселератора и боксах для сменных HDD. Принцип работы и причины генерирования шума у всех одинаковы, Простейший способ уменьшения шума — понижение напряжения питания вентиляторов. Номинальным для большинства является 12 Вольт. Понизить его возможно до 7 или 5 Вольт. Сделать это несложно. Как известно, большинство дисковых накопителей ПК питаются двумя напряжениями — 12 и 5 вольт. Для «диетического» питания вентиляторов мы будем использовать четырехконтактный разъем, питающий винчестер. Итак, имеем четыре контакта и четыре разных провода. Желтый провод — 12 Вольт, красный — 5. Черный провод — это «земля» или общий (относительно его измеряется напряжение). Для обеспечения питания 5 вольт следует подсоединить, но лучше припаять контакты проводов вентилятора к контактам красного и черного проводов. Не бойтесь перепутать полярность. Почти все современные вентиляторы имеют защиту от подобных ошибок. В случае, если подключились неверно, вентилятор просто не будет вращаться. Хорошо изолируйте полученные соединения, дабы не замкнуть контакты между собой или, что еще хуже, «закоротить» на корпус. Вроде с пятью вольтами все ясно. Но такое понижение напряжения (почти на 60%) может оказаться критическим, то есть вентилятор будет очень медленно вращаться или вовсе остановится. Как же получить семь Вольт? Снова обратимся к четырехконтактному разъему. Никто не будет спорить, что 12-5 будет 7. Так и поступаем: подсоединяем один из проводов вентилятора к желтому проводу, а второй — не к черному (на общий), а к красному. Полученная разность потенпиалов составит как раз те семь вольт, которые вам необходимы. Непосредственное шумоподавление движущихся механических частей вентилятора имеет не меньшую эффективность. Рассмотрим этот метод на примере самого маленького, но чаще всего самого шумного — вентилятора, расположенного на радиаторе центрального процессора. Этот «трудяга» обеспечивает охлаждение наиважнейшего элемента ПК, поэтому понижение частоты его вращения за счет подачи меньшего, чем 12 Вольт, напряжения питания — самое не-
192
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер желательное действие по отношению к обеспечению стабильной работы всей системы. Хотя, если радиатор, на котором расположен этот вентилятор, имеет достаточно внушительные размеры и вы не увлекаетесь разгоном CPU, все же возможно понизить напряжение до 7 Вольт, а для вентиляторов на шарикоподшипниках — до 5. Давайте разберемся, почему может шуметь этот вентилятор. Основных причин три: • • •
Прогон большого количества воздуха сквозь игольчатую поверхность радиатора. Некачественный или изношенный механизм. Засорение пылью.
В случае, если с первой причиной ничего нельзя поделать, то с двумя остальными несложно разобраться. Въевшуюся пыль возможно удалить намотанной на спичку ваткой, пропитанной спиртом. С механикой — сложнее. Придется приобрести в хозяйственном магазине жидкое машинное масло и капнуть не более одной капли его на вал вентилятора. Для этого необходимо открутить четыре крепежных винта CPU Coller'a и, перевернув вентилятор обратной стороной, временно удалить круглую наклейку. Под ней будет находиться тот самый вал вентилятора, на который необходимо капнуть масло, После смазывания не спешите прикреплять наклейку на место и прикручивать вентилятор к радиатору. Необходимо дать маслу проникнуть ко всем движущимся соприкасающимся поверхностям. Пусть вентилятор поработает в свежесмазанном перевернутом состоянии. Это возможно сделать, включив ПК на 2-3 минуты, но не более, так как процессор перегреется. Когда излишки масла будут втянуты вращающимся валом внутрь, возможно возвращать наклейку на место, а вентилятор прикрутить к радиатору.
Блок питания Хотя вентилятор блока питания по размерам значительно больше вентилятора CPU Cooler'a, шумит он, как правило, меньше. Описанные выше методы смазки и понижения напряжения подходят также и для него. Для выполнении описанных ниже операций с блоком питания вам придется удалить гарантийный стикер или пломбу. Поэтому, если у вас все еще действует гарантия на системный блок, от вскрытия блока питания лучше воздержаться. Остальным же порекомендую приготовить пылесос и, развинтив блок питания, перво-наперво высосать скопившиеся комки пыли. Затем возможно заняться вентилятором, вернее защитной решеткой, которая, препятствуя прохождению воздуха, создает шум. В некоторых блоках питания эта решетка отдельно привинчивается к корпусу. Тогда, отвинтив четыре винта, возможно ее отсоединить. С большей частью остальных блоков п и т а н и я придется поработать надфилем, ведь в них защитная решетка и корпус блока питания — единое целое. Задача не так проста: нужно извлечь блок питания из корпуса системного блока. Затем, вскрыв корпус блока питания достать вентилятор и плату, а уж только потом аккуратно по кругу в ы п и л и т ь надфилем решетку. Главное — после удаления решетки хорошенько очистить корпус блока питания от металлических опилок. Они могут замкнуть любую цепь и тогда уж точно беды не миновать. Лучше вымойте корпус 193 7-410
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер шеткой под водой, а затем высушите и верните его на свое место в системном блоке, предварительно установив R него все его содержимое (плату и вентилятор).
Жесткие диски Треск «скачущих» по дорожкам дисков винчестера головок — один из самых неприятных шумов ПК. Имея в наличии один свободный отсек для пятидюймового устройства, возможно приглушить подобный шум, используя поролоновые прокладки. Винчестер в таком случае перестает контактировать с корпусом системного блока, и вся вибрация поглощается поролоном. Отсутствие какого-нибудь крепления требует использования прокладок с четырех сторон. Но при этом не забывайте, что винчестеру необходим доступ сьежего воздуха, поэтому жесткий диск не следует «упаковывать» спереди и сзади, а сверху достаточно л и ш ь использовать узкую полоску поролона только для полной фиксации. Конечно, такой метод звукоизоляции накладывает свои ограничения на транспортировку системного блока. Так что, если вы собрались перевозить свой ПК на новое место, временно прикрутите его винтами к одной из стенок.
Высокоскоростные приводы CD-ROM Скорости вращения носителей и современных приводах CD-ROM уже достаточно высоки, чтобы возможно было определенно говорить о невозможности работы при постоянном вращении компакт-диска. Шум, создаваемый приводом CD-ROM, способен заглушить все остальные источники вашего акустического недовольства. Что возможно сделать? Владельцы приводов iNFRA от компании Creative Labs, уже нашли выход. В их распоряжение предоставлена кнопка на передней панели привода, которая позволяет в два раза понижать скорость вращения диска. Шум в таком случае практически исчезает, Для тех, кто приобрел какой-либо другой привод, такой возможности не предоставляется, поэтому им остается надеяться только на программную реализацию подобной функции. Что это значит? А то, что для всех приводов CD-ROM возможно будет устанавливать максимальную рабочую скорость, тем самым придерживать «излишнюю прыть» современных приводов. Двалцатичетырехскорсетной привод возможно будет заставить бесшумно работать на 12-й, 6-й, 2-й или даже 1-й скорости. Ваш привод не превратится из двадцатичетырехскоростного в шестискоростной. так как в этом случае при уменьшении значение максимальной скорости вращения диска в три раза, время перемещения луча от дорожки к дорожке увеличится не в три раза, а всего на десять-двадцать процентов. Что мы имеем на практике? Для приобретения возможности программного регулирования скорости вращения диска необходимо всего лишь установить драйверы CeQuadrat PacketCD версии 3.00.169. Помимо своей основной задачи — обеспечения считывания компакт-дисков, записанных в стандарте OSTA UDF, PacketCD создает в свойствах всех подключенных приводов CD-ROM дополнительные закладки «Device», в которых возможно выбирать необходимую скорость. Описанную версию CeQuadrat PacketCD возможно найти по адресу: www.kv. minsk. by/has/.
194
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер Проведя описанный выше комплекс шумоподавляюших работ, вы вернете первозданную тишину своему помещению. И не удивляйтесь, когда ваши знакомые начнут спрашивать: «А почему у тебя компьютер так тихо работает?» Я, к примеру, уже просто устал отвечать на подобные вопросы.
Глава 4: Настраиваем BIOS BIOS — это базовая система ввода-вывода, включающая в себя набор подпрограмм, записанных в ПЗУ компьютера. Кроме обслуживания обращений к различным устройствам и проведения начальной диагностики (процедура POST). BIOS также занимается инициализацией всех устройств компьютера, занося в их регистры определенные значения. Очевидно, что от того, как именно настроит BIOS то или иное устройство, зависит быстродействие и стабильность всей системы в целом. Программа Setup, доступ к которой возможно получить, нажав DEL (или F2) при загрузке, как раз и позволяет изменять те значения, которые загружаются в регистры различных устройств, прежде всего чипсета материнской платы. Кстати, хранятся они в памяти, питаемой от батарейки, а память эту называют CMOS (Complimentary Metal-Oxide-Semiconductor, потребляющая небольшую мощность в статическом режиме логика). Если BIOS Setup позволяет настраивать систему, то интерес к его опциям неизменно проявляется у многих владельцев компьютеров. Конечно, возможно спокойно применить к ним «метод тыка» и добиться при этом хорошего результата. Но гораздо лучше знать, что именно затрагивает та или иная опция и производить «твикинг» целенаправленно.
Настраиваем память Прежде чем начинать описание опций BIOS, затрагивающих работу памяти (обычно они находятся в Advanced Chipset Setup), нужно хотя бы приблизительно разобраться, как именно происходит к ней доступ. Как известно, у современного компьютера память подключена к системному контроллеру (точнее, к контроллеру памяти) с помощью 64-разрядной шины. По этой шине перелаются как адреса, так и данные. Физический адрес определенной ячейки памяти содержит в себе адреса строки (Row) и столбца (Column) в запоминающем массиве. Сигнал RAS (Row Access Strobe) сигнализирует о том, что в данном такте выбирается определенная строка, сигнал CAS (Column Access Strobe) — столбец, а точнее, элемент (слово) из строки. После этого данные в виде пакета (нескольких последовательных слов) выдаются на шину. Кроме того, современные микросхемы памяти содержат в себе несколько независимых банков. Работа с банком начинается с его активации (открытия) и заканчивается закрытием, после чего данные в нем обновляются (перезаряжаются ячейки динамической памяти, содержимое которых имеет свойство быстро обнуляться). Итак, работа с памятью происходит по следующему атгоритму: •
активируется банк подачей сигнала RAS;
•
происходит задержка, пока данные поступают из выбранной строки банка в усилитель (задержка RAS-to-CAS);
195
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер подается сигнал CAS на выборку первого слова из строки; данные поступают на шину, при этом происходит задержка (CAS Latency); •
следующее слово выдается уже без задержки, так как оно содержится в подготовленной строке; когда цикл выборки пакета из четырех слов завершен и больше нет обращений к этой строке, происходит закрытие банка; данные возвращаются в ячейки (задержка RAS Precharge).
Важно понимать, что уже открытый банк не требует задержек на активацию, а доступ к данным в нем требует только одну задержку — CAS Latency. Поэтому именно она оказывает наибольшее влияние на производительность подсистемы памяти. Также стоит обратить внимание на тот факт, что банки памяти могут открываться и закрываться независимо друг от друга, что позволяет работать с одним из них тогда, когда другой занят перезарядкой.
SDRAM Cycle Length (CAS Latency, CAS Delay) Число тактов, требуемых для выдачи данных на шину после поступления сигнала CAS. Самый важный параметр, влияющий на производительность. В случае, если память позволяет, нужно выставлять значение 2.
RAS-to-CAS Delay (Trcd) Число тактов, необходимых для поступления строки данных в усилитель. Тоже оказывает влияние на производительность. Значение 2 предпочтительнее и подходит в большинстве случаев.
SDRAM RAS Precharge Time (TRP) Время перезарядки ячеек памяти после закрытия банка. Обычно используется значение 2, хотя чипсеты VIA позволяют установить 3.
SDRAM RAS Time (TRAS) Время, в течение которого банк остается открытым и не требует обновления (перезарядки). Как правило, такой отдельной опции нет, она комбинируется с последующей.
SDRAM Cycle Time (TRC, ТНАЗДРС) Время (в тактах), требуемое на полный такт доступа к банку, начиная с открытия и заканчивая закрытием. Обычно задается вместе с параметром TRAS. TRC=TRAS+TRP. Чипсет i815 позволяет устанавливать TRAS/TRC в значения 5/7 и 7/9, чипсеты VIA Apollo и КТ - 5/7, 5/8, 6/8, 6/9, изменяя при этом время TRP. Современная память со временем цикла 50 не и частотой 133 МГц (маркировка 7.5 не) позволяет работать в режиме 5/7.
SDRAM Idle Cycle Иногда встречается и такая опция. Она устанавливает время простаивания банка памяти, не занятого обменом данными. Изменять значение по умолчанию не имеет смысла. 196
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер
RAS Precharge Control (Page Closing Policy) Управляет процедурой закрытия банков памяти. В случае, если установлено значение Disabled (Precharge All), то контроллер памяти закрывает сразу все открытые банки памяти при попытке доступа за пределы текущего банка. При необходимости доступа к следующему банку нужно его открыть. В случае, если же поставить Enabled (Precharge Bank), то все банки остаются открытыми до тех пор, пока не потребуется перезарядка их ячеек. Тем самым возможно выполнять доступ к нескольким банкам без ожидания их закрытия и последующей активации, что существенно ускоряет работу при чтении больших блоков данных, но замедляет - при активном использовании процессорного кэша (банк приходится закрывать в самый неподходящий момент).
Bank Interleaving То же самое, но с другой стороны. Включение этого режима позволяет работать с банками по очереди, то есть получать данные из одного в то время, когда другие заняты. Причем выбор значения 2-Way позволяет чередовать пару банков, а 4-Way — четыре банка (они есть у большинства микросхем DlMM-модулей), а это, конечно, выгоднее.
Bank X/Y DRAM Timing Очень «хитрая» опция, часто встречающаяся в BIOS Setup материнских плат на чипсетах VIA. Список значений этой опции - 8/10/Normal/Fast/Turbo. Какой именно смысл скрывается за всем этим? Какие именно параметры работы контроллера памяти изменяет эта опция? Этот вопрос был прояснен с помощью утилиты WPCRED1T, которая получает доступ к регистрам чипсета. После обследования нескольких материнских плат была составлена такая таблица: Значение опции |Tras .Trp iRAS-to-CAS iBank Interleaving SDRAM 8-10П5
{бТ
|ЗТ 3T
JDisabled
Not-mal
^т
'-?т ;1T ^т
|4 way {Disabled
Medium
Очевидно, что наибольшая производительность будет достигнута при значении Normal; Turbo отключает чередование банков и устанавливает меньшие значения задержек RCD и Precharge, а все остальные вообще ничем не отличаются. Впрочем, известно, что на платах ASUS эта опция переделана — там Turbo дает минимальные задержки, a Normal — максимальные. Выяснить, изменил ли производитель материнской платы эти опции AwardBIOS, возможно либо с помощью тестов (хорошо подойдет Sandra Memory Bandwidth test), либо с помощью уже упомянутой утилиты WPCREDIT.
DRAM Clock Чипсеты VIA, а также Intel 1810/1815 и модификации допускают псевдоасинхронную работу шины памяти и процессорной шины (FSB — Front Side Bus). Данная опция у чипсетов VIA имеет значения Host CLK, CLK+33 и CLK-33 (не все присутствуют), что подается как возможность повышать или понижать часто197
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер ту памяти относительно процессорной шины на 33 МГц. На самом деле частота не суммируется, просто используется другой множитель относительно частоты шины PCI, которая всегда равна 33 МГц. Например, при FSB= 100 (РС1хЗ) память может работать на частоте 66 (РС1х2) или 133 (РС1х4). В случае, если память позволяет, частоту нужно увеличивать - ставить CLK+33. Для чипсетов Intel есть возможность выбрать либо частоту 100. либо — 133 МГц. Последняя возможна только в том случае, если и процессор работает на шине 133 МГц. И кроме того, 1810/1815 не позволяет использовать три модуля памяти на частоте 133 МГц.
Memory Timing by SPD Как известно, SPD (Serial Presence Detection) — механизм получения информации о характеристиках модуля D I M M . В небольшой EEPROM-микросхеме хранятся CAS Latency, RAS-to-CAS и множество других параметров. В случае, если эту опцию включить, то BIOS при загрузке автоматически сконфигурирует контроллер памяти, установив наилучший допустимый режим работы, поставит и CAS Latency, и Bank Interleaving, и даже частоту работы памяти. Пользователю уже не нужно беспокоиться о выборе правильных настроек. Однако не во всех случаях SPD дает положительный эффект. Во-первых, недобросовестные производители памяти могут «зашить» в ППЗУ завышенные значения, и память будет сбоить. Во-вторых, при проблемах с чтением SPD все настройки памяти будут выставлены по минимуму. Поэтому включать данную опцию нужно с осторожностью, будучи уверенным, что микросхемы SPD всех модулей памяти исправны.
Memory Hole at 15-16M Эта опция изначально предназначена для устранения проблемы несовместимости со старыми ISA-устройствами. Некоторые из них требовали монопольного выделения диапазона адресов п пределах 16-го мегабайта. Сейчас такие устройства найти нелегко, поэтому Memory Hole возможно было бы смело считать анахронизмом. В случае, если бы не один непонятный побочный эффект; часто включение этой опции помогает решить проблему нестабильной работы чипсетов VIA со звуковыми картами Creative и Aureal. Видимо, при этом происходит перераспределение выделяемых устройствам адресов. Правда, возможно потерять доступ к памяти за пределами 16 Мб, особенно в Linux, если не принять специальных мер. Но если у вас никаких проблем не наблюдается, то и не включайте эту опцию.
In Order Queue Эта опция затрагивает только некоторые чипсеты VIA. У них имеется четырехступенчатый конвейерный буфер, предназначенный для обслуживания операций чтения данных из памяти. Конечно, лучше включить все ступени (4 level) и получить дополнительные 5-10% производительности. PCI-to-DRAM Prefetch Когда PCI-устройство, работая в режиме захвата шины (Bus Mastering), выполняет обращение к памяти, во внутренний буфер контроллера поступает один
198
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер байт с заданным адресом. Но если включить эту опцию, в буфер будут считаны несколько последующих байтов, поэтому следующий запрос PCI-устройства будет выполнен без обращения к памяти. Для звуковых карт и FireWire-контроллеров она особенно важна.
Read Around Write Как известно, большинство (до 90%) запросов к памяти связаны с чтением данных, а не с записью. Тем не менее, запись в память необходима, однако шина не позволяет производить обе операции одновременно, Поэтому при необходимости записи хотя бы одного байта любой процесс чтения будет прерван. Для того, чтобы этого не случалось, существует «Read Around Write»-6y
Fast R-W Turn Around Данная опция позволяет уменьшить задержки при смене режимов обращения к памяти — когда за записью следует чтение и наоборот. Очевидно, что нагрузка на память при этом возрастает, что может приводить к нестабильности и появлению ошибок. Включайте и проверяйте.
System ROM Cacheable Эта опция включает в число кэшируемых диапазон адресов, в которых кранится копия системного BIOS. Нет никакой необходимости кэшировать BIOS, поскольку имеющиеся в его составе подпрограммы во время работы приложений не используются. То же самое возможно сказать и об опции Video BIOS Cacheable — отключайте не задумываясь.
Video RAM Cacheable Видеопамять для текстовых и простых графических режимов располагается в диапазоне адресов OAOOOh-OBFFFh. Когда вы работаете в Windows или любой другой графической оболочке, буфер кадра отображается на определенные линейные адреса далеко за пределами первого мегабайта. Значит — отключаем.
Контроллер PCI Каждое устройство может выступать в качестве «хозяина» шины на время обмена с памятью (пресловутый режим DMA), забирая ее для своих нужд. Перед этим оно, конечно, должно подать запрос арбитру. Когда обмен закончен, устройство сообщает об этом путем выдачи прерывания (IRQ). На нужды шины выделяется четыре линии прерываний INT#A-INT#D, причем каждый слот имеет разный порядок подключения этих линий. Другими словами, первая линией прерывания на разных слотах будет разной, к примеру, у слота 1 это будет INT#A, у слота 2 — INT#B, но не обязательно в таком порядке. Тем самым РС1-устройст-
199
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер ва, использующие обычно первую линию, в разных слотах не всегда работают на одном и том же прерывании. Хотя по теории не должно быть никаких проблем при использовании одной л и н и и прерывания несколькими устройства, на самом деле некоторые звуковые и видеокарты отказываются работать в паре. Тут уж ничего не поделаешь. А вот для того, чтобы не пересечь РС1-устройства с клавиатурой, СОМ- и LPT-портами, есть опция присваивания линиям IRQ (еще их называют INT PIN) разных номеров—входов на контроллере прерываний.
CPU to PCI Write Buffer Когда процессор работает с PCI-устройством (то есть режим DMA не используется), он производит запись в порты. Данные при этом поступают в контроллер шины и далее в регистры устройства. В случае, если мы включаем эту опцию, задействуется буфер записи, который накапливает данные до того, как PCI-устройство будет готово. И процессор не должен его ждать — он может выпустить данные и продолжить выполнение программы. Я не вижу каких-либо причин выключать эту опцию.
PCI Dynamic Bursting (Byte Merge, PCI Pipeline) Эта опция тоже связана с буфером записи. Она включает режим накопления данных, при котором операция записи (транзакция ш и н ы ) производится только тогда, когда в буфере собран целый пакет из 32 бит. Эффект сугубо положительный — пропускная способность 32-битной шины используется на полную мощность, без холостых операций. Включать обязательно.
PCI#2 Access #1 Retry Тоже опция, управляющая работой буфера записи. Она определяет, что нужно делать в том случае, если буфер уже заполнен, а устройство так и не подготовилось к получению данных и не смогло принять их. Enabled — операция записи будет повторяться, Disabled — генерируется ошибка и процессор (точнее, программа, выполняющая запись в порт) решает, как поступать дальше.
PCI Master О WS Write Данная опция в положении Disabled позволяет добавлять один дополнительный такт перед операцией записи, проходящей по шине. В случае разгона процессора с помощью увеличения частоты шины FSB увеличиваются также частоты всех остальных шин, в том числе и PCI. Тут-то дополнительный такт и спасает. В случае, если с PCI все нормально — частота 33 МГц и «глюков» не наблюдается, то опцию нужно включать.
PCI Latency Timer С помощью этой опции возможно установить количество тактов, отводимых каждому PCI-устройству на осуществление транзакции (операции обмена). Чем больше тактов, тем выше эффективность работы устройств, так как не требуется заново запрашивать разрешение, захватывать и освобождать время, то есть выполнять операции, требующие определенного времени, но не дающие реачьного эффекта. Однако при наличии ISA-устройств PCI Latency нельзя увеличить до 128 тактов. Также возможно серьезно нарушить работу системы, поэтому аккуратно подходите к этому вопросу. 200
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер
Delayed Transaction Эта опция регулирует взаимоотношения ISA- и PCI-устройств в момент, когда им обоим требуется получить доступ к памяти. Как известно, шина ISA тактируется в четыре раза медленнее, чем шина PCI - 8 МГц против 33 МГц. Скорость обмена тоже гораздо ниже. В случае, если PCI-устройство потребует обмена в то время, как работает IS А-устройство, оно просто не получит такой возможности и будет ждать своей очереди. Однако выход есть — задержанная транзакция. При ней данные не поступают на шину, а накапливаются в 32-битном буфере. Когда шина освобождается, происходит транзакция. Но не все ISA-устройства позволяют так обманывать себя, поэтому в случае проблем отложенную транзакцию нужно отключать.
Passive Release Это — на ту же тему. Пассивное освобождение шины PCI происходит при активности одного из ISA-устройств. Процессор получает возможность не дожидаться окончания транзакции и начинать запись данных. В случае, если с ISA-устройствами возникают проблемы, эту опцию нужно отключать.
PCI 2.1 Compliance По сути это— включение двух предыдущих опций, так как любое устройство, удовлетворяющее спецификации PCI 2.1, должно поддерживать и отложенную транзакцию, и пассивное освобождение шины. Вот, собственно, и все, что в BIOS Setup касается шины PCI. Корректность сделанных настроек возможно проверить, нагрузив по очереди все PCI-устройства. Особенное внимание следует обращать в том случае, если частота шины PCI вследствие разгона оказалась выше номинала. Следующий раз поговорим о другой шине — AGP,
Контроллер AGP Теперь речь пойдет о контроллере шины AGP. Сначала нелишне будет в очередной раз вспомнить, что же это за шина. AGP (Accelerated Graphics Port) была создана компанией Intel специально для поддержки видеокарт нового поколения. За основу была взята универсальная шина PCI. По сравнению с ней AGP допускает работу только одного устройства. При неизменной ширине шины (32 бита) частота возросла вдвое и составила 66 МГц. В дальнейшем были предложены режимы AGP 2х и AGP 4х, в которых вдвое и вчетверо соответственно увеличена скорость обмена, а также введено пониженное напряжение {1.5 В). Еще одно отличие AGP — ориентация на новый режим обмена, названный DiME (E)irect In-Mcmory Execution). Это значит, что AGP-контроллер видеокарты может не просто получать большие объемы данных из системной памяти (режим DMA), но и задействовать ее в качестве расширения памяти видеокарты. Тем самым планировалось полностью избавиться от необходимости оснащать видеокарты памятью. Идея не нашла поддержки со стороны разработчиков графических чипов. Объем видеопамять постоянно растет, уже вовсю применяются алгоритмы сжатия текстур и Z-буфера, а AGP-память используется только в редких случаях, так как это приводит к падению производительности.
201
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер
Initial Display Эта опция, чаще всего находящаяся в разделе «Peripheral Setup», совершенно ни на что не влияет в том случае, если у вас только одна видеокарта. В случае, если же их две, то BIOS предоставляет возможность выбрать, которую из них назначить первой (Primary).
AGP Aperture Size Эта опция устанавливает размер апертуры, то есть максимального объема системной памяти, выделяемой для работы в режиме AGP DIME. Заполняться блоками памяти апертура будет только в случае использования больших текстур. Поэтому выбор очень больших значений никак не повлияет на общую производительность видеокарты. Однако если выбрать слишком маленькое значение, то режим AGP DiME, а иногда и DMA, будет полностью отключен, что может помочь в решении проблемы с несовместимостью видеокарты и материнской платы. Какое все-таки значение лучше устанавливать? Обычно советуют брать за основу половину объема системной памяти. Или еще одна формула: основная_память * 2 / видеопамять. На самом деле во всех случаях нужно устанавливать либо 64, либо 128Мб.
AGP Driving Control Эта опция есть у материнских плат с чипсетами VIA. Она позволяет включить режим управления мощностью сигнала, подаваемого на слот AGP. Необходимость в этом возникает в том случае, когда графический контроллер потребляет слишком много энергии. В случае, если материнская плата не способна обеспечивать необходимые параметры, начнутся сбои и зависания при работе ЗО-игр. Также эта опция может быть полезной при разгоне процессора шиной, когда вместе с FSB поднимаются частоты всех шин, в том числе и AGP.
AGP Driving Value Это и есть та опция, которая задает мощность сигнала, Для устранения проблем обычно советуется поставить значение DA. В случае, если не помогает, стоит попробовать Е7, ЕА и выше. Однако экспериментировать с этой опцией очень опасно, поэтому трогайте ее только в случае крайней необходимости.
AGP Master 1WS Read Эта опция отвечает за установку задержек при работе AGP-контроллера видеокарты в режиме DMA. Обычно начало обращения к памяти происходит по истечении двух холостых тактов. Для увеличения производительности возможно включить эту опцию и тем самым вдвое сократить задержки.
AGP Master 1WS Write Аналогично предыдущей опции, но касательно операций записи в память.
202
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер
Глава 5: Запускаем компьютер Многие, прочитав заглавие, улыбнутся: ну что же здесь сложного? Однако вдумайтесь: что же происходит с ПК. после нажатия кнопки Power (включение питания)? Этот вопрос редко задают себе как начинающие, так и опытные пользователи. Автору приходилось задавать его и специалистам в области компьютерной техники, но исчерпывающих ответов было мало. Тем не менее при сбоях или отказе компьютера знание основ процесса начальной загрузки во многих случаях помогает обнаружить или быстро локализовать неисправность. Для конкретизации изложения рассмотрим процесс загрузки компьютера, оснащённого материнской платой, на которой установлен BIOS AWARD и Intelсовместимый микропроцессор. После нажатия кнопки Power источник питания выполняет самотестирование. Если все н а п р я ж е н и я соответствуют номинальным, источник питания спустя 0,1..-0,5 с выдает на материнскую плату сигнал PowerGood, а специальный триггер, вырабатывающий сигнал RESET, получив его, снимает сигнал сброса с соответствующего входа микропроцессора. Следует помнить, что сигнал RESET устанавливает сегментные регистры и указатель команд в следующие состояния (не используемые в реальном режиме биты не указываются): CS = FFFFh; IP = 0; DS = SS = ES = 0 и сбрасывает все биты управляющих регистров, а также обнуляет регистры арифметическо-логического устройства. Во время действия сигнала RESET все тристабильные буферные схемы переходят в высокоимпендансное состояние. С момента снятия этого сигнала микропроцессор начинает работу в реальном режиме и в течение примерно 7 циклов синхронизации приступает к выполнению инструкции, считываемой из ROM BIOS по адресу FFFFiQOOO. Размер области ROM BIOS от этого адреса до конца равен 16 байт, и в ней по указанному адресу записана команда перехода на реально исполняемый код BIOS. В этот момент процессор не может выполнять никакую другую последовательность команд, поскольку нигде в любой из областей памяти, кроме BIOS, её просто не существует. Последовательно выполняя команды этого кода, процессор реализует функцию начального самотестирования POST (Power-On Self Test). На данном этапе тестируются процессор, память и системные средства ввода/вывода, а также производится конфигурирование программно-управляемых аппаратных средств материнской платы. Часть конфигурирования выполняется однозначно, другая часть может определяться положением джамперов (перемычек или переключателей) системной платы, но ряд параметров возможно (а иногда и необходимо) устанавливать пользователю. Для этих целей служит утилита Setup, встроенная в код BIOS. Параметры конфигурирования, установленные с помощью этой утилиты, запоминаются в энергонезависимой памяти, питаемой от миниатюрной батарейки, размешенной на материнской плате. Часть из них всегда хранится в традиционной CMOS Memory, объединённой с часами я календарём RTC (Real Time Clock). Другая часть (в зависимости от фирмы-производителя) может помещаться и в энергонезависимую (например, флэш) память (NVRAM). Кроме этой части статически определяемых параметров, имеется область энергонезависимой памяти ESCD для поддержки динамического конфигурирования системы Plug and Play, которая может автоматически обновляться при каждой перезагрузке компьютера.
203
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер Утилита BIOS Setup имеет интерфейс в виде меню или отдельных окон, иногда даже с поддержкой мыши. Для входа в Setup во время выполнения POST появляется предложение нажать клавишу DEL. В других типах BIOS (в отличие от указанного выше) для этого может использоваться сочетание клавиш Ctrl+Alt+ Esc, Ctrl+Esc, клавиша Esc, бывают и другие варианты (например, нажать клавишу F12 в те секунды, когда в правом верхнем углу экрана виден прямоугольник). В последнее время появились версии BIOS, в которых вход в Setup осуществляется нажатием клавиши F2, однако чаще клавиши F1 или F2 используются для вызова меню Setup, если POST обнаружит ошибку оборудования, которая может быть устранена сменой начальных установок. Для некоторых BIOS удержание клавиши INS во время POST позволяет установить настройки по умолчанию, отменяя все «ускорители». Это бывает удобно для восстановления работоспособности компьютера после попыток его неудачного «разгона». Выбранные установки сохраняются при выходе из Setup (по желанию пользователя) и начинают действовать с момента следующего выполнения POST. При выполнении каждой подпрограммы POST записывает её сигнатуру (код) в диагностический регистр. Этот регистр физически должен располагаться на специальной плате диагностики (сигнатурном анализаторе, или так называемой POST-карте), устанавливаемой в слот системной шины при анализе неисправности. Такие POST-карты бывают в двух исполнениях: для шин ISA и PCI. На данной плате обязательно устанавливается двухразрядный семисегментный индикатор, высвечивающий содержимое регистра диагностики. Возможно также наличие двоичного индикатора адреса. В пространстве ввода/вывода регистр занимает один адрес, зависящий от архитектуры PC (версии BIOS). Например, для ISA, EISA- SGh; ISA Compaq - 84h; ISA-PS/2 - 90h; для некоторых моделей EISA — 300h; MCA-PS/2 — 680h. Имея в наличии подобный сигнатурный аначизатор по индицируемым кодам, можно определить, на каком этапе остановился POST. Зная специфическую таблицу сигнатур для каждой версии BIOS, легко определить неисправность системной платы. Перечислим в порядке в ы п о л н е н и я основные тесты POST для BIOS AWARD V4.51 и их сигнатуры, высвечиваемые POST-картой на индикаторе регистра диагностики. Следует отметить, что далеко не все перечисленные ниже коды видны на индикаторе в процессе нормальной загрузки компьютера: некоторые высвечиваются лишь в том случае, если POST останавливается. Происходит это потому, что многие подпрограммы POST исполняются настолько быстро, что человеческий глаз не в состоянии уследить за индицируемым состоянием регистра диагностики, а некоторые коды появляются только при обнаружении неисправности. Для указанной версии BIOS первой исполняемой сигнатурой в последовательности POST является СО: 1. СО — осуществляется программирование регистров микросхемы Host Bridge для установки следующих режимов: • •
запрещается Internal и External Cache, а также операции с кэш-памятью; перед запретом Internal Cache очищается;
204
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер •
Shadow RAM запрещается, вследствие чего происходит направление непосредственно к ROM циклов обращения к адресам расположения System BIOS. Эта процедура должна соответствовать конкретному чипсету;
•
далее программируются PIIX ресурсы: контроллер DMA, контроллер прерываний, таймер, блок RTC. При этом контроллер DMA переводится в пассивный режим.
2. С1 - с помощью последовательных циклов запись/чтение определяется тип памяти, суммарный объём и размещение по строкам. И в соответствии с полученной информацией настраивается DRAM-контроллср. На этом же этапе процессор должен быть переключён в Protected Mode (защищённый режим). 3. СЗ — проверяются первые 256 Кб памяти, которые в дальнейшем будут использованы как транзитный буфер, а также осуществляется распаковка и копирование System BIOS в DRAM. 4. С6 — по специальному алгоритму определяется наличие, тип и параметры External Cache. 5. CF — определяется тип процессора, а результат помешается в CMOS. Если по каким-либо причинам определение типа процессора закончилось неудачно, такая ошибка становится фатальной и система, а соответственно и выполнение POST, останавливается. 6. 05 - осуществляется проверка и инициализация контроллера клавиатуры, однако на данный момент приём кодов нажатых клавиш ещё не возможен. 7. 07 — проверяется функционирование CMOS и напряжение питания её батареи. Если фиксируется ошибка питания, выполнение POST не останавливается, однако BIOS запоминает этот факт. Ошибка при контрольной записи/чтении CMOS считается фатальной и POST останавливается на коде О7. 8. BE - программируются конфигурационные регистры Host Bridge и PIIX значениями, взятыми из BIOS. 9. ОА — генерируется таблица векторов прерываний, а также производится первичная настройка подсистемы управления питанием. 10. 0В — проверяется контрольная сумма блока ячеек CMOS, а также, если BIOS поддерживает РпР, выполняется сканирование устройств ISA PnP и инициализация их параметров, Для PCI-устройств устанавливаются основные (стандартные) поля в блоке конфигурационных регистров. 11. ОС — инициализируется блок переменных BIOS. 12. OD/OE — определяется наличие видеоадаптера путём проверки наличия сигнатуры 55АА по адресу начала Video BIOS (C0000:0000b). Если Video BIOS обнаружен и его контрольная сумма правильная, включается процедура инициализации видеоадаптера. С этого момента появляется изображение на экране монитора, высвечивается заставка видеоадаптера, инициализируется клавиатура. Далее по ходу POST тестируется контроллер DMA и контроллер прерываний. 13. 30/31 — определяется объём Base Memory и External Memory, и с этого момента начинается отображаемый на экране тест оперативной памяти.
205
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер 14. 3D - инициализируется PS/2 mouse. 15. 41 — производится инициализация подсистемы гибких дисков. 16. 42 - выполняется программный сброс контроллера жёстких дисков. Если в Setup указан режим AUTO, производится детектирование устройств IDE. в противном случае параметры устройств берутся из CMOS. В соответствии с конфигурацией системы размаскируются прерывания IRQ14 и IRQ! 5. 17. 45 - инициализируется сопроцессор FPU. 18. 4Е - настраивается клавиатура USB. На данном этапе становится возможен вход в CMOS Setup по нажатию клавиши DEL. 19. 4F — осуществляется запрос на ввод пароля, если это предусмотрено установками CMOS Setup. 20. 52 — производится поиск и инициализация ПЗУ дополнительных BIOS. а также картируется каждая из л и н и й запросов прерывания РС1. 21. 60 — если в Setup включён данный режим, устанавливается антивирусная защита BOOT Sector. 22. 62 — осуществляется автоматический переход на зимнее или летнее время, для клавиатуры настраиваются состояние NumLock и режим автоповтора. 23. 63 - корректируются блоки ESCD (только для PNP BIOS) и производится очистка ОЗУ. 24. ВО — это состояние записывается в регистр сигнатурного анализатора только в случае наличия ошибок, например, при тесте Extended Memory. Если при работе в Protected Mode сбои отсутствуют, то POST не включает эту ветвь. При наличии страничных нарушений и других исключительных ситуаций управление будет передано на эту процедуру, она выведет код ВО в порт 80(84)h и остановится. 25. FF — последний этап, на котором подводится итог тестирования — успешная инициализация аппаратных средств компьютера сопровождается одиночным звуковым сигналом, после чего осуществляется передача управления загрузчику ВООТ-сектора. Порядок поиска загрузочного диска на компьютерах х86 (FDD, жёсткие диски IDE и SCSI, устройства CD-ROM) задаёт BIOS. Современные BIOS позволяют переконфигурировать этот порядок, называемый последовательностью загрузки (boot sequence). Если при этом дисковод А: включён в последовательность загрузки первым и в нём находится дискета, BIOS попытается использовать эту дискету в качестве загрузочной. Если дискеты в дисководе нет, BIOS проверяет первый жёсткий диск, который к этому времени уже инициализировался, и выполняет команду 1NT19H. Процедура обработки прерывания INT19h для загрузки ВООТ-сектора должна прочитать сектор с координатами Cylinder:*) Head:0 Sector: 1 и поместить его по адресу 0000:7COOh. после чего осуществляется проверка, является ли диск загрузочным. Сектор MBR (Master Boot Record - главная загрузочная запись) на жёстком диске находится по тому же физическому адресу, что и ВООТ-сектор на дискете (цилиндр 0, сторона 0, сектор 1). Если при проверке загрузочный сектор не обнаружен, то есть, два последних байта этого сектора (его сигнатура) не равны 55ААН, вызывается прерывание 206
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер I N T l S h . При этом на экране появляется предупреждающее сообщение, зависящее от производителя BIOS компьютера. Сектор MBR записывается на жесткий диск программой FDISK, поэтому если HDD был отформатирован на низком уровне, во всех его секторах находятся нули и, естественно, первый сектор не может содержать необходимой сигнатуры. Отсюда следует, что сообщения об ошибке будут выдаваться, если диск не разбивался на разделы (логические диски). Главная загрузочная запись обычно не зависит от операционной системы (на платформах Intel она используется для запуска любой из операционных систем). Код, содержащийся в главной загрузочной записи, сканирует таблицу разделов (partition table) в поисках активного системного раздела. Если в таблице разделов активный раздел не обнаружен или хотя бы один раздел содержит неправильную метку, а также если несколько разделов помечены как активные, выдаётся соответствующее сообщение об ошибке. Код главной загрузочной записи определяет расположение загрузочного (активного) раздела, считывая таблицу разделов, расположенную в конце MBR. Если активный раздел найден, производится чтение его загрузочного сектора и определяется, является ли он действительно загрузочным. Попытка чтения может осуществляться до пяти раз, в противном случае выдаётся сообщение об ошибке, и система останавливается. Если загрузочный сектор найден, Master Boot Record передаёт управление коду загрузочного сектора в активном (загрузочном) разделе, который содержит загрузочную программу и таблицу параметров диска. Загрузочный сектор раздела просматривает блок параметров BIOS в поисках расположения корневого каталога, а затем копирует из него в память системный файл IO.SYS (который, по сути, является частью DOS и включает в себя функции файла MSDOS.SYS из предыдущей версии DOS) и передаёт ему управление. IO.SYS загружает драйверы некоторых устройств и выполняет ряд операций, связанных с загрузкой. Сначала IO.SYS считывает файл MSDOS.SYS. Нужно помнить, что этот файл не похож на одноименные файлы из предыдущих версий DOS. В Windows 98 MSDOS.SYS является текстовым файлом, содержащим опции процедуры запуска. Затем загружается и отображается файл LOGO.SYS (стартовая заставка). На следующем этапе IO.SYS считывает информацию из системного реестра, а также исполняет файлы CONFIG.SYS и AUTOEXEC.BAT (при их наличии в корневом каталоге). При этом загружаются драйверы устройств, работающих в реальном режиме работы процессора, выполняются некоторые системные установки. Ниже приводится неполный список возможных драйверов и программ, загружаемых на данном этапе. •
DBLSPACE.BIN или DRVSPACE.BIN. Драйвер сжатия дисков.
•
HIMEM.SYS. Администратор верхней памяти в реальном режиме работы процессора, IFSHLP.SYS. Оказывает содействие при загрузке VFAT и прочих файловых систем, поддерживающих Windows.
•
SETVER.EXE. Утилита, подменяющая номер версии операционной системы. Существуют программы, ориентированные на более ранние версии операционных систем и отказывающиеся функционировать под Windows. Благодаря SETVER.F.XE подобной
207
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер программе возвращается именно тот номер версии DOS, который её устраивает. •
DOS=HIGH. Загружает DOS в область памяти НМЛ. Если в файле конфигурации CONFIG.SYS содержится инструкция для загрузки администратора отображаемой памяти EMM386.EXE, в эту строку добавляется параметр UMB. позволяющий EMM386.EXE использовать верхнюю память. Нужно помнить, что IO.SYS не загружает администратор EMM386.EXE автоматически. Поэтому, если планируется его использование, в файл CONFIG.SYS необходимо вставлять строку DEVICE z =EMM386.EXE.
•
FILES=30. В этой строке определяется число создаваемых дескрипторов файла. Windows не использует это параметр; он включён для совместимости с предыдущими версиями программ.
•
LASTDRIVE=Z. Здесь определяется последняя буква для логических дисков. Эта опция также введена для обратной совместимости и не используется Windows.
•
BUFFER=30. Определяет число создаваемых файловых буферов. Буферы файлов используются приложениями при вызовах подпрограмм ввода/вывода из файла IO.SYS. STACKS=9,256. Этой записью определяется число кадров стека и размер каждого кадра,
•
FCBS=4, Данная команда задает число блоков управления файлом. Оба последних параметра применяются только для обратной совместимости.
На последнем этапе загружается и запускается файл WIN.COM. Он обращается к файлу VMM32.VXD. Если в компьютере установлен достаточный объём ОЗУ, то этот файл загружается в память, в противном случае организуется доступ к этому файлу на жёстком диске, что, естественно, увеличивает время загрузки. Загрузчик драйверов реального режима сравнивает копии виртуальных драйверов устройств (VxD) в папке Windows/System/VMM32 и файле VMM32.VXD. Если виртуальный драйвер устройства существует и в папке и в файле, копия виртуального драйвера «помечается» в файле VMM32.VXD как незагружаемая. Виртуальные драйверы устройств, не загруженные с помощью файла VMM32.VXD. загружаются из раздела [386 Enh| файла SYSTEM.INI папки Windows. Во время описанного процесса загрузчик драйверов виртуальных устройств реального режима постоянно проверяет правильность загрузки всех необходимых виртуальных драйверов устройств, а при появлении ошибки при загрузке нужного драйвера он пытается выполнить эту операцию ещё раз. После загрузки виртуальные драйверы устройств реального режима инициализируются, затем файл VMM32.VXD переключает процессор в защищённый режим, и начинается процесс инициализации виртуальных драйверов устройств согласно их параметру InitDevice. Процедура загрузки ОС заканчивается загрузкой файлов KRNL32. DLL, GDI.EXE, USER.EXE и EXPLORER.EXE. Если компьютер подключён к сети, то загружается сетевое окружение. Пользователю предлагается ввести имя и пароль для входа в сеть. Затем из системного реестра загружается конфигурация с
208
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер параметрами, установленными по умолчанию. На последней фазе загрузке операционной системы производится обработка содержимого папки Startup (Автозагрузка) и запускаются указанные в ней программы. После этого ОС готова к работе. Существует несколько стандартных способов, позволяющих видоизменить описанную выше процедуру запуска: •
при исполнении POST на этапе проверки памяти и инициализации загрузочных устройств нажать кнопку клавиатуры DEL для входа в программу Setup;
•
вставить перед окончанием теста оборудования загрузочный диск (например, аварийный диск Windows 98);
•
внести исправления в файл CONFIG.SYS:
•
отредактировать файл AUTOEXEC.BAT.
Помимо них, Windows 98 предоставляет ряд менее очевидных методов для выполнения этой же задачи: •
после завершения теста оборудования клавишей F8 вызвать меню Startup;
•
отредактировать инструкции запуска системы в файле MSDOS.SYS;
•
использовать один из перечисленных методов для «остановки» в режиме DOS, после чего запустить Windows из командной строки с набором необходимых ключей;
•
изменить содержимое папки Startup.
Глава 6: Собираем компьютер по частям Многие люди не представляют себе, что компьютер гораздо выгоднее собрать по частям, самому. Во-первых, получается как правило дешевле. Во-вторых, компьютер, собранный в фирме в расчете на некоего «среднестатистического» покупателя, не обязательно подойдет вам по своим характеристикам, а скорее всего вообще не подойдет. У него наверняка окажется меньше, чем нужно, оперативной памяти, а монитор будет самый дешевый, с никудышней электроникой, но зато известной фирмы. В качестве приманки в системном блоке будет стоять крутейший процессор и сверхскоростной привод CD-ROM. При этом продавец тактично умолчит о том, что наряду с этим в системе используется дешевая и глючная системная плата и слабенькая, «обрезанная* со всех сторон видеокарточка. В общем, получается так, что купить готовый компьютер в фирме — все равно, что покупать одежду на рынке: вроде бы штаны такие же, как и в фирменном магазине, а наденешь — тут торчит, тут жмет, тут нитки вылезают, а чуть-чуть нагнешься, — и дырка между ног. Ничего не имею против компьютерных фирм. У них возможно и нужно приобретать компьютеры. Но только в том случае, если вы заказываете персональную конфигурацию, сбалансированную под ваши нужды, или машина вам нужна
209
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер исключительно для офисно-типовых задач. Во-первых, удобно — привезут все сразу, а если что-то сломается, обращаться нужно в одно и то же место. Вовторых, гарантия. Это немаловажная деталь для организации, закупающей компьютеры. Тем не менее, я считаю, что для домашнего применения компьютер лучше собирать самому. Первое — заметная экономия. Второе — возможность использовать любые комплектующие (водной фирме просто физически не может быть всего многообразия мониторов, мышей). Ну а разговоры о качестве фирменных компьютеров типа «наши компьютеры используются Б космической отрасли» оставим на совести продавцов. Качественно закрутить болт может любой взрослый человек (и даже не очень взрослый). Главное - качество комплектующих, а оно одинаково как для фирмы-сборшика, так и для рядового покупателя. Кстати, подделывать процессоры Intel или материнские платы ASUS пираты пока не научились (на самом деле, подделать возможно все, что угодно, но если фирма не является «белым» поставщиком, то ее могут так же легко обмануть, как и вас, покупающего комплектующие на рынке). А теперь поучимся самостоятельно собирать машину. Вы должны определиться, какая конфигурация вам подходит. В случае, если нужен компьютер для Internet и работы с текстами, обратите особое внимание на клавиатуру, мышь и монитор. Процессор и память возможно взять попроще. Модем, кстати, не забудьте. В случае, если нужна машина для серьезной работы с графикой, возможно поставить простенькую звуковую карту или обойтись вовсе без звука. Потратьте больше денег на качественный мониторе большой диагональю, видеокарту с качественным 2D, возьмите побольше оперативной памяти и хорошую мышь/планшет. Ну, а требовательному игроку всего нужно побольше — и памяти, и монитора, и процессора. Для того, чтобы распорядиться деньгами наиболее эффективно, советую вам перед покупкой зайти в Internet на любую конференцию по hardware и спросить совета. Знающие люди посоветуют именно то, что вам нужно.
Как купить? Начать я советую с монитора. Вообще, монитор, на мой взгляд, — главная деталь компьютера. Поэтому к его выбору надо подойти ответственно. Для начала нужно подобрать подходящую вам модель — по цене и параметрам. Затем предстоит выбрать хороший экземпляр без дефектов. Приготовьтесь к тому, что вам придется перебрать несколько штук со склада. В случае, если продавец говорит, что выбирать нельзя и даже не дает запустить Nokia Monitor Test, разворачивайтесь и уходите. Запомните: идеальных мониторов не бывает, а хороших — очень мало. Часто лишь один монитор из десяти нормально сведен, сфокусирован. Первое, что стоит узнать — какую модель вы будете покупать. Главными критериями должны служить частотные характеристики монитора. В вашем рабочем разрешении (том, которое вы чаще всего будете использовать) он должен поддерживать частоту обновления как минимум 85 Гц. Лучше, конечно, побольше — 100-120 Гц. так как многие на частоте 85 Гц все еше ощущают мерцание. Кроме
210
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер всего прочего, запас по частоте говорит о классе монитора — у дорогих и качественных моделей частотные характеристики лучше. Следующим этапом обычно становится выбор магазина, в котором будет куплен монитор. Сделав запрос по интересующей вас модели в специатизированных поисковых системах в Internet, и вы получите список фирм с самыми низкими ценами. После чего настоятельно рекомендуется позвонить в фирму по телефону и выяснить все подробнее. Как вариант, возможно поехать на компьютерный рынок (в Москве, к примеру, Савеловский) и на месте поискать подходящий монитор. Когда вы поедете покупать монитор, обязательно возьмите с собой дискету с тестовой программой. Таких программ существует множество, есть профессиональные (Display Mate для Windows— DMW), а есть и попроще. Для наших целей вполне подойдут программы Nokia Monitor Test или NEC Monitor Test. По возможностям они практически одинаковы и позволяют проверить основные параметры монитора — геометрию, сведение и фокусировку. Следующий тест — конвергенция. Отрезки линий разного цвета должны образовывать единую л и н и ю без ступенек. Последние два теста — на фокусировку. Тонкие л и н и и должны быть видны четко, без расплывчатости. Мелкий текст должен легко читаться в любой части экрана. Также обратите внимание на муар. На равномерном фоне (белом или сером) не должно быть муара — своеобразной зернистой структуры. В общем, потаскайте по экрану мышкой небольшое окошко в Windows — если везде наблюдается равномерный гладкий белый фон, значит, все в порядке. В случае, если монитор проходит эти тесты, можете смело покупать его. Более тонкую проверку провести в магазине вряд ли удастся. А мелкие погрешности изображения чаще всего возможно исправить с помощью настроек монитора. Не забудьте главное! Тесты нужно прогонять в том разрешении, которое вы затем будете использовать, и при нормальной частоте вертикальной развертки (не менее 85 Гц, как я уже сказал). Иногда при частоте 60 Гц монитор показывает себя с лучшей стороны, а стоит включить приличный режим (85-100 Гц), как сразу появляются дефекты — уплывает фокусировка и сведение, нарушается геометрия. После того, как монитор куплен, возможно заняться системным блоком.
Этап 1. Установка материнской платы в корпус Сначала распакуем корпус и снимем его боковые крышки. Материнская плата должна быть прикручена шестью винтами на свое посадочное место. Винты, как правило, входят в комплект корпуса. Ошибиться тут трудно, поскольку есть хороший ориентир — разъемы портов платы должны войти в предназначенные для них отверстия на задней стенке корпуса. Главное на этом этапе — действовать предельно аккуратно, чтобы ненароком не повредить отверткой материнскую плату.
','1 1
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер
Этап 2. Установка кулера на процессор Берем процессор — для надежности возможно протереть спиртом поверхность кристалла, которая будет контактировать с радиатором. На радиаторе, в месте контакта с процессором, должна быть нанесена термопроводящая паста. В случае, если на радиаторе ничего нет — не поленитесь и купите тюбик термопасты КПТ-8. Купить ее возможно в любом магазине радиозапчастей, стоит она рублей 10-20. Смажьте тонким слоем пасты соприкасающиеся поверхности и плотно прижмите радиатор к процессору. С обратной стороны есть защелка, с ее помощью окончательно зафиксируйте кулер на процессоре.
Этап 3. Установка процессора и модулей памяти на материнскую плату Процессор с кулером аккуратно вставляем в слот на материнской плате. Разъем питания вентилятора подключаем к специальному гнезду на плате. Модуль памяти втыкаем в любой из четырех разъемов DIMM (обычно в первый. ближний к процессору).
Этап 4. Подключение накопителей Устанавливаем винчестер и привод CD-ROM в предназначенные для них отсеки. Обычно CD-ROM ставят в самый верхний пятидюймовый отсек, а винчестер — в самый нижний трехдюймовый. К приводам нужно подключить разъемы от блока питания. При подключении исключена возможность перепугать полярность проводов — разъем войдет только «правильной» стороной. С помощью двух раздельных шлейфов подключаем винчестер к разъему Primary IDE, a CD-ROM — к Secondary IDE. И тот, и другой накопитель должен быть в режиме Master (выставляется перемычками на задней части привода). В крайнем случае, если второго шлейфа у вас нет, возможно повесить оба накопителя на один порт IDE. В таком случае винчестер должен стоять в режиме Master, a CD-ROM в режиме Slave. Но вообще-то такой способ подключения не рекомендуется из-за снижения производительности дисковой подсистемы — устройства будут «мешать» друг другу. Специальным шлейфом подключаем к нужному разъему флоппи-дисковод 3,5".
Этап 5. Подключение светодиодов и кнопок корпуса к материнской плате На передней панели корпуса обычно наличествуют три кнопки (Power, Reset и Sleep), а также три светодиода (Power, Sleep и HDD Activity). Провода от н и х нужно подключить к соответствующим контактам на материнской плате. Реально нужны только кнопки Power и Reset, а также светодиоды Power и HDD Activity. Остальные кнопки, светодиоды, а также системный динамик возможно не подключать. Схема подключения есть в инструкции к материнской плате. Внимательно изучите ее перед первым включением!
212
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер
Этап 6. Установка звуковой и видеоплаты В слот AGP на материнской плате вставляем видеокарту. В любой из слотов РС1 — звуковую плату. Лучше вставить ее в самый нижний разъем, подальше от видеокарты (во-первых, будет лучше охлаждение, а, во-вторых, будет меньше наводок).
Этап 7. Проверка правильности установки джамперов На материнской плате (если она не jumper-free) есть несколько специальных снимающихся перемычек (джамперов). С их помощью выставляются нужные режимы работы материнской платы. К примеру, на плате ASUS P3B-F роль джамперов выполняет блок миниатюрных двухпозиционных переключателей, который позволяет вручную выставить желаемые частоты системной шины и коэффициента умножения процессора. Этот блок переключателей действует только тогда, когда джампером JEN включен режим Jumper. Лучше обойтись без этих наворотов, включив джампером JEN режим JumperFree (в этом случае все установки мы сможем менять через меню BIOS). Тщательно изучаем инструкцию, проверяем правильность установки всех джамперов. В частности, в нашем случае проверяем, чтобы все двухпозиционные переключатели блока DIP-Switches стояли в положении OFF, а джампср JEN был в положении JumperFree (вообще-то так все стоит по умолчанию, но проверить не помешает).
Первое включение Его лучше проводить со снятой боковой крышкой корпуса. Это позволит нам проверить, все ли вентиляторы вращаются, и вообще посмотреть — все ли нормально внутри корпуса при работающем компьютере. Перед включением, конечно же, надо подключить к системному блоку всю периферию: монитор, клавиатуру, мышь. Без клавиатуры, между прочим, компьютер вообще не заведется. То есть включится, но загружаться не будет. Теперь возможно включить компьютер в сеть и нажать кнопку Power. В случае, если все было подключено правильно и блок питания исправен, компьютер должен запуститься. Проверяем — крутятся ли вентиляторы на кулерах процессора и видеокарты. В случае, если охлаждение работает как положено, крышку корпуса возможно закрыть. Но, поскольку винчестер у нас новый и совершенно пустой, система выдаст сообщение, что загрузочн ый диск отсутствует, и на этом остановится. Теперь нужно разметить наш винчестер.
Разметка винчестера программой Fdisk Для этого нам понадобится загрузочная дискета Windows. Сделать ее очень просто. Нужна одна трехдюймовая дискета и приятель, у которого есть компьютер с Windows. Дискету вставляем в дисковод нашего свежесобранного компьютера и включаем его, В BIOS по умолчанию стоит режим, в котором загрузка будет производиться с дискеты, при условии, что дискета вставлена в дисковод. Система загрузится, и на черном экране мы увидим примерно такое приглашение:
А:\>
213
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер Набираем:
А:\> fdisk и жмем Enter. После этого запустится программа разметки жестких дисков Fdisk. В случае, если честно, то там все понятно, поскольку все на русском языке. Смысл такой: если нам нужно несколько логических дисков на винчестере — к примеру, С, D и Е, то нужно создать сначала основной раздел, а потом в нем создавать дополнительный. Дополнительный раздел разбиваем в нужной пропорции, это будут логические диски D и Е. А то, что осталось от основного раздела и будет диск С. Пример: у нас винчестер на 30 Гб. Сначала создаем основной раздел и подтверждаем использование больших дисков (это означает, что будет использоваться файловая система FAT32). Потом делаем дополнительный раздел — к примеру, на 24 Гб. Это автоматически означает, что размер диска С мы сделали равным 6Гб (30-24=6). Потом разбиваем дополнительный раздел в пропорции 50/50 (к примеру). Получаем, что диски D и Е будут иметь размер по 12 Гб, Вот и все. Разбивка диска займет несколько минут. После окончания работы с программой Fdisk нужно перезапустить компьютер и отформатировать винчестер. Это делается так: А : \ > format с: А:\> format d: А:\> format e: После всех этих манипуляций мы получили готовый к работе винчестер. Еше раз (последний!) загружаемся с дискеты, выбираем пункт с поддержкой CDROM, вставляем компакт-диск с операционной системой и начинаем установку Windows.
Глава 7: Устанавливаем драйвера устройств Каждый пользователь компьютера рано или поздно столкнется с вопросом поиска, установки и удаления драйверов. Будет это вызвано покупкой нового устройства, переустановкой операционной системы, желанием повысить быстродействие или улучшить другие характеристики системы — не суть важно. Драйвер — набор служебных программ, позволяющих операционной системе работать с тем или иным устройством компьютера. Его задача — обрабатывать запросы, поступающие от прикладных и системных программ, переводить их на язык, понятный физическому устройству, управлять процессами его инициализации, настройки параметров, обмена данными, переключением из одного состояния в другое. Драйвер позволяет операционной системе взаимодействовать с конкретным устройством через общий интерфейс, не учитывающий особенности данного устройства. Другими словами, драйвер транслирует запросы высокого уровня в запросы низкоуровневого машинного языка, непосредственно обращаясь к аппаратным ресурсам компьютера. Не для каждого устройства требуется драйвер. В случае, если существует строгий стандарт, описывающий набор команд, последовательность и временные параметры операций и другие особенности работы с данным классом устройств,
214
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер драйвер может и не понадобиться, так как операционная система уже имеет в своем составе все необходимые для этого процедуры. В принципе, это возможно назвать и встроенным драйвером. Примеры — клавиатура, таймер, коммуникационные порты, модем (внешний). Но если устройство может быть заменено на другое, отличное по своим функциональным возможностям, то драйвер для него нужно будет устанавливать обязательно. Драйвер может содержаться и в дистрибутиве операционной системы. Тогда вопрос его поиска отпадает сам по себе. Однако устройства, появившиеся после официального выхода ОС, потребуют установки отдельного драйвера, разработанного производителем. Кроме того, набор драйверов в комплекте с ОС невелик и охватывает только небольшую часть наиболее распространенных или полностью стандартных устройств.
Драйверы и Windows В операционных системах Microsoft Windows драйвер состоит из нескольких файлов, хранящихся обычно в каталогах SYSTEM, SYSTEM32 и их подкаталогах. Ядро драйвера хранится в файлах с расширениями .VXD, .DRV, .SYS и некоторых других, а дополнительные процедуры собраны в динамические библиотеки .DLL. Кроме того, в состав драйвера могут входить файлы справки, утилиты, модули деинсталляции. Последовательность операций по установке и удалению драйвера хранится в специальном информационном файле .INF. С его помошью Windows определяет тип, производителя, модель устройства, класс драйвера, необходимые ресурсы и файлы. В этом файле также описываются операции распаковки, запуска, копирования, удаления, переименования файлов, добавления и удаления ключей в реестре. Все .INF-файлы хранятся в каталоге INF, причем устанавливаемые драйверы не-Microsoft'овского происхождения (не поставляемые в комплекте с ОС) откладываются в отдельный подкаталог INF/OTHER. Windows умеет автоматически находить драйвер для устройства. Для этого она использует технологию Plug&Play, точнее, ее часть, отвечающую за самоид^нтификацию устройства. В частности, PC 1-устройства обнаруживаются BIOS и заносятся в виде списка в специальную область ESCD (Extended System Configuration Data). Windows может использовать ее, а может и самостоятельно опросить шину PCI и узнать у каждого устройства коды его производителя, модели и версии, необходимые ресурсы и другую информацию. Далее проверяется база данных (файлы DRVDATA.BIN и DRVIDX.BIN) по всем известным устройствам и находится необходимый .INF-файл. В случае, если в каталоге .INF имеются новые файлы, они будут автоматически проиндексированы и внесены в базу данных. Следует также помнить, что операционные системы Windows 98 SE: и WindowsXP поддерживают новую модель драйверов, получившую название WDM (Windows Driver Model). Это — попытка реализовать полную поддержку Plug&Play и ACPI, то есть дать возможность загружать и выгружать драйверы «на ходу», без перезагрузки системы, подключать их в виде фильтров-расширений к стандартным драйверам Microsoft, более гибко управлять энергосбережением и конфигурацией устройств. WDM-драйверы хранятся в каталоге SYSTEM32/DRIVERS. В частности, интерфейсы нового поколения USB и IEEE-1394 (FireW'ire) работают только под управлением WDM-драйверов.
215
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер
«Референс» или «фирменные»? Как правило, функциональность каждого устройства компьютера определяется его контроллерами. Контроллеры имеют вид интегральных микросхем, установленных на печатной плате. Взаимодействие устройства с остальными компонентами системы сводится к обмену данными и командами между контроллером устройства и центральным процессором (или другим контроллером, к примеру, арбитром шины, контроллером DMA). Можно сказать, что драйвер — это программа, позволяющая процессору «общаться» с контроллером. Очень часто разработчики микросхем (так называемого чипсета) сами пишут драйверы для того устройства, которым будет управлять их контроллер. Обычно такие драйверы называют референсными. Они могут быть либо общедоступными и выкладываться в Internet на сайте разработчика, либо предоставляться исключительно производителям оборудования на доработку и адаптацию. Очевидно, что в первом случае для устройства возможно и нужно устанавливать референсные драйверы, которые обновляются гораздо чаще «фирменных» и содержат исправления ошибок и новые возможности. Однако при этом возможно потерять доступ к некоторым функциям, специфичным для конкретного устройства. «Фирменные» драйверы производителя оборудования могут быть изрядно устаревшими, но при этом учитывать какие-то особенности данного устройства, о которых не знают разработчики чипсета. В любом случае всегда имеет смысл попробовать сначала «референс»-драйвер (если он доступен для скачивания), а если он по какой-то причине не подойдет, вернуться к «фирменным».
Версии драйверов Как и любое другое программное обеспечение, драйверы имеют свои версии. Формат версии свободный — каждый разработчик сам решает, сколько ему нужно цифр для нумерации и в какой последовательности они должны стоять. В некоторых случаях все-таки есть система: Windows-драйверы для наиболее интересных с нашей точки зрения устройств вроде игровых видео- и звуковых карт, поддерживающих DirectX, нумеруются определенным образом. Первая цифра номер версии операционной системы, далее после точки идет пенсия DirectX, последние цифры — номер версии самого драйвера. Для того, чтооы узнать версию драйвера, распакуйте его до состояния отдельных .VXD и .DLL-файлов. Далее нужно в Проводнике щелкнуть любой из файлов (лучше с расширением .VXD) правой кнопкой мыши, выбрать Свойства, потом закладку Версия. Версия драйвера будет выделена цветом. Иногда производители сопровождают драйвер своим инсталлятором (setup.exe, install.ехе). Тогда увидеть файлы драйвера не представляется возможным. Поищите файл readme.txt, version.txt, release.txt или что-нибудь подобное, так как в них часто тоже указаны версии файлов или всего комплекта. Также стоит упомянуть о так называемых бета-драйверах. Разработчики чипсетов и устройств часто стараются стимулировать интерес к себе, выкладывая на своих сайтах экспериментальные драйверы. Другой известный прием - предоставление драйверов владельцам различных тематических Internet-сайтов под видом украденных или случайно оставленных на внутренних корпоративных страницах (так называемые «1еакеё»-драйверы). Конечно, разработчики заранее 216
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер открещиваются от них и не обещают технической поддержки в случае возникновения проблем, но, как мне кажется, они все равно анализируют поток писем от пользователей и тем самым экономят на процессе поиска сбоев и отладки. Для того, чтобы предотвратить сбои в системе из-за бета-драйверов, Microsoft ввела специальную сертификацию. Драйверы тестируются в лаборатории Microsoft Windows Hardware Quality Lab (WHQL), и после успешного прохождения всех процедур они получают сертификат. Он имеет вид файла типа «Security Catalog» (расширение .CAT), в котором перечислены все сертифицированные компоненты драйвера. В случае, если такого файла в комплекте драйвера нет, то очень велика вероятность, что это бета-версия. Кстати, проверяйте .САТ-файлы, запуская их двойным щелчком мыши, так как они могут быть фиктивными (пустыми).
Как определить производителя и модель устройства Конечно, лучше покупать комплектующие известных производителей, благо сегодня такая возможность есть. Тогда не будет возникать вопрос о том, какой драйвер нужно искать. Но иногда пользователь не имеет понятия о модели или даже производителе устройства — к примеру, если компьютер не очень новый и собирал его кто-то другой. Перед тем, как начинать поиск, придется определить точное название устройства или его чипсета, Все чипы обязательно имеют маркировку, где указано название производителя, модель, серия, версия и ревизия чипа, дата выпуска. Микросхемы чипсета обычно имеют самое сложную структуру, у них большой корпус и много контактов, поэтому они больше других чипов по размерам. Производителя самого устройства найти будет легче. Во-первых, вся необходимая информация должна быть нанесена краской на печатной плате. Даже если вы не нашли названия, есть шанс определить его по FCC-номеру. Ищите строку FCC ID, в которой будет указан регистрационный код, присвоенный изготовителю устройства. После этого нужно зайти на сайт FCC и ввести код в строку поиска. Во-вторых, где-нибудь обязательно будет написана модель устройства, по которой в Internet возможно попытаться найти сайт производителя. В-третьих, если устройство устанавливается в слот PCI или AGP, то с помощью утилит возможно определить код производителя этого устройства или чипсета. Могу порекомендовать Sandra, PowerStrip. Принцип, положенный в основу идентификации, базируется на анализе информации, выдаваемой РС1-устройством. Как м и н и м у м возможно получить коды производителя (Vendor ID) и модели (Device ID), которые поддаются расшифровке с помощью таблиц. В частности, в таблице Sandra содержится более 6 тыс. кодов различных устройств.
Где взять драйвер Конечно, возможно не напрягаться и установить все драйверы прямо с компакт-диска, идущего в комплекте с устройством. Такое решение вполне оправданно, но только на первое время. Драйверы (особенно для внутренних устройств) имеют тенденцию часто обновляться, поэтому полезно иногда поискать в Internet новые версии. Иначе велика вероятность столкнуться с несо217
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер вместимостью устройства с новым программным обеспечением или другим комплектующими. В случае, если вы точно знаете доменное имя сайта производителя (или догадываетесь — www.производитель.com, www.npoH3Boam^b.com.tw), то возможно начинать поиск. На титульной странице отыщите кнопку Download, Drivers, Support или аналогичную. Далее предстоит выбрать из списка именно то устройство, которое у вас имеется. Вполне возможно, что вы увидите несколько устройств с совпадающими названиями, отличия которых будут заключаться только в суффиксах или даже номерах ревизий. Обращайте на это внимание, иначе драйвер может не подойти. Да1ее, по возможности скачивайте драйверы не только для той операционной системы, которая у вас установлена, но и для других ОС: во время инсталляции новой Windows будет неприятно обнаружить факт отсутствия необходимого драйвера. В случае, если вам никак не удается найти нужный сайт, обращайтесь на специализированные драйверныс сайты (www.windrivers.com, www.driverhq.com, www.drv.ru.). Скачивать оттуда непосредственно файлы драйвера возможно только в одном случае: фирма-разработчик уже прекратила свое существование и ее сайта физически нет в Сети. Гораздо лучше воспользоваться поиском не драйвера, а сайта производителя или его страницы технической поддержки.
Как установить Установка драйвера заключается в следующем: Windows обнаруживает .INF-файл, отыскивает в нем строки идентификации Plug&Play-ycTpoftcTB, и если они совпадают с информацией, выданной самим устройством, система выполняет предписанные действия по копированию файлов, добавлению записей в реестр.
.71
'i1
ЩВОЁГЕО*) +j $ Conputa >; -5^ Diskdrives "^ w Display adapters iS Д DVOJCD-ROM drives » ^ Floppy cbk controllers 'fi -j&Fbppy diskdrives .t sp IDE ДТй/АТДР] controllers t ,^i IEEE 1284.4 canpatfcte printer; т .^ IEEE 1284.4 devices +; ^ Keyboards •+: ''"^ Mice and other pointng devices :S |^ Modemi is ^ Monitor! [+• "Ш ^eti4ork adapters г: ^ Otrier devices ; ?J Multimedia Contrcler ^ MJtimedia Video Controlla Г+; ^У Ports (COM Ь LPT) & A SCSI and КДЮ coptrolers 41 ®. Sound, video and gams controlers *^ •*** Storage vdumes W 4| System device? Ч A Universal Serial Bus controllers +! ЕЙ Windows CE LT5E DeviCK
218
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер Вы должны указать местоположение файла в ответ на запрос мастера обновления оборудования. Мастер запускается либо автоматически, после появления сообщения о найденном устройстве, либо вручную. В последнем случае зайдите в Свойства системы, выбирайте закладку Управление устройствами, потом свойства нужного устройства, закладку Драйвер, Обновить драйвер. В случае, если в комплекте с драйвером есть свой инсталлятор, то лучше воспользоваться им. Для этого нужно после появления сообщения о найденном устройстве нажать ESC, загрузить Windows без драйвера и запустить инсталлятор. Он скопирует все файлы драйвера в папку Windows\INF\Other, где драйвер и будет найден после перезагрузки. Кроме того, будут установлены дополнительные программы, идущие в комплекте. Немаловажно также и то, что н большинстве случаев инсталлятор может корректно убрать драйвер, не оставив следов своего пребывания (Установка и удаление программ).
Как удалить вручную В случае, если установленный вами драйвер не справляется со своими функциями и даже вызывает ошибки и сбои, его нужно удалить. Просто нажать «DEL» в списке устройств, а потом дождаться сообщения о новом устройстве?.. Иногда это помогает, иногда — нет. Дело в том, что Windows может следующий раз и не спросить у вас драйвер, а просто проинформировать о найденном устройстве и тут же вернуть все на место. Для удаления информации о драйвере потребуется дополнительно выйти в DOS, зайти в каталог Windows/Inf и найти там .INFфайл нужного (точнее, уже ненужного) драйвера и удалить его. Вслед за ним возможно отправить и .VXD-файлы, которые обычно находятся в Windows/ System, но тут нужно проявить аккуратность, так как возможно и перестараться. Теперь после перезагрузки Windows обновит свою базу данных и не найдет старого драйвера, а значит, возможно устанавливать новый или возвращать на место старый, хорошо работавший до того, как вы начшш ремонтировать то, что не сломалось.
Глава В: Игнорируем идентификацию Большая часть местных производителей ПК используют для защиты от несанкционированного вскрытия системных блоков разнообразные стикеры и пломбы. С одной стороны, это очень хорошо, ибо эти фирменные «знаки отличия» позволяют оградить любопытных пользователей от вывода из строя ПК. Но когда настанет момент, и вам в течение гарантийного срока понадобится установить внутрь системного блока плату или жесткий диск, придется обращаться к специалистам фирмы производителя ПК. Что же касается остальных обозначений своего участия в создании компьютерной системы, то более чем на паспорт и наклейку на фасаде системного блока можете не рассчитывать. Говорить об установке лицензионного программного обеспечения — дело юристов или тех, кто действительно занимается официальным распространением лицензионного ПО. В в девяти случаях из десяти на современном продаваемом компьютере производителем устанавливается Windows. А в «мастдайке» предусмотрена возможность идентификации производителя с описанием сервисов технической поддержки.
219
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер Все очень просто. В свойствах системы (панель управления) на первой же закладке Общие могут быть размещены две строки с названием производителя и модели ПК, а также графическое изображение логотипа. Для демонстрирования была придумана фирма с простым и понятным названием «Sidoroff s Systems» и логотип (он представляет собой изображение 180x114 пикселов). В принципе неважно, какие средства вы будете использовать для изготовления логотипа. Нужно лишь сохранить его в формате BMP в каталоге C:\Windows\System\ под названием oemlogo.bmp. Затем в том же каталоге находим или создаем текстовый файл oeminfo.ini и записываем в него с помощью простейшей программы «Блокнот» несколько строк. [General] Manufacturer "Производитель: Sidoroff's Systems" Model = "Модель: Maria Ivanovna 233 MMX" [Support Information] Linel^" Наша фирма будет рада помочь Вам в решении возможных" 1_1пе2="проблем, возникших при использовании этого компьютера." Line3="B любой момент дня и ночи квалифицированные специалисты" 11пе4="нашей фирмы готовы оказать Вам бесплатную техническую" Ипеб^'Чонсультацию по телефонам 987-654-321 и 123-456-789." Line6=" При необходимости в течение гарантийного срока к Вам на" 11пе7="дом или в офис может выехать наш специалист и бесплатно" 1лпе8="установить в компьютер приобретенную Вами плату или" Line9="какое-нибудь другое внутреннее устройство (жесткий диск," Line10="npnBOfl CD-ROM, дисковод Iomega ZIP)" Line11=" He забывайте, что специально или случайно удаленная" 1_1пе12="фирменная пломба или стикер лишают вас права на" 11пе13="гарантийное обслуживание." Line14= Line15=" Директор фирмы «Sidoroff's Systems» Владимир Сидоров" Значения переменных Manufacturer и Model возможно и, конечно же, нужно написать свои. Это же касается и переменных от Linel до LineN, где N — максимальное количество строк, необходимых для заполнения информацией окна описания технической поддержки. В случае, если захотите оставить пустой четырнадцатую строчку, следует написать Linel4=, иначе если вы ее пропустите, то есть после Linel3="..." последует Lincl5="...", строки с номером более чем 13 не будут отображаться. В случае, если после сохранения файла oeminfo.ini вы вновь решите взглянуть на свойства системы, то увидите сперва закладку «Общие», преобразившуюся логотипом «SidorofFs Systems» и двумя строками идентификации имени и модели ПК, а затем, после нажатия на единственную кнопку Поддержка..., откроется дополнительное окно, в котором содержательно описываются предоставляемые сервисные услуги по поддержке приобретенного ПК. Прокрутка в окне есть как по вертикали, так и по горизонтали. Так что если нужно что-либо добавить, возвращайтесь к файлу oeminfo.ini — места для всех слов хватит.
220
Часть девятая. Использование компьютера
Часть девятая. Использование компьютера Глава 1: Уход за компьютером Сегодняшний компьютер совсем не похож на своих предков. Трудно себе представить, что когда-то в больших просторных комнатах стояли исполинские ящики, обслуживаемые людьми в белых халатах. Тишина, нарушаемая только монотонным гулом очистителей воздуха, и сбалансированная до градуса температура вызывали трепетное уважение к этой груде металла и кремния. Все это кануло в прошлое, и домашняя персоналка уверенно перешла в разряд бытовых приборов надежных, стойких и неприхотливых. Какое там поддерживать температуру или проводить профилактику! Лишь бы селедку на них не ели, да кофе не ставили на выдвигающуюся подставку из CD-ROM-a. Тогда компьютер имеет хорошие шансы не сдохнуть в младенческом возрасте еще до окончания гарантийного срока. Да, наш меньший брат не так уж и неприхотлив, как кажется. Этот шум вентиляторов, визг винчестеров, а порой еще и свист блока питания могут свести с ума кого угодно. А странные выходки любимой девушки Видны, которые при ближайшем рассмотрении часто оказываются глюками железа от пробежавшего по материнской плате таракана? Компьютер все еще содержит множество механических компонентов, снижающих общую надежность системы и требующих тщательного ухода и внимания к себе. Скажем прямо, — вычислительная техника конструктивно рассчитана на эксплуатацию в кондиционируемых помещениях. И дело тут отнюдь не в температуре, как возможно было бы подумать, а в пыли! Да, в той вездесущей пыли, что повсюду летает в наших жилишах. Когда вентилятор блока питания оказывается единственным пылезасасывающим устройством в вашей комнате, возможно не сомневаться, что вся она рано или поздно окажется там. Тяга воздуха с задней стенки компьютера гораздо сильнее, чем может показаться на первый взгляд, и за стуки вентилятор всасывает в себя значительное количество пыли, которая оседает на его стенках, проводах и деталях. Чем это чревато? Пыль, хоть с виду и диэлектрик (то есть, тока не проводит и короткого замыкания, стало быть, не вызовет), но может электризоваться от микровибраций и стать причиной сбоев в работе электроники. К тому же, проникая во все разъемы, она значительно ухудшает контакт, что может привести к зависаниям и перезагрузкам. Кстати, пыль — великолепный адсорбент, она втягивает в себя всю гадость, что находится в воздухе (а чего только там не находится), и, попав на тонкие мед-
221
Часть девятая. Использование компьютера ные дорожки, может способствовать их быстрому разрушению. Еще хуже ситуация с жесткими дисками. Одна пылинка, попавшая под головку, для нежной поверхности диска становится фрезой, гравирующей тонкий магнитный слой. Да, конечно, производители защищаются от пыли сложной системой фильтров, которая гарантирует бесперебойную работу даже в запыленной среде, но все же у любого фильтра есть какой-то конечный ресурс, после выработки которого он становится непригодным. А поскольку все жесткие диски выпускаются исключительно с несменными фильтрами, то это автоматически влечет за собой непригодность всего винчестера в целом. Наконец, пыль, попавшая под втулки вентиляторов, — основная причина шума последних. Даже шарикоподшипниковые кулеры от Intel не защищены от этой напасти и через год-другой начинают издевательски тарахтеть на все голоса. Итак, пыль для компьютера очень и очень вредна. Поэтому нелишним будет приложить хотя бы немного усилий к ее устранению. Разумеется, кондиционер для дома — это пока еще непозволительная роскошь (хотя стоимость некоторых из них сравнима со стоимостью PC), но вот влажную уборку хотя бы раз в день в квартире делать вполне реатьно. Обратите внимание — в квартире — а не в комнате, где стоит компьютер. Пыль — она территориальных границ не признает, к компьютеру так и тянется отовсюду. Впрочем, нужной степени чистоты воздуха все равно достичь не удастся. И кулеры рано или поздно, но неотвратимо зашумят. Займемся их чисткой? Больше всего шума обычно производит маленький вентилятор на процессоре, а вовсе не на блоке питания, как думают некоторые. Разумеется, перед началом чистки вентилятор придется снять с процессора и отключить от блока питания. Вот он лежит перед нами на столе. Но в таком виде очистить его от прикипевшей грязи будет затруднительно. Поэтому попробуем аккуратно снять лопасти. Как правило, лопасти сидят на оси, удерживаемые резиновой или металлической шайбой. Осторожно подденьте ее отверткой, и тогда крыльчатку возможно будет без усилий снять. Теперь удалите пыль не очень грубой щеткой или кисточкой. Особо загрязненную крыльчатку (не обмотки!) возможно промыть под струей теплой воды, иногда приходится даже прибегнуть к помоши хозяйственного мыла. Туалетное же для этой цели не подходит, поскольку содержит эфирные масла и другие добавки, которые нам здесь ни к чему. Тщательно просушив, смажьте ось любой подходящей термоустойчивой смазкой (обычная не подойдет и, скорее всего, только вытечет на процессор, когда он начнет разогреваться). Остается только собрать вентилятор и, установив его на место, наслаждаться бесшумной работой. Кстати, для улучшения теплопроводности смажьте нижнюю сторону радиатора бариевой пастой (продается в радиомагазинах). От вазелина или глицерина все же лучше отказаться. Во-первых, химически чистых веществ вы все равно не найдете, а во-вторых, их эффективность гораздо ниже. Для того, чтобы с таким трудом «вылеченный» вентилятор снова не зашумел, хотя бы раз в месяц очищайте его от пыли пылесосом, не снимая с процессора. Только не касайтесь лопастей руками, иначе к оставшемуся жирному отпечатку' пыль будет прилипать, как муха к варенью.
222
Часть девятая. Использование компьютера Как было сказано выше, вентиляторы на блоках питания практически никогда не становятся источниками досаждающего шума. Но если уж так случилось, придется развернуть кампанию по их очистке. Однако прибегать к этому стоит только в крайнем случае. Во-первых, предстоит выкрутить немало болтов, что может отнять битый час работы, а во-вторых, при этом неизбежно придется срывать пломбу производителя блока питания. Обязательно убедитесь, что компьютер выключен из сети, и только потом осторожно отсоедините все выводы блока питания от материнской платы, жесткого и гибких дисков. Выкрутите удерживающие его в корпусе болты и затем аккуратно вытащите из недр компьютера. Сняв защитный кожух, прежде всего удалите пыль из внутренностей блока питания. Для этой цели лучше всего воспользоваться пылесосом. Щеткой возможно повредить монтажные элементы, которые в действительности часто оказываются не такими прочными, как возможно было бы подумать. Поскольку конструктивно вентиляторы блоков питания ничем не отличаются от CPU-кулеров, то к ним применимы все описанные выше методы. Впрочем, шумящий вентилятор блока питания, как правило, свидетельствует о браке или дефектах производства/сборки и, может быть, лучше его заменить новым, поскольку разбирать каждый раз блок питания — занятие не из приятных. Кстати, если на последнее нет времени, а шум уже порядком надоел, то возможно попробовать смазать кулер, даже не разбирая и не выключая компьютера. Для этого наберите в медицинский шприц с толстой иглой немного жидкой смазки и, не выключая вентилятора, медленно выдавливайте ее маленькими порциям и , проколов защитную пленку, прикрывающую закрепленное на оси крепежтое кольцо. В случае, если это делать быстро, то смазка просто вытечет и, подхваченная потоком воздуха, может разлиться веером брызг вокруг. Впрочем, как бы медленно вы ни выполняли эту операцию, лишь ничтожное количество попадет в трущиеся ухты, поэтому пройдет совсем немного времени (может быть, неделя — две), как противный кулер затарахтит вновь. Придется вновь тянуться за своей большой отверткой, чтобы разбирать блок питания для капитального ремонта. Заодно убедитесь, не свистит ли катушка высокочастотного трансформатора? Это такой высокий необычайно противный свист, способный спустя даже короткое время вызвать дикую головную боль. Конечно, лучшим способом было бы заменить блок питания, но такое решение никак нельзя назвать дешевым, да и к тому же блоки питания не предмет постоянного спроса и не всегда могут быть предоставлены продавцом по вашему первому требованию. Тогда придется обойтись подручными средствами. Для начала возможно попробоватьлегонько постучать обратной стороной отвертки по катушке, — вдруг да свист прекратится? В случае, если этот фокус не выйдет, то остается либо залить катушку эпоксидной смолой, (что требует навыка и времени, но зато надежно), либо туго стянуть катушку нитками (быстро и дешево, но часто малоэффективно). В случае, если же вы проделали все вышеописанные операции, а компьютер по-прежнему шумит, значит, причина, по всей видимости, в другом. Очень
223
Часть девятая. Использование компьютера может быть, что хлипкий корпус компьютера просто вибрирует и дрожит всем своим существом. С китайскими самоделками это случается сплошь и рядом. В таком случае может быть, помогут резиновые прокладки, помещенные под все не плотно прилегающие поверхности. Возможно, придется немного поэкспериментировать, определяя, что же издает больше шума. Иногда даже приходится делать дополнительные отверстия электродрелью, закручивая недостающие болтики и гаечки, чтобы удержать болтающиеся поверхности. Так, на одной модели корпуса блок питания крепился всего в двух верхних точках, упираясь другим концом в материнскую плату. Небольшой вибрации от жесткого диска хватало, чтобы вся эта система дрожала, звенела и подпрыгивала. Кстати, почти у всех корпусов big и mini Tower внешний кожух закреплен из рук вон плохо. Как правило, его удерживают лишь болты на задней стенке компьютера, а боковые крышки висят в воздухе и при вибрации издают неприятный хлопающий звук. Электродрель, отвертка и немного лишних болтов — и все станет на свои места. Между прочим, такая модернизация полезна не только в эстетическом плане, но и продляет срок жизни винчестеров, которые вибрации, как известно не любят, даже когда объявляются производителем как вибростойкие и противоударные. Вообще же, современный компьютер еще не достиг той степени конструктивного совершенства, чтобы мог работать сам по себе. (Особенно это относится к моделям, изготовленным нашими китайскими братьями или в подсобках третьесортных фирм.) Компьютер требует тшательного ухода и бережного отношения, так что не бойтесь взять в руки инструмент и кой что подправить по мелочи. Тогда ваш кремневый друг прослужит долго и бессбойно. Хотя... ведь в шуме вентиляторов ктото находит свое неповторимое очарование...
Глава 2: Освещение рабочего места Скука, навеянная прохладными зимними вечерами, частенько загоняет наших соотечественников под крыши домашних очагов. Другие же, поглядывая с ухмылкой из окна своего офиса на дрожащих на автобусной остановке прохожих, замечают, что возможно еще часок-другой задержаться на работе, чтобы перейти на следующий уровень ЗО-стрелялки или побить свой собственный рекорд в «Шарики». Хорошо, что компьютер — не единственный способ убивать время, когда на улице такой дубак. Но что ж поделаешь, если компьютерщики икомпьютерщипы предпочтут какому-нибудь телевизионному развлечению общение с друзьями в Internet или все тем же, отбивающим охоту делать что-либо еще компьютерным играм. Специфика правильной работы за компьютером в период зимнего времени, когда дни становятся короче, а ночи — длиннее, заставляет обратить особое внимание на правильное освещение околокомпьютерного пространства. Работать приходится, когда естественного освещения из окна становится недостаточно. Можно включить потолочные светильники, но где ж тогда экономия? Располо-
224
Часть девятая. Использование компьютера жив компьютер в двух-трех метрах от источника света, вам придется вкрутить лампочки помощнее, хотя для освешения вашего рабочего места в лучшем случае будет использоваться лишь пара десятков процентов от общего светового потока. Следует подумать о локализации света и использовать настольный светильник. Какой? Однозначного мнения, как всегда, не существует. Однако есть несколько типов рахтичных настольных источников света, разобравшись с особенностями использования которых, возможно остановить свой выбор на необходимом, сэкономив материальные ресурсы и получив наибольший положительный эффект от его использования.
Люминесцентные или накаливания? Самый большой недостаток всех светильников, использующих л а м п ы накаливания, — низкий КПД и, соответственно, высокая потребляемая мошность. Люминесцентные лампы имеют больший коэффициент полезного действия, поэтому и показатели потребления электроэнергии для них почти в семь раз меньше. Гарантированный срок работы у люминесцентных как-никак 8000 часов, что составляет почти год беспрерывного свечения, Однако глаза быстро устают от еле заметного мерцания люминесцентных ламп. Российские предприятия нашли выход из такого неприятного положения дел и уже достаточно широко предлагают свои светильники, дополненные небольшой платой, увеличивающей частоту их мерцания вдвое. Стоимость же такого источника света возрастает примерно долларов на 10. У люминесцентных ламп есть еще одно небольшое, но важное преимущество перед лампами накаливания, если предполагается использовать их для освешения рабочего места. Дело в том, что температура люминесцентных ламп вовремя работы не превышает 500 С, то есть при работе в непосредственной близости обжечься практически невозможно. Ну а как нагреваются лампы накаливания, кажется, всем известно.
Типы светильников Рассмотрим три основных типа светильников, которые могут быть рекомендованы для оборудования компьютерного рабочего места: традиционные настольные, с креплением струбциной и прищепки. В каждом деле, для каждого предмета, да и, наверное, во всем на свете есть свои традиции. Прошли годы, а основные составляющие части настольных светильников не изменились. Изменились только формы. Для тех, кто работает на компьютере за столом с излишком свободного места, наиболее удобным и предпочтительным будет использование традиционных настольных светильников. Предположим, что у вас на рабочем столе катастрофически не хватает свободного места. Как говорится, просто некуда даже плюнуть. Вот именно для таких столов и придумали светильники с креплением струбциной. Все было бы. конечно, очень хорошо, однако для крепления таких светильников необходим выступающий край столешницы толшиной не более 5-6 см, Довольно часто в небольших помещениях используют столы с вертикальными полками для колонок монитора или компакт-дисков. Свободного места для установки какого-либо светильника на столе нет вообще. Отсутствие выступающих краев столешницы также не позволит установить светильник с креплением 225 8—410
Часть девятая. Использование компьютера струбциной. В таком случае используется самый простой и маленький, однако очень удобный при работе среди компактно расположенной мебели — светильник-прищепка.
Как правильно расположить светильник? Правше, как правило, будет более удобен для работы поток света, проходящий от левого плеча к правому, но бывают и исключения, обусловленные наличием свободного места на столе. В случае со светильниками, использующими люминесцентные лампы, расположенные параллельно поверхности стола, этот принцип может не соблюдаться. Во избежание бликов на экране старайтесь расположить источник света либо в стороне, либо немного ниже экрана. В последнем случае вы можете изолировать от освещения находящиеся за монитором и над ним предметы, однако рабочий стол будет освещен наилучшим образом. В случае, если у приобретенного вами люминесцентного источника света имеется внешний блок питания, то его следует расположить на расстоянии не менее чем 15 см от монитора. В худшем случае (если монитор не жидкокристаллический) вы будете наблюдать на экране постоянно дрожащее изображение. Это касается, кстати, не только блоков питания люминесцентных источников света. Модемные или блоки п и т а н и я активных акустических систем тоже могут подпортить изображение на экране монитора. К сожалению, правильное, эффективное и экономное освещение мало заботит большую часть пользователей ПК.. Однако продолжительная работа за компьютером в потемках или при всех включенных потолочных лампах рано или поздно скажется либо на усталости глаз, либо на настроении после подсчета нулей в счете за использованную электроэнергию. Lival является производителем систем освещения с 1945 года. Эта компания занимается разработкой и производством энергосберегающих и экономичных светильников, которые не только из-за своей невысокой стоимости интересуют потребителей. В светильниках Lival сочетаются высокие характеристики с точки зрения экологии, экономного потребления энергии и современный дизайн.
Настольные светильники Потребляющий 40 Ватт, настольный светильник Euro 14B занимает не слишком много места на рабочем столе и позволяет в должной степени освещать расположенные рядом предметы. В отличие от своих предшественников, Euro 14B имеет шарнирные соединения с обоих концов стойки. Это обстоятельство добавляет уже привычную сейчас гибкость в определении направления светового потока. Светильник с люминесцентной лампой Junior потребляет всего 9 Ватт. При этом поток света Junior'a равнозначен потоку 60-Ваттной л а м п ы накаливания. Располагать такие настольные светильники приходится иначе, ибо вытянутая форма люминесцентной лампы обусловливает особенную ориентацию на столе. Пройдут годы, и настанет время выбрать что-либо помощнее и посерьезнее, то есть сменить «девятиваттный» Junior на одиннадцати ваттный Senior. Повышенная мощность Senior'a дополнена и новым конструкторским решением, Выключатель у настольной л а м п ы Senior расположен не сверху светильника, как у Junior'a, а в верхней части стойки, что кажется более удобным.
226
Часть девятая. Использование компьютера
Прищепки В небольших помещениях на выручку приходят компактные светильникиприщепки типа Euro 14N и Euro 27N. Первый, собственно говоря, изображен в момент работы. Достаточно наглядно возможно оценить минимальные затраты свободного объема в небольшом помещении. Euro 27N изображен крупнее, чтобы возможно было представить устройство светильника-прищепки. Отличаются Euro 14N и Euro 27N, кроме несколько больших габаритных размеров Euro 27N, потребляемой мощностью. Для первого она составляет 40 Ватт, для второго — 60.
Светильники с креплением струбциной В случае, если у вашего стола есть выступающий край столешницы толщиной не более 6 см и вас не прельщают утонченные формы люминесцентных светильников, тогда обратите внимание на Hobby — единственный в своем роде светильник с лампой накаливания. Потребляет он, как и положено, 60 Ватт. Много ли это — судить, конечно, вам. Но мне вполне понятно, почему Hobby приобрел именно такое название: эта лампа на любителя, ибо для нее существуют 7 вариантов расцветки. Можно подобрать под обои или цвет глаз любимой секретарш ••[, И все же некоторым хочется быть экономными? Компания Lival позаботилась и о самых что ни на есть экономных мира сего. Она производит два очень похожих внешне люминесцентных светильника: Asymmetria и Continent. Оба они потребляют по 11 Ватт каждый, при этом поток света равноценен потоку света от 75-Ваттной лампы накаливания. Этого даже с излишком хватит для освещения любого рабочего места. При максимальном радиусе охвата 110 см Asymmetria и Continent не отнимут лишнего места на вашем рабочем столе. Есть еще одно достоинство светильников с креплением струбциной. Для них, как правило, продаются настольные базы, которые превращают светильники с креплением струбциной в обычные настольные лампы. Однако даже по сравнению с Junior или Senior, хозяева Hobby, Abymmetria или Continent останутся в выигрыше, так как максимальный радиус охвата этих ламп будет значительно больше,
Глава 3: Монитор: вредно или нет? Среди многообразных физических факторов окружающей среды, которые могут оказывать неблатоприят ное воздействие на человека и биологические объекты, большую сложность представляют электромагнитные поля неионизирующей природы, особенно принадлежащие к радиочастотному излучению. Здесь недопустим замкнутый цикл производства без выброса загрязняющего фактора в окружающую среду, поскольку применяется уникальная способность радиоволн распространяться на далекие расстояния. По этой же причине неприемлемо и экранирование излучения и замена токсического фактора на другой, менее токсический фактор. Неотвратимость воздействия электромагнитного излучения (ЭМИ) на население и окружающую живую природу стало данью современному техническому прогрессу и все более широкому применению телевидения и радиовещания, радиосвязи и радиолокации, использования СВЧ-излучающих приборов и технологий. И хотя возможна определенная канализация излучения, ослабляющая неже227
Часть девятая. Использование компьютера лательное облучение населения, и регламентация во время работ излучающих приборов, дальнейший технический прогресс все же увеличивает вероятность воздействия ЭМИ на человека. Поэтому здесь недостаточны упомянутые меры уменьшения загрязнения окружающей среды. На возможность неблагоприятного влияния на организм человека электромагнитных полей (ЭМП) было обращено внимание еще в конце 40-х годов. В результате обследования людей, работающих в условиях воздействия ЭМП значительной интенсивности, было выявлено, что наиболее чувствительными к данному воздействию являются нервная и сердечно-сосудистая системы. Описаны изменения кроветворения, нарушения со стороны эндокринной системы, метаболических процессов, заболевания органов зрения. Было установлено, что клинические проявления воздействия радиоволн наиболее часто характеризуются астеническими и вегетативными реакциями. В условиях длительного профессионального облучения с периодическим повышением предельно допустимых уровней (ПДУ), у части людей отмечали функциональные перемены в органах пищеварения, выражающиеся в видоизменении секреции и кислотности желудочного сока, а также в явлениях лискинезии кишечника. При долговременном профессиональном облучении выявлены также функциональные сдвиги со стороны эндокринной системы: рост функциональной активности щитовидной железы, изменение характера сахарной кривой. В последние годы появляются сообщения о возможности индукции ЭМИ злокачественных заболеваний. Еще немногочисленные данные тем не менее говорят, что максимальное число случаев приходится на опухоли кроветворных тканей и на лейкоз в частности. Это становится общей закономерностью канцерогенного эффекта при воздействии на организм человека и животных физических факторов всевозможной природы и в ряде других случаев. Видеодисплеи персональных компьютеров (ВДПК) применяют в процессе повседневной деятельности миллионы служащих во всем мире. Компьютеризация в нашей стране принимает широкий размах, и многие сотни тысяч людей проводят большую часть рабочего дня перед экраном дисплея. Наряду с признанием несомненной пользы, использование компьютерной техники порождает у пользователей ПК беспокойство за свое здоровье. Существуют статистические данные, согласно которым лица, работающие с компьютером, более беспокойны, подозрительны, чаще избегают общения, а также недоверчивы, раздражительны, склонны к повышенной самооценке, высокомерны, фиксируют внимание на неудачах, Крупнейшими источниками электромагнитных излучений являются радио- и телевизионные средства связи и обработки информации, радиолокационные и навигационные средства, лазерные системы, воздушные линии электропередач. Озабоченного внимания заслуживают вопросы гигиенической оценки уровней ЭМИ, которым подвергаются лица, работающие в зоне действия излучений, но не связанные с обслуживанием радиотехнических устройств. По данным американского Агентства по охране окружающей среды, около \% человеческой популяции подвергаются воздействию ЭМИ интенсивностью более 1мкВт/см2.
228
Часть девятая. Использование компьютера При этом наибольшие значения интенсивности были зарегистрированы в многоэтажных зданиях, особенно на уровнях, соответствующих уровням дислокации антенных систем. Самые опасные поля — это поля СВЧ-диапазона. Сантиметровые и миллиметровые волны действуют на кожу. А дециметровые, проникая на глубину 10-15 см, уже напрямую бьют по внутренним органам. К сожалению, зловредное воздействие ЭМ И связано не только с источниками широкомасштабного излучения. Ни для кого не секрет, что магнитное поле возникает вокруг любого предмета, работающего на электрическом поле. А это практически любой прибор, сопровождающий нас в быту (даже электрические часы). Как утверждают сотрудники НПО «Взлет», «замеры напряженности магнитных полей от бытовых электроприборов показшш, что их кратковременное воздействие может оказаться даже более сильным, чем долговременное пребывание человека рядом с линией электропередач. Если отечественные нормы допустимых значений напряженности магнитного поля для населения от воздействия ЛЭП составляют 1000 мГс, то бытовые электроприборы существенно превосходят эту величину». Эти данные объясняют тот факт, что отдельные мужчины отказываются пользоваться электрическими бритвами, ссылаясь на головные боли. Похожие жалобы можно услышать и от женщин, систематически использующих фен для укладки волос. Исследователи США и Швеции установили факт возникновения опухолей у детей при воздействии на них магнитных полей частоты 60 Гц и напряженностью 2-3 мГс в течение нескольких дней или даже часов. Такие поля излучаются телевизором, персональным компьютером. Крупные неприятности происходят и с автомобильным транспортом. Большое значение проблема совместимости приобрела с быстрым развитием автотранспорта. Уже сегодня электромагнитное поле на 18-32 процентах территории городов формируется в результате автомобильного движения. Электромагнитные волны, появляющиеся при движении транспорта, создают помехи теле- и радиоприему. А к тому же могут оказывать зловредное воздействие на организм человека. Дисплеи персональных компьютеров, выполненные на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ), являются потенциальными источниками мягкого рентгеновского, ультрафиолетового (УФ), инфракрасного (ИК), видимого, радиочастотного, сверх- и низкочастотного ЭМИ. Сотрудники Центра электромагнитной безопасности провели независимое исследование ряда компьютеров, наиболее популярных на нашем рынке, и установили, что «уровень электромагнитных полей в зоне размещения пользователя превышает биологически опасный уровень*. Последствия регулярной работы с компьютером без применения защитных средств: • •
заболевания органов зрения (60% пользователей); болезни сердечно-сосудистой системы (60%);
•
заболевания желудочно-кишечного тракта (40%);
•
кожные заболевания (10%);
229
Часть девятая. Использование компьютера различные опухоли. Особенно опасно электромагнитное излучение компьютера для детей и беременных жеыщин. Установлено, что у беременных женщин, работающих на компьютерах с лиеплеями на электронно-лучевых трубках, с 90-процентной вероятностью в 1,5 раза чаще происходят выкидыши и в 2,5 раза чаще появляются на свет дети с врожденными пороками. Персональные компьютеры (ПК) заняли прочное место в деятельности многих людей. В настоящее время уже невозможно представить полноценную трудовую деятельность на предприятиях, в частном бизнесе, да и в процессе обуч е н и я без ПК. Но все это не может не вызывать обеспокоенности в отношении их губительного влияния на состояние здоровья пользователей. Недооценка особенностей работы с дисплеями, помимо снижения надежности и эффективности работы с ними, приводит к существенным проблемам со здоровьем. Рекомендуется, к примеру, чтобы экран дисплея находился от глаз пользователя на расстоянии не ближе, чем 50-70 см. Режимы труда и отдыха при работе с компьютером зависят от категории трудовой деятельности. Все работы с компьютером разделяются на три категории: •
Эпизодическое считывание и ввод информации не более 2 часов за ^-часовую рабочую смену.
•
Считывание информации или творческая работа не более 4 часов за 8-часовую смену. Считывание информации или творческая работа более 4 часов за 8-часовую смену.
Продолжительность непрерывной работы с компьютером не должна превышать 2 часов. Сели в помещении эксплуатируется более одного компьютера, то следует учесть, что на пользователя одного компьютера могут воздействовать излучения от других компьютеров, в первую очередь со стороны боковых, а также и задней стенки монитора. Учитывая, что от излучения со стороны экрана монитора можно защититься применением специальных фильтров, необходимо, чтобы пользователь размещался от боковых и задних стенок других дисплеев на расстоянии не менее 1 м. На мониторы рекомендуется устанавливать защитные фильтры класса полной защиты (Total shield), которые обеспечивают практически полную защиту от вредных воздействий монитора в электромагнитном спектре и позволяют ослабить блик от электронно-лучевой грубки. а также повысить читаемость символов. Западная промышленность уже реагирует на растущий спрос к бытовым приборам и персональным компьютерам, чье излучение не угрожает жизни и здоровью людей, рискнувших облегчить себе жизнь с их помощью. Например, в США многие фирмы выпускают безопасные приборы, начиная от утюгов е бифилярной намоткой и кончая неизлучаемыми компьютерами. В нашей стране существует Центр электромагнитной безопасности, где разрабатываются разнообразные средства защиты от электромагнитных излуче-
230
Часть девятая. Использование компьютера ний: специальная защитная одежда, ткани и прочие защитные материалы, которые могут обезопасить любой прибор. Но до внедрения подобных разработок в широкое и повседневное их использование пока далеко. Так что каждый пользователь должен позаботиться о средствах своей индивидуальной зашиты сам, и чем скорее, тем лучше.
Глава 4: Охлаждение компонентов Желание иметь больше, чем уже есть за те же самые деньги, пусть и не без риска потерять всё, заложено в самой человеческой природе. Вот есть у человека компьютер, который вроде бы как нормально пашет, так нет же, ему хочется чтобы «все летало» ещё быстрее. Мне тут приходит на ум одна старая пословица американских рабовладельцев: «Дай негру палеи, он всю руку отгрызёт». Распинаться о том, сколько раскочегаренный до предела камень даёт прироста fps в Кваке по сравнению со своим неизнасилованным собратом или давать советы о том, какие ноги камню лучше всего перебить и каким способом это лучше всего сделать, дабы повысить FSB системы я не буду. Здесь речь пойдет об кулинге или максимальном охлаждении системы с минимальными финансовыми затратами. Главный прикол заключается в том, что восемьдесят процентов всех описанных здесь способов превратить компьютер в морозильный агрегат были изобретены мной самим. А не менее существенный сё плюс — это максимальная простота идос'упностьсих методов. На моей памяти ещё свежи воспоминания о тех временах, когда даже в тридцатиградусную летнюю жару (а это обычное дело на моей субтропической вотчине) моя «трёшка» (а позднее четверка), вела себя более чем достойно — ни один из компонентов системы даже и намека не давал на нагрев, хотя на старых камнях даже не ставили кулеров! Со временем железо курьерскими темпами эволюционировало, набирало обороты движение «оверклокинг — в массы!» и проблема охлаждения РС-шной начинки становилась всё более наболевшей.
Охлаждение центрального процессора Перейдем к собственно технической части. Начну я, разумеется, с процессора, как наиболее часто станонящегося объектом внимания гонщиков и наиболее подверженного разогреву. Очень часто при разгоне камнем преткновения становится именно повышенное тепловыделение камня. У меня, например, был случай, когда без дополнительного охлаждения даже при окружающей температуре 25"С раскочегаренный до 450 МГц трехсотый Celeron-A оказался неспособен выдержать даже пару-тройку часов хардкорного Unreal-дефматча (правда, тот камень был не из самой лучшей партии). После непродолжительных раздумий пришлось смастерить вот такой hi-tech, с которым этот камень абсолютно стабильно проработал полгода (потом я его сменил на более мощный) на 450-той частоте. Получившийся монстр состоял из двух стандартных селероновых радиаторов, усаженных по обе стороны камня, плюс на каждом из них для лучшего нагнетания воздуха на решётку стоит сверху еще по одному кулеру. Как показывает практика, подобное спаривание вентиляторов увеличивает поток нагнетаемого на радиатор воздуха почти вдвое, а когда попадаются достаточно мощные кулера, то и более. Радиатор, сидящий на камне с фронтальной стороны для максимальной теплоотдачи, крайне необходимо посадить на термопасту КПТ-8. Н а ч и н и в подоб231
Часть девятая. Использование компьютера ным образом процессор можно спать спокойно — по крайней мере у меня и у всех. кого знаю подобные монстры отлично вкалывают вообще без глюков, по крайней мере если и возникает прецедент, то не по причине перегрева камня. У этого метода ещё один значительный плюс — если вдруг выходит из строя один из кулеров, то его живой сосед сверху/снизу не даст умереть/повиснуть камню. Техника пришпиливания кулеров одного к другому проста до безобразия. Берем тот из двух, который предполагается поставить верхним, и паяльником буквально выжигаем в местах крепления двух винтов проушины таким образом, чтобы закручиваемый туда впоследствии шуруп (или винт) садился в гнездо максимально глубоко. Делается это для того, чтобы можно было прикрутить оба кулера к радиатору стандартными шурупами 1,8 мм, а не искать четырёхсантиметровые гвозди, Затем берем немного оставшейся после зажаривания кулера пластмассы и аккуратно приплавляем в места крепления двух других винтиков. Делается это для создания 1 мм зазора между кулерами (если слепить их намертво, они будут задевать друг друга). Для той же цели необходимо поставить на оба закручиваемых болта шайбы. PPGA-шный селерон довести до ума ещё проще, чем старый добрый слотовский. Вся задача их успешного охлаждения сводится к тому, чтобы найти максимально большой радиатор. Самый легкий вариант — купить рулезную штучку под названием Мега-кулер (правда стоит на 2$ в среднем дороже обычного вентилятора). Я нашел иной путь — мне посчастливилось откопать на одной «железной фирме» радиаторную решетку аж 2.5 см высоты. С двумя кулерами на ней, селерон-400 на Iwill-BDIOO успешно мутировал в «шестисотый», правда пришлось поднять напряжение на 0,2 В и отключить Ь2-кэш. Но результат даже с отключенным кэшем впечатлил. Работало, кстати, стабильно. Теперь перейдём к пентиумам 11/111. С ними можно поступать также, как и с их братьями меньшими, с той лишь разницей, что их приходится подвергать раздеванию — снимать пластмассовый кожух. С некоторых пор, к большому сожалению, торгующие железом конторы просекли эту фишку, и теперь обклеивают продаваемые камни со всех сторон вдоль и поперёк гарантийными лейблами. срывание которых, как известно, чревато потерей гарантии на процессор. Это обстоятельство даже заставило меня пересесть на Celeron. Однако после я об этом сильно пожалел, увидев радиатор для Р2 в форме цельного бруска, на который можно было посадить в сумме аж 4 кулера (2x2). Представляете, какие тут открываются возможности!
Охлаждение ЗО-акселераторов С момента появления Вуду2 тепловыделение видеочипов растёт в геометрической прогрессии. Хорошо ещё, что некоторые из производителей железа не имеют гнусной привычки экономить на вентиляторах и ставят их на своих видеокарточках куда следует. Отсутствие кулера на видеопроцессоре практически любой современной видеокарты грозит в лучшем случае обернуться сокращением срока её службы и подвисаниями время от времени после продолжительной и интенсивной нагрузки, а в худшем — R.I.P., о разгоне полуфабриката я уже молчу. Для исправления этой ошибки вам надлежит приобрести кулер от 486 камня для TNT/TNT2/Savage3D/Savagc4Pro или для первого Пентиума (Voodoo2/Voodoo3).
232
Часть девятая. Использование компьютера Техническая реализация проще простого: откручиваем вентилятор от родного радиатора и привинчиваем к радиатору карты. Я, как приверженец изделий 3DFx, прошедший сквозь всю «семейку Буду» поочередно и продолжающий держать у себя Voodoo3 — 3000TV AGP хочу замолвить словцо об этих железках. Моё знакомство с 3DFx началось с Voodoo2. который грелся как чёрт до 60 градусов по Цельсию, а о разгоне нельзя было и мечтать. Тогда-то и пришлось совершить свой первый опыт в разгоне железа, прилепив пастой тройку пентиумных кулеров к трём чипам на карте, и со спокойной душой выставить частоту TexelFX 95 МГц. Самым лучшим приобретением для разгона является, бесспорно, Voodoo32000. У меня он на 168 МГц (против 143 стандартных!) с кулером вообще почти не калился. Возжелав еще больше скорости, пришлось продать «двухтысячного» и приобрести «трёхтысячного» мексиканца. Каково же было моё удивление, когда я обнаружил, что даже на стандартной частоте, с прилепленным кулером безбожно греется, а гонится всего лишь на 15 МГц. Гораздо сложнее ситуация, когда Сапожники (с большой б\квы), ибо иначе я обозвать этих людей не могу, из числа вендоров, забывают даже о радиаторе. В последнее время это безобразие редко имеет место, но встречается из-за свойства некоторых особо жадных фирм закупать самое дешевое барахло из всех возможных (а дефектное, стоит вообще копейки). Помните, что брать такое «творчество» следует лишь при крайней нехватке денег! Мне пришлось столкнуться с ДаймондовскоЙ Ривой 128 OEM, которая грелась до 70°С! Выход в этом случае был найден путём п р и в и н ч и в а н и я крепежей от детского конструктора с одной стороны к радиатору, а с другой — к дырочкам, которые есть по краям любой видеокарты (таков процесс производства - никуда не денешься). В принципе, держалось бы и на пасте, но, только закрепив подобным образом, можно иметь стопроцентную гарантию надёжности.
Охлаждение жесткого диска и привода CD-ROM Хочу сразу предупредить: владельцы старых CD-ROM-приводов (менееЗбХ) могут эту часть главы благополучно пропустить — антиквариату трансмутация в доменную печь не угрожает. А вот современные драйвы имеют три чипа ввода-вывода (в этом месте крышка CD-ROMa имеет характерную впадинку прямоугольной формы), которые при считывании данных приводом греются с таким энтузиазмом, что после двух-трёх часов непрерывной работы в плохо вентилируемом корпусе такой CD-Rom с успехом можно использовать взамен сковороды. Особенно сильно страдают от нагрева этих чипов поддерживающие UDMA33 приводы. Мне, как назло, попался уникальный в своём роде экземпляр Асег-40Х UDMA, который просто-напросто вис через некоторое время от перегрева и тянул за собой в даун всю машину. А ведь LG или Hitachi, к примеру, греются еще больше! Проблема решилась мною, как всегда очень просто: я взял парочку радиаторных решёток от слотовых селеронов, подобрав их края аккурат под размер дырочек в нижней крышке CD драйва, привинтил их с пентиумными кулерами на каждом и всё — с тех пор забыл про глюки.
233
Часть девятая. Использование компьютера Теперь перейдём к винтам made in Fujitsu и их багу. Полгода назад я прикупил фуджиковский восьмигигабайтный винт серии MPD (самой новой в то время) и дернул меня чёрт потрогать пальцем чипы его контроллера во время работы, flaieu сразу же пришлось отдёрнуть от чипа, в противном случае он (палец) покрылся бы волдырями и ожогами. Чип грелся —дай боже. Заглядываю в бумажку (назвать это мануалом язык не поворачивается), прилагающуюся к HDD, а в ней чёрным по белому написано, что температура чипов может достигать 60°С и обязанности по их охлаждению доблестная фирма Фуджитсу возлагает на нас с вами, простых пользователей компов, предлагая-де поставить кулера самим. Вот до чего докатились. Цирк. Я тут же не преминул подобным образом протестировать такой же точно винт, только 4,3 Гб, стоящий у меня на второй машине и был поражён — тот вообще не калился. Переставив платы контроллера с одного винта на другой (у фуджей это элементарно делается) я понял, что контроллер погоду не делает и винт не бракованный, а дело в его размерности и возьми я не восьмёрку а двадцатку (20 Гб) это был бы натурально сталелитейный завод, что позже и подтвердилось. Тут передо мною встала по-настоящему непростая задача, ведь все девайсы, к которым я доселе прилеплял тем или иным образом кулера имели по крайней мере подходящий размер. А тут чип 2x2 см предстояло наградить пентиумным радиатором (приблизительно 3,8x3,8 см) с соответствующим вентилятором. Пришлось взять в руки ножовку и выпилить подходящий по размеру брусочек. Но ведь его, а также и вентилятор к нему ещё надо было как-то закрепить на винте! Я взял стальной крепёж от радиатора, S-образно согнул его и прицепил им радиатор к плате винта с одной стороны и корпусу с другой. Вентилятор сел одним концом на решётку, другим в паз винта.
Охлаждение корпуса Все знают, что температура работающего в закрытом корпусе железа кардинально отличается в худшую сторону от температуры того, которое находится «под открытым небом» — без к р ы ш к и . Однако далеко не все знают о том, что закрытый обеспечивает лучшую циркуляцию и вытяжку воздуха, нежели открытый, необходимо л и ш ь поставить мощный кулер (а в идеале — пару), который бы нагнетал внутрь воздух (выдувание наружу обеспечивает вентилятор БП). Закрытый тауэр также лучше из чисто эстетических соображений: не всем нравится вид «голой» тачки с торчащими наружу платами и проводами. Не хочется его раздевать. Но тут возникает лажа: в подавляющем большинстве АТХ корпусов гнездо для крепежа дополнительного 8 см кулера не предусмотрено, однако если оно и наличествует, то в подавляющем большинстве случаев расположено не лучшим образом — прямо перед стенкой корпуса и, следовательно, процент засасываемого внутрь воздуха стоящим там кулером ничтожно мал. Но существует замечательный метод изменить статус кво в правильную сторону. Этот способ обеспечивает наилучший задув воздуха внутрь комма. Он прост, как и всё гениальное, а главное не требует значительных материальных затрат (всё, что вам понадобится — это прикупить четырёхдолларовый кулер от блока питания). Суть заключается в следующем: в среднестатистическом АТХ — мшшТауэре (сейчас именно такие корпуса самые ходовые) обычно после завинчивания внутрь CD-ROM'а остаётся пара-тройка свободных пятидюймовых слотов. Берем две заглушки от этих самых слотов или, что будет еше умнее — можно попросить 234
Часть девятая. Использование компьютера их нахаляву в компьютерной конторе, где вы обычно отовариваетесь железом (дабы сохранить на случай апгрейда корпуса его девственный вид), только надо иметь в виду, что добытые «на шару» левые заглушки должны вставляться в корпус вашего PC как родные, без провисаний. Потом делаем в каждой заглушке дугу размером аккурат но радиусу вентилятора. Есть несколько способов это сделать: можно выжечь пластмассу паяльником, обточив под конец напильником наплывы с краёв, или выпилить ножовкой по металлу. Следующим этапом привинчиваем кулер к заглушкам теми самыми винтами, которыми наш восьмисантиметровый друг по определению должен привинчиваться к стенке блока питания и вставляем новорождённого монстра в корпус, не забыв естествен но скормить ему 1 2 В . Вот и все, правда остается проблема с изл и ш н е любопытными приятелями, которые, увидев впервые это чудо техники захотят проверить его обороты, сунув свои пальцы в вашу машину. Решение в этом случае очень простое: решетку от магнитофонного динамика точно по размеру кулера нужно привинтить поверх, как заслонку. И эстетически становится гораздо лучше.
Кулер Cooler Master CH5-5K11 Кулер построен на технологии теплоотволяших трубок (heat pipes). Кулер аккуратный, компактный и легкий. Внешний вид очень заманчивый — две медных теплоотводящих трубки закреплены на медном же основании. Места контакта трубок и основания тщательно промазаны тепло!фоводящим составом. На теплоотводящих трубках закреплены тонкие алюминиевые теплорассеивающис пластинки, а если быть более точным — очень тонкие. И все это дело закрыто достаточно прочным стал истым кожухом. Кулер комплектуется достаточно хорошим и надежным вентилятором на подшипнике качения. О выводе тахометра можно было и не говорить — в современных кулерах это обязательно должно наличествовать. Но вот характеристики вентилятора весьма заурядные — размеры 50x50x10 мм, мощность 9 CFM. Не в укор будет сказано, но инженерам Cooler Master не помешало бы задуматься о комплектации кулера более мощным вентилятором. Кстати, сейчас модельный ряд кулеров с теплоотводящими трубками дополнен моделью СН5-5К] 2, отличающейся более продвинутым вентилятором. Однако и его характеристики все-таки оставляют желать лучшего, Перевернув кулер, обнаруживаем — внутренняя сторона основания достаточно хорошо отшлифована и практически идеально ровная. В центре замечаем серую нашлепку (алюминиевую фольгу, покрытую тонким слоем графита, называется она graphite pad). Первое, что приходит на ум — это тепловой интерфейс. Так оно и есть на самом деле. Но. честно говоря, эффективность этой штуки в смысле теплопередачи очень уж мала. Так что перед употреблением кулера фольгу настоятельно рекомендуем удалить. И использовать термопасту лучше всего медную. За неимением таковой подойдут термопасты на основе оксида алюминия, типа MicroSi MPU 3.7. или же наши родные силиконовые (кремнийорганические), типа КПТ-8. Итак, знакомство с кулером можно считать состоявшимся. Приступим к инсталляции.
235
Часть девятая. Использование компьютера
Установка кулера Кулер CH5-5KI1 оказывается не менее удобным, чем TTC-D2T. За исключением одного казуса. Хотя еще как посмотреть — казус это, или же дополнительное удобство. Крепеж простой и в то же время элегантно удобный. Однако, размещен он в кулере именно так, как это необходимо для правильной установки кулера на материнских платах с процессорным разъемом Socket370. Если же вы попробуете установить кулер в сокет на переходнике Socket370/Slotl, то вентилятор окажется снизу и будет вплотную примыкать к материнской плате. На самом деле проблема решается очень просто. Крепеж легко достается из кулера. Вынимаем его, поворачиваем на 180 градусов, вставляем обратно. И все. Теперь кулер можно нормально установить и на переходнике Socket370/Slotl. И еще. Благодаря специфическому расположению вентилятора (как бы сбоку кулера) и собственным малым размерам, СН5-5К11 не блокирует первый разъем DIMM, будучи установленным в переходник Socket370/Slotl. Это все-таки плюс для тех продвинутых пользователей, кто не желает ограничиваться малым (не по обычным меркам, конечно) объемом памяти, Хороший кулер практически во всех отношениях. Благодаря применению медных теплоотводящих трубок, эффективность кулера СН5-5К11 находится на очень приличном уровне. Кулер очень хорошо справляется с задачей охлаждения FC-PGA процессоров, работающих на частоте вплоть до 1 ГТц. К недостаткам же следует отнести довольно слабый вентилятор, а также повышенный уровень шума.
Глава 5: Блок питания Что же собственно это такое — ACPI? В переводе на человеческий язык, означает Advanced Configuration and Power Interface. Или, говоря по-русски, «интерфейс расширенного конфигурирования и управления питанием». Его задача обеспечить взаимодействие между операционной системой, аппаратным обеспечением и BIOS системной платы, Большинство материнских плат, даже вышедших на базе таких относительно новых чипсетов как VIA Apollo МУРЗ или Intel 440BX, не поддерживают расширенное управление энергопотреблением ACPI, несмотря на то, что по идее. ACPI-совместимым считается еще аж 430ТХ, а сам ACPI был анонсирован еще в апреле 1996 года. Его использование начинается только сегодня, по мере того, как для вышедших недавно материнских плат создаются новые версии BIOS, частично поддерживающие ACPI. BIOS системной платы, операционная система и приложения бьются друг с другом за контроль над аппаратным обеспечением компьютера. Но любое внешнее относительно материнской платы оборудование не участвует в процессе управления энергопотреблением — когда вы добавите в систему встроенный модем, сможет ли он как-то при установке высказать BIOS свои пожелания? И куда его пошлет BIOS? Имеющееся управление энергопотреблением в основном ограничено материнской платой и отличается крайней тупостью. Ну, например, Windows скидывает на винт своп-файл. Даже идиоту должно быть ясно, что винт в этот момент
236
Часть девятая. Использование компьютера активен, этот факт можно даже не проверять. A BIOS системной платы все равно проверяет. Необходимость выключать или перезагружать компьютер при добавлении новых устройств. Кое-где уже наметился прогресс (USB, например), но все равно, до полной горячей замены еще далеко. Ну и, наконец, приложения не заботятся об экономии потребляемой компьютером энергии, да и работают не ахти. Выдерните из включенного компьютера видеокарту — наверняка ведь Word зависнет. Итак, основная задача ACPI — способность разумно включагь и выключать PC и подключенную к нему периферию. Причем, помимо принтеров, сетевых карт, дисководов CD-ROM, могут быть и такие, пока еще экзотические устройства, как телевизор, видеомагнитофон, музыкальный пентр. И конечно речь идет об умной активации PC. Так, чтобы видеоплейер при установке в него кассеты смог разбудить PC, который включил бы телевизор. Однако на данный момент ACPI может интересовать среднего пользователя только как теоретическая архитектура. Куда интереснее основанная на нем технология OnNow, уже сегодня могущая предоставить кое-какие вполне осязаемые приятности. Ее цели: убрать задержки при включении и выключении компьютера, позволить обслуживающим приложениям, таким как дефрагментация диска или проверка на вирусы выполняться в то время, когда компьютер выключен, и вообще, улучшить обшую картину энергопотребления PC. Как же все-таки это все работает? Сточки зрения ACPI, всего имеется 4 состояния PC: GO — обычное, рабочее состояние: •
Gl — suspend, спящий режим;
•
G2 — soft-off, режим, когда питание отключено, но блок питания находится под напряжением, и машина готова включиться в любой момент;
•
G3 — mechanical off— питание отключено напрочь.
Инициатива OnNow заключается в расширении состояния G1. Вместо простого засыпания, реализованного непонятно как, вводятся 4 режима: •
SI: (standby 1) останавливаются тактовые генераторы CPU и всей системы, но при этом состояние памяти остается неизменным. Выход из S1 осуществляется мгновенно.
•
S2: (standby 2) также останавливаются тактовые генераторы CPU и всей системы, но к тому же отключается питание кэша и CPU, a данные, хранившиеся там. сбрасываются в основную память. Включение также происходит достаточно быстро. S3: (suspend-to-memory) по замыслу, именно этот режим должен был быть OnNow, но по воле разработчиков пока так не получилось. Должны обесточиваться все компоненты системы, кроме памяти, в которой сохраняются необходимые данные о состоянии CPU и кэша. Включение с восстановлением
237
Часть девятая. Использование компьютера предыдущего состояния PC действительно происходит Now, то есть практически сразу. •
S4: (suspend-to-disk) то, что реализовано в каком-то виде сейчас. Все компоненты системы обесточиваются, а данные о состоянии процессора и содержимое кэша и памяти записываются и специально отведенное место на жестком диске. При этом пробуждение может занимать значительное время.
Режим S3 (настоящий OnNow) не может быть реализован из-за того, что существующие системные платы не имеют схем разделенного питания компонентов. Поэтому, до выхода следующего поколения материнок OnNow в полном объеме реализован быть не может. Пока же, путем модификации BIOS, можно добиться только некой эмуляции — S4. Первой же материнской платой, которая будет иметь раздельные схемы питания для своих узлов и будет, таким образом, поддерживать режим S3 станет ASUS P2B-E — модификация давно известной системной платы Р2В от Asustek. Кроме возможности suspend-to-memory, кстати, Р2В-Е будет иметь 5 слотов PCI, Но вернемся к нашим баранам. Спецификацию OnNow разрабатывала небезызвестная вам фирма Microsoft. Угадайте с трех попыток, кто по этой спецификации должен стагь управляющим центром компьютера по всем этим вопросам? Первые два ответа можно не считать, правильно — Windows. Итак, дополнительно к быстрому включению и экономии электроэнергии подразумеваются следующие плюсы OnNow: •
Автоматическое скачивание файлов из Internet и выполнение системных задач. Так, Internet'oBCKoe приложение может быть настроено для того, чтобы в 3 ночи включить компьютер, просмотреть несколько сайтов, и скачать вновь появившиеся файлы. Естественно, если оно поддерживает API OnNow. To же самое относится к таким программам, как антивирусы, резервное копирование, Scandisk. наконец.
•
Сохранение сетевых соединений. Так, при выключении компьютера, или даже при его «засыпании», сетевое соединение рвется, файлы закрываются. При возникновении подобной ситуации, приложение, написанное с учетом OnNow, автоматом выполнит автосохранение используемых файлов на локальном диске и после включения компьютера и восстановления соединения, без криков позволит пользователю продолжить работу,
•
Обработка специфических событий. Так, факс-модем способен находиться в состоянии приема 24 часа в сутки, независимо от того, включен компьютер или нет. Если он выключен, при входящем звонке модем его включит и запустит нужную программу.
В общем, полагаем, тенденцию вы уловили. Компьютер, постоянно находящийся наготове. Обидно, однако, что пока с практическим использованием ACPI очень дела обстоят неважно. Возьмем самое яркое видимое и единственное на данный мо238
Часть девятая. Использование компьютера мент проявление ACPI в Windows 98 — Hibernate (по-русски — зимняя спячка). Проще говоря, это то самое хваленое сбрасывание данных из оперативной и видеопамяти на винт, с последующим быстрым восстановлением при включении компьютера. Таким образом, у нас получается аналог спящего режима, когда к вашим услугам предоставлены всегда запущенные приложения, но с нулевым потреблением энергии. Таквот, после появления в вашем компьютере версии BIOS, поддерживающей ACPI и некоторых м а н и п у л я ц и й с установкой Windows 98, у вас действительно в Control Panel/Power Management появится пара вожделенных пунктов в закладке Hibernate и соответствующий пункт в закладке Advanced, не говоря уже о не так хорошо заметных проявлениях в списке системных устройств, Как вам нравятся такие устройства, как ACPI System Button или Composite Power Source? Но для появления всего этого после псрепрошивки BIOS недостаточно просто переустановить Windows. Поддержка ACPI — опциональная, поэтому при инсталляции надо запустить SETUP с к л ю ч а м и /Р J или же поправить реестр, добавив в ветке HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\Microsoft\Windows\Current Version\Detect новую DWORD-переменную ACPIOption, установленную в 1. Однако, небольшое но. Ох уж это но, всегда оно появляется. Как обычно, новая технология отказывается работать в Windows сразу и без ошибок. Эта печальная практика затронула и OnNow. В Windows фактически он не работает. До выхода Service Pack 1 все О1раничится этими красивыми, но, к сожалению, бесполезными картинками. Сегодня в Windows не работают ни Hibernate, ни вообще, какие либо функции управления питанием через ACPI. Весь контроль над ними берет на себя АРМ. Взять тот же Composite Power Source (по-русски говоря, блок питания в корпусе): при входе в спящий режим через ACPI он лолжен выключаться, а при входе через АРМ (сегодня) — не выключается. Улавливаете разницу в уровне контроля над железом? В Hibernate все отягощается еще и файловой системой. Hibernate не работаете FAT32. Только с FAT 16. Кроме этого, для работы необходимы поддерживающие OnNow драйвера видеокарты. Пока их только делает ATI. Но и этого еще недостаточно. Многие из существующих CD ROM и SCSI-контроллеров с Hibernate также работать не могут. Остается надеяться, что к выходу SP1 Microsoft удастся справиться с этими проблемами. А производителям комплектующих написать драйверы, позволяющие их продуктам корректно работать с ACPI. Уж больно не хочется видеть окно, возникающее на экране при попытке уйти в Suspend Mode. Когда разговор заходит о достоинствах того или иного компьютера, то в первую очередь обсуждаются возможности его процессора. Я могу в два счета доказать, что самым главным элементом является не что иное как блок питания. Действительно, сравните производительность компьютеров с разными процессорами, например, Intel и AMD, в одинаковой конфигурации — без блоков питания! Более того, если процессор в результате неправильной эксплуатации попросту тихо сгорает, то блок питания может причинить неудобства, ус троив пользователю небольшой электрический стул. Но даже если дело не доходит до таких крайностей, блок питания способен на множество мелких пакостей. И вот что интересно: любой человек четко осознает пользу правильного
239
Часть девятая. Использование компьютера питания лично для себя. Однако при покупке компьютера он первым делом выбирает хороший процессор, а на корпусе — и, соответственно, на блоке питания — предпочитает сэкономить. Давайте заглянем под к р ы ш к у блока питания компьютера и посмотрим, чего стоит подобная «экономия». Требуется от блока питания совсем немногое. Вопервых, он должен вырабатывать стабилизированные напряжения нужного номинала, во-вторых, обеспечивать надежную защиту от высокого напряжения сети 220 В. Но далеко не всякий блок питания соответствует этим нехитрым требованиям. Современный блок питания компьютера — сложное многокаскадное устройство, в котором стабилизированное напряжение вырабатывается после ряда преобразований. Автогенератор при некачественном исполнении может сам служить источником помех, а стабилизаторы сейчас выполняются исключительно по импульсной схеме. Выходное напряжение источника питания называют постоянным условно. Оно скорее «пляшущее» в заданных пределах вокруг номинального значения. При таком построении схемы существует множество дополнительных источников импульсных помех. Именно так устроены все современные блоки питания компьютеров. Чем же тогда один блок может отличаться от лругого? Давайте не будем углубляться в теорию, а с помощью осциллографа посмотрим, что творится на выходе различных блоков питания. Что касается защиты от высокого напряжения, то в основном это задача трансформатора. Однако должен заметить, что трансформатор не висит в воздухе сам по себе. Таким образом, электробезопасность зависит именно от блока питания в целом, а наша жизнь от его производителя.
Стабильность и форма напряжения Если измеренное тестером напряжение не соответствует номинальному значению, то это означает не недостаток блока, а то, что данный конкретный блок неисправен. В этом случае обсуждать нечего. Зато имеет смысл поговорить о форме выходного напряжения. В исправном блоке напряжение действительно периодически изменяется в определенных пределах (хотя это и не обязательно). Это связано с особенностями функционирования импульсных блоков питания. В частности, мы сняли осциллограммы выходного напряжения блока питания, производитель которого пожелал остаться неизвестным, так называемым «noname», и весьма приличного блока фирмы Enlight. В блоке питания неизвестного производителя форма выходного напряжения при минимальной нагрузке соответствует «классическим» представлениям о форме напряжения на выходе импульсного блока питания. В то же время на выходе блока питания Enlight н и к а к и х пульсаций практически не наблюдалось. Несмотря на то, что блок Enlight явно предпочтительней своего безродного собрата, напряжение блока «noname» все же не выходит за рамки допустимого, так что нельзя утверждать, что этот блок «плохой». Тем не менее обратите внимание на короткие выбросы напряжения. Хотя эти выбросы не превышают допустимых значений, они свидетельствуют о недостаточно хорошо продуманных при разработке блока режимах работы его элементов. В ряде случаев плохо подобранные режимы могут сыграть с компьютером злую шутку.
240
Часть девятая. Использование компьютера При увеличении нагрузки пульсации на выходе блока питания «попа те» почти не изменяются по величине (это очень хорошо его характеризует), хотя несколько изменяются по форме (что несущественно). Однако предательские выбросы напряжения при этом имеюг явную склонность к увеличению. В блоке питания Enlight выходное напряжение также приобрело классические пульсации, но меньшей амплитуды и без выбросов напряжения. Таким образом, по результатам проведенного эксперимента можно констатировать, что оба блока питания, несмотря на я в н ы е различия, соответствуют предъявляемым к ним требованиям. В большинстве случаев пользователь не заметит разницы. Но при определенных нагрузках (то есть, для конфигурации некоторых конкретных компьютеров) плохо отлаженные режимы работы элементов блока питания могут спровоцировать самовозбуждение отдельных каскадов, что приведет к резкому изменению формы выходного напряжения. В частности, при определенных нагрузках блок питания «nonarne» вместо постоянного напряжения начал выдавать на системную плату перепады. Пилообразное выходное напряжение промолулировано высокочастотным, а выбросы напряжения, на которые мы обращали внимание выше, стали просто огромными. Отдельные выбросы явно выходят за границы экрана. При такой форме напряжения питания сбой в работе компьютера — лишь вопрос времени. Именно в этом нередко и кроется причина того, что компьютер работает неустойчиво при полностью исправных деталях и временами «виснет» по необъяснимым причинам. Очень немногие пользователи сумеют предположить связь между отказами машины в самый неподходящий момент и некачественным блоком питания. В бессильной злобе измученный владелец такого компьютера меняет вес комплектующие по очереди, вспоминая недобрым словом «этих коммерсантов», а в конце концов приходит к убеждению, что во всем виноват Е>илл Гейтс и его Windows.
Динамические характеристики Если бы последствия предательского поведения некачественных блоков питания этим и ограничивались, то, возможно, не стоило бы вообще поднимать эту тему. Ноестьеше и плохие динамические характеристики. Мы не стал и сооружать специального стенда для их измерения, а проверили реакцию блоков питания на изменение нагрузки в реальных условиях. Для этого мы запустили Checklt в режиме тестирования жесткого диска, так как в этом режиме происходит периодическое перемещение головок диска. Оказалось, что для нашего бедного блока питания «noname», в отличие от Enlight, перемещение головок — уже очень заметное изменение нагрузки. Конечно, эти изменения напряжения не так уж велики, и, пока продолжается работа с жестким диском, сбои маловероятны даже для блока «noname». Но в современных компьютерах при отсутствии активности пользователя диски «засыпают». Представьте себе, как «пляшет» напряжение питания в момент, когда вы после длительного перерыва обратились к диску, чтобы сохранить результаты работы, и диски начали «просыпаться*, При этом от пользователя компьютера с некачественным блоком питания нередко можно услышать все, что он думает... опять-таки о Билле Гейтсе.
241
Часть девятая. Использование компьютера
Чего мы не ждем от блоков питания Наверное, для многих неожиданностью окажется и все высказанное нами выше. Но меньше всего можно предположить, что в таком ответственном приборе, как блок питания, забудут припаять какую-нибудь деталь. А такое встречается довольно часто, и в большинстве случаев виной тому даже не рассеянность девочки-монтажницы. На блок-схеме выше не случайно был показан фильтр импульсных помех как один из важных элементов блока питания. Он служит для предотвращения проникновения помех, возникающих в импульсном блоке питания, в сеть 220 В. Если такого фильтра нет или его параметры не отвечают определенным требованиям, то блок питания не пройдет сертификацию в соответствующих органах и не может продаваться. Но мы-то с вами реалисты и понимаем, что для рынка «не может продаваться» вовсе не означает «не продается». Какой-нибудь эгоист может необдуманно заявить: мол, помехи, которые дает мой блок питания, мне самому не мешают, а кому мешают, тот пусть сам и думает. Таким эгоистам я отвечу: фильтр не разбирает, откуда и куда поступают помехи. Он борется со всеми. В том числе и с теми, которые поступают на ваш компьютер от приборов других эгоистов. А эти помехи могут быть значительными по величине. В частности, мы взяли пусковое реле от старого холодильника и запустили его в режиме непрерывного включения-выключения. Включили эту- конструкцию в розетку (причем даже не в ту непосредственно, в которую включен компьютер) и посмотрели на осциллографе форму выходного напряжения блока гитания без фильтра импульсных помех. Можно убедиться, что у компьютера совершенно не осталось оснований для хорошего самочувствия. Однако в глазах владельца виновником неизбежного сбоя останется не бабушкин холодильник, а все тот же Билл Гейтс.
...И чего мы можем дождаться Рассуждения о технике безопасности часто не принимаются всерьез. Компьютеры в современном мире встречаются на каждом шагу и при этом почти никого и почти никогда не бьют током. Но ведь не бьют до поры до времени! Когда кому-то что-то недодают, это всегда неприятно. Но вдвойне неприятно, когда от отсутствия мелкой детали может зависеть жизнь или здоровье людей. Вопросы электробезопасности очень жестко регламентированы как международными, так и действующими стандартами ГОСТ. Каждый пункт этих документов оплачен чьей-то жизнью. Тем не менее ради копеечной экономии некоторые производители блоков питания не моргнув глазом идут на прямые нарушения международных стандартов. Для правильного выполнения заземления обязательно необходим болт. клемма заземления должна быть привинчена гайкой с пружинной шайбой. Вид самореза, ввинченного безо всяких шайб в непонятную «фитюльку», способен вызвать только сочувствие к тому, кому был продан весь-блок. Обиднее всего то, что этот недостаток можно легко обнаружить, если снять крышку блока питания. Но обычно его продают опломбированным и грозят лишить гарантии, если покупатель окажется слишком л ю б о п ы т н ы м и захочет заглянуть под эту крышку.
242
Часть девятая. Использование компьютера Поскольку мы затронули вопрос, как подсоединяется к корпусу защитное заземление, то резонно затронуть и вопрос, а как же выполнить это самое заземление. Итак, несколько самых насущных рекомендаций: •
Относитесь к дилетантским советам критически.
•
Не используйте в качестве заземления батарею отопления и другие подобные предметы. Никогда не используйте нулевой провод в качестве защитного заземления.
•
Не прокладывайте локапьную сеть коаксиальным кабелем (где такая сеть уже работает, пусть работает, но новые рабочие места подключайте витой парой).
Глава 6: Если Plug & Play работает не так как надо П р и ч и н о й этому может быть много факторов. Вот несколько советов, которые, возможно, вам помогут. Если устройство не найдено Если Windows не нашло ваше устройство, проверьте, является ли это устройство Plug& Play, возможно это не Р&Р устройство. Например, сканеры не распознаются windows, драйвера для них нужно устанавливать самостоятельно. Нажмите Win+Pause Break, выберите вкладку «Устройства» и проверьте, присутствует ли там ваше устройство. Оно не обязательно будет в том разделе, к которому относится, скорее оно будет в категории «Другие обнаруженные устройства». Если устройство там присутствует, то в его свойствах нужно щелкнуть на кнопку «Обновить драйвер» и указать или выбрать путь к драйверам. Если вы перед этим установили драйвер этого устройства самостоятельно, то, возможно вы увидите несколько названий вашего устройства в одной категории. Необходимо их все удалить, но перезагрузиться только после удаления последнего, (оно должно появиться вновь, но уже в единственном экземпляре) и повторить вышеуказанную процедуру. Если устройства во вкладках нет, установите драй вер самостоятельно, запустив инсталляцию на прилагаемом диске, или пользуясь мастером установки оборудования. После завершения установки, оно должно появиться во вкладке «Оборудование». Если при этом оно не работает нормально (на значке этого устройства стоит красный крестик), то необходимо выяснить, какие ресурсы вызывают конфликт. Как правило Windows сама выводит список конфликтующих ресурсов. Просто измените те, которые конфликтуют, выключив значок «Автоматическая настройка». Если windows сообщает, что ресурс изменять нельзя, выберите другой номер конфигурации в списке «Конфигурация». Изменяйте ресурс до тех пор, пока windows не сообщит, что конфликтов не найдено. Если у вас нет свободного прерывания (IRQ) то можно высвободить одно, заглянув в EIOS, и запретить настройку «Assign IRQ to VGA». Так же, если у вас нет встроенного модема, настройку «Modem use IRQ» нужно установить в «NA».
243
Часть девятая. Использование компьютера Если Windows не сообщает о конфликтах, но устройство тем не менее не работает Скорее всего, у вас устройство, которое требует фиксированной установки TRQ или DMA каналов. Это можно узнать только из документации. Нужно высвободить требуемые для устройства IRQ и DMA, проверив, какие уже установленные или встроенные устройства их занимают, а затем, изменить их. пока требуемый ресурс не освободится. Зайдите в BIOS. В разделе «PNP Configuration» опцию «Resource control» noст?вые в «Manual» (возможно она уже так стоит). В списке прерываний и DMA каналов, назначьте соответствующие ресурсы той шине на которой стоит ваше устройство (Например, если у вас ISA плата, без поддержки Р&Р, то необходимый ресурс нужно установить в «Legacy ISA», иначе в «PCI/ISA PNP>>. Если эти операции не решили проблем, необходимо изменить ресурсы, которые устанавливает Windows. Зачастую, это очень непростая задача (при высвобождении IRQ или DMA для одного устройства, начинают конфликтовать другие). Поэтому, лучше сначала попробовать переставить устройство в другой ISA или РС1 слот, (Если это не AGP устройство). Это так же помогает в том случае, если Windows так и норовит изменить IRQ или DM А для какого-либо устройства. После переустановки, загрузите Windows в аварийном режиме, опять зайдите в «Устройства», и удалите его из списка (его может быть несколько экземпляров). После этого перезагрузитесь вновь, уже в нормальном режиме. Если опять результат отрицательный, и требуемый ресурс не освободился, придется менять вручную. Перед этой операцией скопируйте файлы реестра (windows\ system\system.dat,user.dat) в другую директорию, если у вас в результате ваших действий ситуация ухудшится, вы всегда можете вернутся в исходное состояние, затерев существующие файлы вашими резервными, загрузившись в ДОС режиме. Во вкладке «Устройства» выберите в списке элементов «Компьютер» и нажмите «Свойства». Вы увидите как ресурсы компьютера распределены между устройствами. Найдите, какие устройства занимают нужные вам ресурсы, а затем вручную измените их на другие и перезагрузитесь. Иногда windows не позволяет изменить тот или иной ресурс, но если перезагрузиться в режиме от сбоев, то IRQ или DMA всегда доступны для изменения, правда, при этом, в нормальном режиме Windows может не загрузиться, тогда измененный ресурс нужно вернуть в исходное состояние.
Глава 7: Обслуживание жесткого диска Для того, чтобы обеспечить максимальную эффективность и надежность работы жесткого диска, следует выполнять некоторые процедуры профилактического плана. О некоторых из них несколько слов ниже.
Каталоги Чтобы не засорять жесткий диск колоссачьным количеством перепутанных между собой файлов, следует широко пользоваться каталогами. Так, неплохой
244
Часть девятая. Использование компьютера идеей является создание каталога операционной системы с помошью команды MD DOS и копирования в него содержимого системных дискет. Другой полезный каталог может содержать основные утилиты и иметь имя UTILS. Конечно, пакеты должны находиться каждый в своем каталоге, что очень облегчает работу и улучшает организацию диска. Корневой каталог не должен содержать ничего другого, кроме двух системных файлов и файлов COMMAND. С ОМ, AUTOEXEC.BAT и CONFIG.SYS, то есть того, что необходимо для загрузки. Кроме того, там могут находиться файлы, которые нельзя располагать в других каталогах (например, драйвер COUNTRY. SYS).
Парковка жесткого диска А более точно — парковка головок жесткого диска — это перемещение головок накопителя за пределы дискового пространства, в котором записываются данные, в так называемую safe landing zone (дословно — зону мягкой посадки). В этой зоне головки не вызовут повреждений, если по каким-либо причинам соприкоснутся с поверхностью. Обычно эта зона находится в месте расположении самых близких к центру диска дорожек, отделенных от дорожек, на которые записывается информация. Производить парковку головок требуется перед перемещением компьютера, так как при этом возможны толчки и весьма вероятно механическое повреждение поверхности диска. Это связано с тем. что в выключенном винчестере головки покоятся на поверхности лиска. Однако, есть и другие причины, побуждающие паровать головки перед каждым выключением питания, даже если компьютер не будет переноситься с места на место. Исследования фирмы Gibson Research, проводившиеся при усовершенствовании утилиты SpinRite, показали, что всплеск электрического тока, возникающий при включении питания, пройдя через усилитель, работающий с головкой, преобразуется в магнитный импульс, могущий пагубно повлиять на данные. Кроме того, эта фирма обнаружила, что после месячного использования головки намагничиваются и. в результате, якорь шагового двигателя дергается при подаче питающего напряжения. Далее, при выключенном питании головки опускаются на рабочую поверхность диска, поэтому при включении питания (до того, как диск раскрутится до скорости, достаточной для того, чтобы головки «плыли» над диском) незапакованная головка может повредить поверхность диска. Многие современные накопители на жестких дисках, особенно те, что используют для соединения головок с электронными компонентами гибкий ленточный кабель, паруют головки при в ы к л ю ч е н и и питания автоматически. Менее совершенные накопители на жестких дисках паркуются пользователем с помощью специальной утилиты.
Оптимизация жесткого диска В результате того, что многие файлы при активной работе с диском разбиваются на несколько частей, лежащих в разных частях диска, эффективность работы с диском снижается. Чтобы повысить скорость работы, нужно объединить эти несвязанные части в единую логическую цепь. Кроме того, если все файлы пе-
245
Часть девятая. Использование компьютера рсднинутьк началу диска, можно подучить дополнительный выигрыш в производительности. Для этого используют программы оптимизаторов диска. Наиболее известны две их них: COMPRESS n:i пакета PC Tools и Speed Disk из пакета Norton Utilites Advanced Edition. Обе они обеспечивают вполне приемлемую оптимизацию, а последняя версия COMPRESS позволяет управлять расположением файлов на диске. Однако, наиболее совершенным оптимизатором считается FastTrax фирмы Brigeway Publishing. Он позволяет указать точный порядок, в котором файлы должны быть расположены на диске. Кроме того, можно собрать вместе файлы, принадлежащие одному каталогу и указать, где должны находиться часто редактируемые файлы. Эта утилита делает операцию оптимизации диска безопасной, так как, в отличие от других оптимизаторов, записывает файл на диск, прежде чем освободить его старое место.
Безопасная работа Обезопасить диск на случай неосторожного форматирования или удаления директории можно, сохранив специальной утилитой информацию, хранящуюся в корневом каталоге, таблицу расположения файлов и загрузочную запись. Эту процедуру выполняют с помощью программ MIRROR из пакета PC Tools и FR из пакета Norton Utilites Advanced Edition. Первая просто сохраняет эту информацию в отдельном файле, который нужно хранить на гибкой дискете, чтобы иметь возможность восстановить диск утилитой REBUILD. Вторая имеет меню, позволяющее выбрать режимы сохранения и восстановления диска. Файл остается на жестком диске и ищется программой при восстановлении информации. Обычно результаты работы этой программы довольно успешны, но нужно не забывать периодически сохранять дисковую информацию, вызывая FR с опцией /SAVE,
Утилита CHKDSK Полезно периодически выполнять эту команду DOS на ваших дисках. Она позволяет найти ошибки в таблице расположения файлов и исправить их. Некоторые пакеты, если при их работе перезагрузить систему, могут оставлять в FAT сектора, помеченные как занятые, но, тем не менее не принадлежащие ни одному файлу. Конечно, они занимают на диске место, но не используются. Есть более тонкие ошибки, которые исправляются с помощью CHKDSK, но встречаются они очень редко.
И опять дефектные сектора Что поделаешь, диск, как и любое другое устройство постепенно стареет. С течением времени на нем накапливаются нечитаемые сектора, которые нужно своевременно блокировать во избежание утраты информации. Это позволяет сделать утилита DT из пакета Norton U t i l i t e s Advanced Edition. Проверяя сектора на читаемость, программа находит дефектные и отмечает их в таблице расположения файлов как недоступные для использования. Очень мощные средства дает утилита обслуживания жесткого диска SpinRite. Дополнительно к обычным режимам, она может обновлять разметку секторов и многое другое. При этом, конечно, не повреждается информация. Однако, использование сложных алгоритмов анализа привело к тому, что проверка диска идет очень долго. Но в этом нет ничего страшного — в любой мо246
Часть девятая. Использование компьютера мент работу программы можно прервать, с тем, чтобы продолжить ее выполнение с того же места позже. Ну и самое главное. Не запускайте жесткий диск вашего компьютера. Как показывает практика, стоит месяц не удалять ненужные файлы, и на диске появляется непонятное нагромождение бесполезной информации, занимающей очень многодискового пространства. Если, например, своевременно удалять резервные файлы. ВАК, в изобилии создаваемые многими пакетами, можно сохранить порядок на диске в течение длительного времени. Современный винчестер — страшно сложное электронно-механическое устройство. Громадная емкость, высочайшая скорость работы привода, сложнейшие методы записи и считывания данных... Распространяться обо всем это, наверное, не стоит. Даже школьник представляет, как это устройство работает и какое оно сложное. Правда, не всегда пользователи, как, впрочем, и сборшики компьютеров, отдают себе отчет, насколько претенциозная механика в современных винчестерах используется и как она уязвима. Оставив в стороне электронику, давайте поговорим только о механике привода. Из физических воздействий в основном угрозу для нее представляют удары, Они характеризуются, во-первых, силой, которую принято оценивать по ускорению, сопоставляя его с ускорением свободного паления g. Говорят, что сила удара, например, составила 100 g. Во-вторых, ударные воздействия бывают разной продолжительности. Кроме того, ударные нагрузки, испытываемые винчестерами, бывают повторяющимися — вибрация — и однократными. Во время работы на винчестер чаше всего воздействует вибрация, характеризующаяся не самыми большими ускорениями и продолжительностью воздействия. От нее современные диски более или менее надежно защищены. Помогает и сам принцип парения головок. Возможны, конечно, и толчки, и удары по корпусу компьютера, но, как оказалось, есть и не менее опасные случайности, Оказывается, еще при распаковке винчестера или установке в корпус ему можно п р и ч и н и т ь непоправимый вред. Серьезные ударные нагрузки винчестер испытывает при падениях с очень малой высоты на сборочный стол или в упаковочную тару. Его часто ударяют о другой винчестер или о направляющие корпуса при монтаже. Даже столкновение с отверткой не так уж легко им переносится. Эти воздействия отличаются очень короткой продолжительностью и довольно высоким ускорением. Оставаясь совершен но невредимым внешне, винчестер может оказаться серьезно поврежденным внутри. И если он после сборки машины работает вроде бы нормально, то это еще ни о чем не говорит. Внерабочем состоянии головки винчестера лежат на его дисках в специально отведенной зоне, запись данных в которой не производится. Что такое парковка головок, вы, конечно, в курсе. Но знаете ли вы, что она далеко не всегда защищает накопитель от повреждений при неосторожном обращении? Явление это получило название «шлепок головки» (head slap). При ударе пластины винчестера приходят в движение и мирно лежавшие в зоне парковки головки, снабженные гибкой аэродинамической подвеской, отрываются от поверхности дисков. Затем все снова возвращается в исходное состояние, но головки «шлепают» по пластинам. Разумеется, ударные нагрузки, о которых сейчас идет
247
Часть девятая. Использование компьютера речь, и близко не сравнимы с уларом кувалдой. Все описанное происходит на микроскопическом уровне. Однако от поверхности пластин при этом отделяются столь же микроскопические частицы, которые впоследствии и становятся причиной выхода винчестера из строя или его ненадежной работы. Аэродинамический зазор между головками и пластинами при работе чрезвычайно мал, и есть тенденция к его сокращению, что связано с ростом поверхностной плотности записи. Даже самые мелкие частички магнитного слоя, находящиеся внутри корпуса накопителя, способны физически повредигь головки или поверхность пластин. И это не единственная беда. Сегодня во всех винчестерах применяются магниторезистивные головки и каналы чтения PRML. При прохождении над н а м а г н и ч е н н ы м и участками пластин в таких головках под воздействием меняющегося магнитного поля происходит изменение сопротивления тончайшего пленочного покрытия, фиксируемое электроникой привода. На сопротивление не меньшее влияние оказывает и температура этого тонкопленочного покрытия, При столкновении с отколовшимися при шлепке частичками головка мгновенно нагревается, электроника получает искаженный сигнал. Канал чтения PRML, действующий по принципу восстановления записанного сигнала по наим е н ь ш е м у отклику, совершенно сбивается с толку и происходит ошибка чтения. Ее, конечно, удается исправить при последующем обращении, но с точки зрения надежности это, согласитесь, кошмар. И ведь со временем частиц становится все больше — при врашении пластин из них постоянно выбиваются все новые, опасность нарастает в геометрической прогрессии. Понятно, чем это может кончиться? Вот и получается, что не один пользователь несет ответственность за надежность хранения информации, даже если и получил от продавца работающий компьютер.
Как с этим бороться Первое, что приходит в голову, — застращать персонал, отправить его на курсы, выдать всем резиновые отвертки... Это наш метод, но насколько он эффективен, свидетельствует весь ход истории. Впрочем, это не только наша проблема. Существует она и в технологически процветаюшей Америке.
Глава 8: Ремонт персонального компьютера Вы убеждены, что компоненты компьютера весьма долговечны, но они могут сломаться. Как же искать неисправность? Имеются три метода локализации неисправностей или выявления сломавшегося компьютерного блока: •
аппаратный метод; программный метод;
•
упрощенный метод фирмы IBM.
248
Часть девятая. Использование компьютера
Аппаратный метод При аппаратном методе используют инструменты для измерения уровня напряжения в схемах компьютера IBM PC. Это логический щуп, логический импульсный генератор, токовый пробник, осциллограф, мультиметр, логический и сигнатурный анализаторы. Такой метод требует определенных знаний электроники и навыков работы с тестовым оборудованием.
Программный метод Программный метод широко применяется специалистами по ремонту компьютеров IBM PC. До тех пор, пока дисковод работает нормально, часто можно найти неисправность, используя диагностическое программное обеспечение. Как вам известно, ваш компьютер имеет встроенную диагностическую программу, которая проверяет машину каждый раз при включении напряжения питания. Это хорошая программа, и на нее во многом можно положиться, если она сообщает, что внутри компьютера все в порядке.
Диагностические программные средства На странные явления, происходящие в вашей компьютерной системе, смотреть бывает тяжело. При этом вы часто не можете разобраться, сами ли вызвали появление странных символов или сломатся ваш компьютер. Лучше не начинать разбирать систему на части для анализа неисправностей, пока не убедишься, что она действительно сломалась. Имеется способ, определяющий, что система работает нормально, а ошибки содержатся в программах, которые вы пытаетесь запустить. Если ошибка повторяется и системный дисковод исправен, вы можете вставить диск с диагностикой и пропустить серию программ, тестирующих состояние машины. Такие самотестируюшие программы могут дать вам уверенность на 95% или даже больше, что ваш компьютер работает нормально и что нужно проверить собственные программы. Диагностические программы могут также указать возможные дефекты до того, как они станут сложными проблемами. Например, некоторые диагностические программы сообщают, что скорость диска слишком большая, слишком маленькая или находится в диапазоне, когда чтение и запись данных выполняются без ошибок. Такая диагностика оценивает механическую работу дисководов и полезна при проведении плановых профилактических работ. Эффективность самотестирующих пакетов определяется степенью уверенности в том, что компонента, определенная как дефектная с помощью программных средств, действительно является таковой. Точность некоторых диагностических средств составляет только 60%, другие фирмы утверждают, что их тестовые пакеты обладают 85% достоверностью. Большинство микрокомпьютерных диагностических средств выявляют ошибки только на уровне плат или модульном уровне. Вот поэтому потребители R больших компаниях, которым принадлежат многие микрокомпьютеры, зависят от специалистов по ремонту данных фирм. В этом случае диагностические программы используются как улучшенный пользовательский интерфейс. Пользователь может передать результат выполнения диагностических тестов в центр обслу249
Часть девятая. Использование компьютера живания компьютеров, сократив время поиска неисправности и, следовательно, стоимость. Так же обстоит дело и с вашим компьютером. Если во время диагностического тестирования выявляется неисправность, то на экран выдается код. Это ключ для специалиста по ремонту фирмы IBM, который может использовать этот код для определения неработающего блока. К счастью, большинство микрокомпьютерных диагностических программ IBM PC могут выявить неисправность на уровне ИС (особенно неисправности в памяти). Помимо диагностических программ, поставляемых с машиной, ряд компаний предлагает свои диагностические программы для IBM PC. Эти программы тестируют основную память, системное ПЗУ, ЦП, монитор, клавиатуру, скорость работы дисковода и многие периферийные устройства. Наиболее общие диагностические программы проверяют ОЗУ и некоторые узлы ввода-вывода. Некоторые программы проверяют работу самого ЦП, но обычно выявляют лишь незначительные ошибки. Процессору трудно тестировать самого себя. Большинство диагностических программ исходят из того, что ЦП работает правильно. Некоторые диагностические тесты памяти проверяют, правильно ли устанавливаются или очищаются отдельные биты памяти, а также, что операция записи производится более чем по одному адресу за единицу времени. Основные тесты памяти определяют, могут ли тестовые данные быть правильно записаны в одну и только одну ячейку ОЗУ. Если происходит ошибка записи — то есть, записанные данные отличаются от тестовых, то на ваш экран будет выдано сообщение. Если данные записаны правильно, но одновременно в несколько различных ячеек памяти, то происходит ошибка адресации, и сообщение об этом также поступает на экран. Имеется тенденция встраивать диагностические средства в периферийное оборудование, такое как принтеры и графопостроители. Также стремятся поместить диагностику R дисплеи и дисководы. Дисководы и принтеры выполняют как электронные, так и механические функции. Электронные контроллеры этих устройств могут содержать свою собственную диагностику, и многие из них выполняют сейчас самодиагностирование в той или иной форме при включении питания. Эти тесты проверяют отсутствие дефектов в электронике. Механические компоненты гораздо менее надежны, чем электронные, поэтому периферийные устройства, содержащие механические части, имеют диагностику, регулярно проверяющую их работу. Многие ситуации связаны с участием операторов; например, «нет бумаги» или «нет ленты». Диагностика дисководов позволяет измерять такие механические параметры, как скорость и установка головки. Все «стандартные» диагностические пакеты используют одну из версий тестирования. Каждая Диагностическая программа — это ценное дополнение к вашему «набору инструментов по поиску неисправностей*, но ни одна из них не поможет вам, если ваша система не загружается или не выводит сообщения на экран.
250
Часть девятая. Использование компьютера
Упрощенный метод фирмы IBM Обычно, отработав свое, ИС перегорает. И хотя вы не всегда можете увидеть неисправность, найти ее можно без особого труда. 1. Не паникуйте. У вас есть руководство по поиску неисправностей, которое вам поможет. 2. Проанализируйте условия. Какие условия были на момент поломки? Что происходило? Какая программа выполнялась? Что было на экране дисплея? Было ли сообщение об ошибке? 3. Используйте свои органы чувств. Не было ли запаха перегревшихся деталей? Не был ли чересчур горячим какой-либо блок? 4. Попытайтесь заново. Если экран темный, проверьте регулировку яркости, шнур питания, его штепсельный разъем. Хорошо ли он вставлен в заднюю стенку компьютера? Вставлен ли другой коней шнура питания в настенную розетку? Работает ли розетка? Если что-то из перечисленного не в порядке, испраг(ьте и попытайтесь снова. Если неисправность касается внешнего дисплея или другого периферийного устройства ввода-вывода, подсоединенного к вашему компьютеру IBM PC через кабель, убедитесь, что питание отключено, отсоедините шнур питания от компьютера, а затем установите заново все соединительные кабели, которые могут быть причиной дефекта. Соединения кабелей имеют обыкновение расшатываться, если они не закреплены. После проверки соединений кабелей подсоедините шнур питания, включите питание и повторите попытку. Если диск не загружается (не считывается в дисководе), попробуйте произвести загрузку диска в другом дисководе или попытайтесь загрузить копию диска. Можно также попробовать загрузить диск в другом компьютере. Лучше всегда пользоваться копией программного диска, а не оригиналом. При таком подходе поломка дисковода не причинит вам столько огорчения, если испортится когшя, а не оригинат. Если данные на диске изменились в результате плохой работы дисковода, диск можно скопировать с оригинала после устранения неисправности дисковода. Если система все еше не работает, отсоедините все внешнее оборудование от компьютера и попробуйте поработать с одним системным блоком. В случае неисправности периферийного устройства иногда может казаться, что поломка произошла в другом месте. Если сам компьютер работает, вероятно, неисправно одно из внешних устройств или его интерфейс. 5. Документируйте работу. Опишите все, что вы видите и чувствуете. Опишите ситуацию в момент поломки и то, что происходит сейчас: •
Что выполняет ваш компьютер?
•
Что он не выполняет?
•
Что отображается на экране?
•
Есть ли сообщения об ошибке?
•
Что еше работает?
•
Есть ли индикация питания в каждом блоке системы?
251
Часть девятая. Использование компьютера 6. Предположите одну неисправность. В цифровых системах вероятность одновременно многих поломок мала. Обычно не работает одна ИС, вызывая одно или несколько проявлений. 7. Выделите неисправное устройство. Если система работает, когда отключены периферийные устройства, выключите питание и подсоедините одно из них. Включите питание и проверьте работу. Если устройство работает, отключите питание и подсоедините другое периферийное устройство. Снова включите питание и проверьте. Повторяйте эти действия до тех пор, пока не обнаружите неисправность. Большую помощь здесь могут оказать встроенные диагностические тесты. Как только зафиксирована неисправность, вы уже знаете, какое устройство или какой интерфейс неисправны. Если вы отсоединили все периферийные устройства, а ваш компьютер попрежнему не работает, попытайтесь определить, какая его часть неисправна. Опишите неполадку простыми терминами: например, дисковод В не читает диск, 8. Если на экране отображаются какие-либо коды, эти результаты самодиагностики можно использовать для нахождения неисправности. Предупревдение: Каждый раз, вскрывая компьютер, убедитесь, что питание отключено и прикоснитесь к металлической лампе или к какому-либо другому заземленному предмету, чтобы снять статическое электричество, которое может быть на вас. 9. Локализация поврежденной детали. Отключите питание от компьютера и отсоедините шнур питания. Разберите компьютер. Ш. Выделение неисправной компоненты. Тщательное выполнение указаний приведет вас к неисправной детали. Ниже даются некоторые советы для определения того, почему она не работает. Выпадение ИС При нормальной работе ИС, случается, выпадают из своих гнезд. Выпавшая ИС может стать причиной всей неисправности. Потеря ИС может стоить потери миллионов операций в секунду (единиц измерения быстродействия компьютеров).
Шум Иногда неисправность вызвана шумом. Не акустическим, а электрическим, такого же рода, который вызывает «потрескивание» в радиоприемнике. Шумы в компьютерной системе могут вызвать потерю данных, неправильную запись или вывод информации на экран. Чтобы избежать шумовых помех, содержите кабели в чистоте и подальше от шнуров питания, особенно, когда они образуют петли, Мерцающие ошибки Рано или поздно вы столкнетесь со случайно возникающими ошибками, называемыми мерцающими. Они могут быть весьма неприятными. В отличие от серьезной (постоянной) ошибки, мерцающая возникает случайно или только в отдельных случаях (обычно, когда вы меньше всего ее ждете), К мерцающим ошибкам трудно применять стандартные методы поиска неисправностей. Поскольку мерцающие ошибки могут быть вызваны ударом, вибрацией или изменением температуры, то именно такие условия можно использовать для
252
Часть девятая. Использование компьютера поиска ошибок, а иногда даже их исправления. Ниже даются некоторые полезные советы относительно мерцающих ошибок: Предупреждение: Следующие действия выполняются с открытым и работающим компьютером. Будьте осторожны и не закоротите какие-либо разъемы или контакты. Пользуйтесь только неметаллическими или деревянными инструментами при исследовании детали внутри действующего компьютера. а. Проверьте, прочистите и произведите подгонку контактов всех соединительных плат и кабельных разъемов. б. Слегка постучите по определенным деталям на подозрительной плате неметаллической палочкой или отверткой. в. Нагрейте подозрительный участок с помощью инфракрасной лампы или фена для сушки волос. Не допустите перегрева при этом. г. Распылите специальную охлаждающую аэрозоль на подозрительную деталь. Компоненту, время от времени выходящую из строя, иногда можно обнаружить с помощью этого приема, которым пользуются мастера по ремонту. Некоторые компании продают баллончики с сжатой охлаждающим аэрозолем, у которых есть длинный металлический шланг для точного нанесения аэрозоли на подозрительную ИС. Охлаждая деталь в работающем компьютере, вы сможете обнаружить ИС. находящиеся на грани полного выхода из строя. Система работает некоторое время, пока ИС не перегреется снова и не начнутся неполадки. д. После локализации участка с повреждением, убедитесь, что питание отключено и при хорошем освещении с помощью лупы займитесь поиском мелких трещин в проводниках и паяных контактах.
Извлечение ИС из гнезда Потребуется немного потренироваться, чтобы научиться вытаскивать ИС из гнезда, так, чтобы она не подпрыгивала высоко в воздух, вонзаясь прямо в ваш большой или указательный палеи всеми двумя рядами своих выводов, похожих на зубы. К счастью, есть два инструмента, которые помогут облегчить дело. Это крошечная отвертка или «твикер» и экстрактор ИС. Экстрактор предназначен для облегчения вытаскивания ИС, и им рекомендуется пользоваться. Просуньте твикер под ИС, чтобы сдвинуть ее, и завершите извлечение с помощью экстрактора. Это предохранит твикер от соскальзывания, а экстрактор от нечаянного захвата гнезда и выдергивания его вместе с ИС.
Замена ИС в гнезде Извлечение ИС из гнезда — это только часть процесса ремонта. Замена ИС в гнездах может представляться легким делом, но существует несколько ловушек, о которых вы должны знать. Хрупкие выводы ИС легко гнутся и не нужно больших усилий, чтобы сломать их совсем. Вот как нужно выполнять замену: а. Сориентируйте положение вывода 1 ИС, (отмеченного точкой или выемкой), по положению вывода 1 гнезда. (Обратите внимание на то, как установлены другие ИС вокруг гнезда.)
253
Часть девятая. Использование компьютера б. Поместите ИС над гнездом, совместив один ряд выводов с соответствующими отверстиями гнезда. в. Удерживая ИС слегка под углом, осторожно надавите, чуть согнув при этом выводы того ряда ИС, который уже совмещен с отверстиями в гнезде, при этом другой ряд выводов легко займет свое положение в гнезде. г. Мягко нажмите сверху на ИС, чтобы полностью закрепить ее в гнезде. Будьте осторожны, чтобы не сильно согнуть при этом плату. При необходимости, поддерживайте генплату второй рукой, когда вы вставляете ИС на место. При замене ИС очень легко наделать ошибок. Вот некоторые типичные ошибки, которых следует остерегаться: •
Убедитесь, что вы не вставили ИС задом-наперед. Выемка или точка, отмечающая вывод 1 ИС, должны помочь вам правильно установить ИС и совместить первые контакты ИС и гнезда.
•
Не сместите И С над гнездом на один вывод.
•
Не давите на ИС так. чтобы один из ее выводов высовывался из гнезда или замялся под ИС.
Впаянные ИС Извлечение и установка ИС, впаянных в генплату, дело сложное и требует большего, чем беглое знакомство с техникой паяния. Дальнейшее описание процесса тестирования и ремонта предназначено для тех, кто имеет опыт по запаиванию и перепаиванию многослойных печатных плат. В противном случае смиритесь и отнесите вашу машину тому, кто обладает знаниями, опытом и оборудованием, чтобы успешно произвести данный тип ремонта. Если ИС, подлежащая замене, впаяна в генплату, то сами ли вы будете это делать или обратитесь к мастеру по ремонту, нужно всегда заменять на ИС с гнездом. Впаяйте гнездо и вставьте новую ИС в гнездо. Это намного облегчит замену ИС в следующий раз.
Проверка После каждого ремонта проверьте правильность работы системы. В некоторых случаях установка хорошей ИС устраняет неисправность. После каждой замены соберите систему, чтобы можно было включить питание и прогестировать произведенный ремонт. Такой метод позволяет с большой вероятностью выявить неисправность. 12. Тестирование и проверка. Это важный этап. Мы должны знать, что в системе все сейчас в порядке. После загрузки и тестирования с использованием копии вашего программного диска с операционной системой DOS запустите на выполнение ту же самую программу, которая была в машине на момент поломки. Было бы полезно регистрировать произведенный ремонт в книге записей для того, чтобы вести историю ремонтных работ на машине.
254
Часть девятая. Использование компьютера
Если компьютер все еще не работает Если этапы поиска неисправностей по методу IBM-Easy не решили проблему, то у вас есть две возможности: отнести машину в центр обслуживания или закупить (или позаимствовать) оборудование для тестирования, открыть электрические схемы и пуститься на поиски вышедшей из строя или плохо работающей детали. Попробуйте метод трассировки сигналов логическим пробником или зажимом. Используйте осциллограф и цифровой вольтметр для тестирования дискретных компонент, таких как транзисторы, конденсаторы и резисторы. Подключите логический анализатор или сигнатурный анализатор к системе и пройдитесь по схемам. Проделайте тесты напряжения и сопротивления для выявления дефектного участка.
Меры предосторожности во время поиска неисправностей и ремонта Поскольку вы имеете дело с устройствами, которые используют или работают от электрического питания, вы должны соблюдать некоторые меры предосторожности, чтобы не нанести повреждений самому себе или системе IBM PC, 1. Не вскрывайте корпус дисплейного монитора. Напряжения внутри монитора ил и телевизора представляют опасность для жизни, и только подготовленные специалисты могут производить поиск и ремонт неисправностей внутри дисплея. Напряжения могут достигать 25000 Вольт, поэтому держитесь податьшс! 2. Не ищите неисправности блока питания компьютера IBM PC. Схемы блока питания преобразуют напряжение 220 Вольт из электросети в напряжение, равное 5-12 Вольт, которое используется в генплате. Это 220-вольгное напряжение может быть весьма опасным! Фирма IBM использует специальные винты для создания металлического щита вокруг блока питания. 3. Всегда отключайте питание, заземляйте себя и выдергивайте кабель. Коснитесь заземленного металлического предмета, например, настольной лампы и затем отсоедините кабель питания прежде, чем дотронуться до чего-нибудь внутри компьютера. Многие неисправности вызваны людьми, которые не соблюдают это правило. 4. Обращайтесь с дискетами аккуратно. Не пишите на наклейке диска, после того как она уже приклеена к его конверту. Не кладите диски на пыльную, грязную поверхность. Берегите дискеты и всю компьютерную систему от сигаретного пепла. Не касайтесь поверхности дискеты. Не пытайтесь проверить, насколько гибкая ваша дискета. Не кладите дискеты на или перед телевизором или цветным монитором. 5. Не допускайте включения, а затем быстрого выключения напряжения питания. Подождите от 7 до 10 секунд, чтобы дать конденсаторам в блоке питания полностью разрядиться, а схемам вернуться в устойчивое (статическое) состояние. 6. Используйте отдельные шины питания, чтобы подать питание на все блоки компьютера (кроме твердого диска). Это предохраняет от износа и обрывов в переключателе ON/OFF компьютера. Большинство шин питания также имеют встроенную защиту от перегрузок при пиковых значениях напряжения. Пиковые значения напряжения могут нанести вред компьютерной системе. (Не подклю-
255
Часть девятая. Использование компьютера чайте твердый диск к той же шине питания, если он должен включаться и раскручиваться до включения компьютера.) 7. Держите жидкости подальше от компьютера. Если вы случайно прольете содовую воду на клавиатуру, то будете поражены, насколько она станет липкой после попадания на детали внутри клавиатуры. 8. Обращайтесь с деталями осторожно. Не бросайте ИС в беспорядке — их выводы могут погнуться или ИС могут выйти из строя из-за статического электричества. Некоторые логические устройства требуют чрезвычайной осторожности, когда вы прикасаетесь к ним или берете в руки. Не бойтесь касаться ИС в компьютере. Большинство руководств по работе с ИС склонны ориентировать пользователей на чересчур безопасные зоны, что иногда больше способствует появлению ошибок, а не их предупреждению. Эти ИС могут быть выведены из строя статическими зарядами, появившимися от трения ваших ног о ковер; поэтому необходимо заземлиться вам самим, дотронувшись до металлической лампы или заземленного предмета до того, как вы прикоснетесь к ИС внутри корпуса компьютера IBM PC. Кроме того, проводящая губка предохраняет ИС от статических зарядов при хранении и транспортировке.
«Ремонтируем» BIOS Если вы испортили BIOS или прошили неправильную версию, то скорее всего, компьютер не будет грузиться, даже не подавая признаков жизни. Как восстановить поврежденный BIOS? Метод 1 (универсальный) Берем любую работающую материнскую плату, поддерживающую флэш (совершенно необязательно, чтобы она была на том же чипсете, на который рассчитан BIOS, который мы хотим записать). Можно просто найти флэш или ПЗУ от матери, аналогичной той, флэш из которой мы будем переписывать, и временно поставить его (переставив, если нужно, джампера типа флэша). Или, если есть программатор, только он не умеет писать флэш — найти ПЗУ подходящего размера и записать его. Вынимаем флэш или ПЗУ из этой матери, обвязываем его с двух концов двумя кольцами нитки (чтоб можно было его легко извлечь) и неплотно втыкаем назад в панельку. Загружаемся в «голый» ДОС, выдергиваем за эти два кольца стоящий в матери флэш или ПЗУ (все равно он нужен только при загрузке), если нужно, переставляем джампера типа флэша, и вставляем флэш, который нужно записать. Главное тут — ничего не замкнуть! Запускаем программу записи, рассчитанную на мать, на которой пишем, BIOS с которым грузились и флэш, который нужно записать (программа должна уметь переписывать флэш целиком, например, из комплекта mr-bios или азиювский pflash). Пишем, выключаем питание и вынимаем готовый флэш. Все! Метод 2 (для Award BIOS) • Извлечь PCI-видеокарту (все нижеописанное не будет работать с PCI-видео, так как для инициализации PCI необходим BIOS) •
Установить старую ISA-видеокарту и подключить монитор Вставить загрузочную дискету в дисковод А:
256
Часть девятая. Использование компьютера • •
Включить компьютер Компьютер заработает благодаря Award Boot Block
•
Вставить предварительно созданную дискету с прошивальщиком и правильным BIOS
•
Перспрошить BIOS
•
Персзагрузиться
•
Выключить компьютер и поменять видеокарту обратно
•
Все — теперь можно работать
Метод 3 (для интеловских матерей) • Установить Flash Recovery jumper в положение recovery mode (к сожалению, такую возможность имеют не все платы) • • •
Вставить загрузочную bootable upgrade дискету, которой комплектуется каждая интеловская плата, в дисковод А: Перезагрузиться Во время этой процедуры экран будет оставаться темным, так как в непрошиваемой boot block area не содержатся функции работы с видео. Эта процедура может контролироваться только пищанием спикера и миганием лампочки дисковода. Когда компьютер пискнет и лампочка дисковода загорится, можно считать, что система копирует необходимые данные во Flash ROM. Как только лампочка дисковода погаснет, прошивка закончится. Теперь выключите компьютер, верните Flash Recovery jumper в положение по умолчанию, выньте дискету из дисковода и включите компьютер.
PROM, EPROM и EEPROM PROM (programmable read-only memory — программируемая память только для чтения) — это чип памяти, данные в который могут быть записаны только однажды. То, что записано в PROM, не вырубишь топором (хранится в нем всегда), В отличии от основной памяти, PROM содержит данные даже когда компьютер выключен. Отличие PROM от ROM (read-only memory — память только для чтения) в том, что PROM изначально производятся чистыми, в тот время как в ROM данные заносятся в процессе производства. А для записи данных в чипы PROM, применяются специальные устройства, называемые программаторами. EPROM (erasable programmable read-only memory — стираемая программируемая память только для чтения) — специальный тип PROM, который может очищаться с использованием ультрафиолетовых лучей. После стирания, EPROM может быть перепрограммирована. EEPROM — по сути похожа на PROM, но для стирания требует электрических сигналов. EEPROM (electrically erasable programmable read-only memoiy электрически стираемая программируемая память только для чтения) — специальный тип PROM, который может быть очищен электрическим разрядом.
257 9-410
Часть девятая. Использование компьютера Подобно другим типам PROM, EEPROM содержит данные и при выключенном питании компьютера. Аналогично всем другим типам ROM, EEPROM работает не быстрее RAM. Специальный тип EEPROM, называемый Flash memory или Flash EEPROM, может быть перезаписан без применения дополнительных устройств типа программатора, находясь в компьютере.
Сброс установок BIOS по умолчанию Так как не все материнские платы оборудованы джампером для сброса установок BIOS или этот джампер может быть недоступен, то существует метод очистки BIOS из DOS, при помощи команды debug. Загрузившись в DOS (не в DOSbox под Windows!) необходимо набрать: •
Метод! (Award и AMI BIOS): DEBUG -О 70 17-О 71 17 Q
•
Метод 2 (Phoenix BIOS): DEBUG -О 70 FF -О 71 17 Q.
Как подобрать пароль на BIOS Если забыт пароль на Setup, можно воспользоваться различными программами для снятия пароля или одним из заводских паролей. Заводские пассворды для A W A R D BIOS следующие: /\WARD_SW •
ТТРТНА
•
aPAf
HLT •
• •
•
Ikwpetcr
KDD J262
ZBAAACA J322
•
ZAAADA
•
Syxz
•
%шестъ пробелов/и
•
Wodj %девять пробелов^
•
ZJAAADC
•
01322222
•
j256 ?award
Один из этих паролей должен подойти. Однако в новых AWARD BIOS (версии 4.51) инженерные пароли отсутствуют. Но! Существует программка для снятия/определения установленных паролей в таких BTOS. Для AMI BIOS стандартных паролей не существует. Единственный случай: если вы только приобрели
258
Часть девятая. Использование компьютера материнскую плату, то пароль может быть A M I . Существуют программы для определения установленного на Setup пароля. Вы можете скачать через Internet эти утилиты для Award BIOS и A M I BIOS. На некоторых AMI BIOS можно сразу после включения держать нажатой клавишу Ins — при этом в CMOS-память загружаются стандартные параметры.
Как аппаратно сбросить CMOS Почти на всех современных системных платах рядом с батарейкой есть перемычка для сброса CMOS-памяти (обычно — 4 контакта, нормальное положение — 2-3, сброс— 1-2 или 3-4; иногда— 3 или 2 контакта). Выпаивать и тем более замыкать батарейку не имеет смысла — это чаще всего не приводит к успеху из-за конструкции схемы питания CMOS-памяти, а замыкание батарейки сильно сокращает срок ее службы. Если на плате нет батарейки, нужно поискать пластмассовый модуль с надписью «DALLAS» (это монолитный блок с батарейкой и микросхемой CMOS) — перемычка может быть возле него. В случае, если перемычка для очистки CMOSпамяти отсутствует, то сначала попробуйте отключить или отсоединить батарейку. При этом также рекомендуется отключить провода от блока питания, так как заряд на его конденсаторах может сохраняться и успешно поддерживать питание CMOS RAM (ей очень мало надо) более суток. Если это не помогло, то остается только замыкать соответствующие ножки у микросхемы CMOS-памяти, добиваясь ее очистки.
Аварийные сигналы, выдаваемые BIOS при загрузке DRAM refresh failure Вставьте память еще раз. Если не помогает, то это проблема с памятью. System Timer Failure Материнская плата неработоспособна. Keyboard Controller/Gate A20 Failure Вытащите и вставьте чип контроллера клавиатуры. Если не помогает, замените контроллер клавиатуры. Если и это не помогает, проверьте клавиатуру и ее кабель. Virtual Mode Exception Error Материнская плата неработоспособна. Display Memory Read/Write Failure Ошибка памяти видеоадаптера. Переинсталлируйте видеокарту и память на ней. Если не помогает, замените видеокарту. ROM BIOS Checksum Failure Ошибка в микросхеме BIOS. Попробуйте вытащить и вставить заново этот чип. Если не помогает, необходимо перепрошить его содержимое или заменить микросхему. CMOS Shutdown Register Read/Write Error Материнская плата неработоспособна.
259
Часть девятая. Использование компьютера 1 длинный 2 коротких Video failure. Переинсталлируйте видеокарту. Если не помогает, придется ее заменить. 1 длинный 3 коротких Video failure. 1 длинный POST passed. Все идет по плану. СН-2 Timer Error Не фатально. Может быть вызвано периферией. INTR#1 Error
Первый канал прерываний не прошел POST. Проверьте устройства, занимающие IRQ 0-7. INTR#2Error
Второй канал прерываний не прошел POST. Проверьте устройства, занимающие IRQ 8-15. CMOS Battery State Low Замените батарейку. CMOS Checksum Failure Контрольная сумма данных в CMOS-памяти не сходится с вычисленной ранее. Запустите Setup. CMOS Memory Size Mismatch Размер занятой CMOS-памяти не сходится с тем, что должно быть. Запустите Setup. CMOS System Optons Not Set Данные в CMOS повреждены или отсутствуют. Запустите Setup. Display Switch Not Proper Неправильно выставлен тип монитора на материнской плате. Переставьте джампер в правильное положение. Keyboard is locked... Разблокируйте клавиатуру. Keyboard Error Проблема с клавиатурой. Проверьте соответствие типа клавиатуры контроллеру. Можно попытаться отключить тестирование клавиатуры при загрузке в Setup. К/В Interface Error Проблема с подсоединением клавиатуры к материнской плате.
260
Часть девятая. Использование компьютера FDD Controller Failure BIOS не может связаться с контроллером гибких дисков. Проверьте подсоединение дисковода и его разрешенность на мультикарте. HDD Controller Failure BIOS не может связаться с контроллером жестких дисков. Проверьте подсоединение винчестера и его разрешенность на мультикарте. С: Drive Error Диск С не отвечает. Либо в Setup выставлен неправильный тип диска, либо диск не отформатирован, либо плохо подключен. С: Drive Failure Диск С находится, но не работает. Очень серьезная проблема, CMOS Time and Date Not Set Просто запустите Setup. Cache Memory Bad, do Not Enable Cache! Действительно плохой кэш, придется заменить. Хотя сначала попробуйте просто перезагрузиться. 8042 Gate-A20 Error! Линия А20 контроллера клавиатуры не работает. Замените контроллер клавиатуры (8042). Address Line Short Проблема со схемой адресации памяти. Попробуйте перезагрузиться, (выключив компьютер и подождав секунд 30). Проблема может разрешиться сама. ОМАЯ1 Error Ошибка первого канала DMA. Может быть вызвана соответствующим периферийным устройством. DMA Error Ошибка контроллера DMA. No ROM Basic Система не может загрузиться (например, невозможно найти операционную систему). Установите загрузочный диск или измените его в Setup. Diskette Boot Failure He удается загрузиться с дискеты. Invalid Boot Diskette Дискета не читается. On Board Parity Error Ошибка контроля четности. Может быть вызвана соответствующей периферией, занимающей адрес, указанный в сообшении об ошибке.
261
Часть девятая. Использование компьютера Memory Parity Error at XXXX Ошибка памяти. DMA Bus Time-out Устройство не отвечает в течении 7.8 мкс. Проблема в платах расширения. Попытайтесь найти ту плату, которая вызывает эту ошибку и замените ее. Memory mismatch, run Setup Установите в Setup параметр Memory Relocation в положение Disable. EISA CMOS Checksum Failure He сходится контрольная сумма EISA CMOS, или села батарейка. EISA CMOS Inoperational Ошибка чтения/записи в CMOS RAM. Батарейка может быть плохой. Expansion Board not ready at Slot X BIOS не может найти плату в слоте номер X. Проверьте установку платы в этом слоте. Fail-Safe Timer NMI Inoperational Ошибка таймера NMI. ID information mismatch for Slot X ID EISA-карты в слоте Х не соответствует ID, записанному в CMOS RAM. Invalid Configuration Information for Slot X Конфигурационная информация о карте в слоте X EISA некорректна. Запустите ECU. Software Port NMI Inoperational Программный порт NMI не работает. BUS Timeout NMI at Slot X Карта в слоте X NMI не отвечает. (E)nable (D)isable Expansion Board? Выберите Е для разрешения использования карты в слоте X N M I или D в противном случае. Expansion Board disabled at Slot X Плата расширения в слоте X NMI недоступна.
BIOS и Flash ROM Вы можете определить тип микросхемы ПЗУ, установленной на материнской плате. Для этого необходимо посмотреть на маркировку чипа ROM (28 или 32-контактная микросхема с наклейкой производителя BIOS), отодрав наклейку. Маркировка означает следующее (ххх означает три произвольных цифры): •
28Fxxx — 12V Flash память
•
29Сххх — 5V Flash память
262
Часть девятая. Использование компьютера •
29LVxxx — 3V Flash memory (раритет)
•
28Сххх — EEPROM, почти то же, что и Flash память
•
27Сххх — с окошком. EPROM: только для чтения, требует программатор для записи и ультрафиолетовую лампу для стиран ия
•
РН29ЕЕ010: SST ROM Чип — перепрошиваемый 29ЕЕ011: Winbond чип — 5V Flash память
•
29С010: Atmel Chip - 5V Flash память
Любые другие микросхемы, не имеющие окошка с маркировкой, не начинающейся с цифр 28 или 29, являются, скорее всего не Flash-памятью. Если же на микросхеме есть окошко — это верный признак того, что это не Flash.
Перепрошивка новых версий BIOS Существует несколько причин, по которым необходимо перепрошивать BIOS. Основная из них — Windows не всегда хорошо конфигурируется, если используются старые версии BIOS. В настоящее время используются жесткие диски объемом более 528 Мбайт. Для работы такого диска в системе необходимо поддержка LBA со стороны BIOS. Если BIOS не поддерживает LBA, то для работы с большими жесткими дисками приходится применять специальные утилиты. Применение таких утилит вызовет работу Windows в compatible mode, что отрицательно сказывается на быстродействии. Полная поддержка Plug-and-Play со стороны Windows возможна только в случае применения PnP BIOS. Это очень веская причина для перепрошивки BIOS. Кроме вышеуказанного, в новых версиях BIOS исправляются мелкие ошибки и недоработки. Новые версии могут содержать новые возможности, как то загрузка с CD ROM, SCSI перед IDE. Новые версии BIOS доступны на сайтах соответствующих производителей, Кроме этого, обычно производители материнских плат предлагают BlOS'bt для своих изделий. Обычно допускается прошивка BIOS от других плат, если на них установлен такой же чипсет и контроллер ввода-вывода. Однако такой возможностью следует пользоваться только в случае крайней необходимости, так как возможны другие несоответствия, например в количестве слотов, а прошивка неправильного BIOS может привести к тому, что материнскую плату придется выкидывать.
Глава 9: Как восстановить информацию на жестком диске Какие существуют способы восстановления ваших данных? Ответ на этот вопрос зависит от вида повреждения и типа данных, которые нужно восстановить. и еще от того, каким образом данные хранились на диске перед тем. как произошла авария. Все перечисленное выше определяет инструменты, которые потребуются для работы с диском. Хорошие средства для восстановления пострадавших данных предлагают пакеты Norton Utilitcs Advanced Edition, Mace Gold и Disk Technican Advanced, да и сама MS-DOS имеет несколько скромных средств, способных помочь нам в беде. Жесткий диск может отказать по трем основным причинам: 263
Часть девятая. Использование компьютера •
Из-за поломки аппаратной части. К ней относятся: плата контроллера дисков (диска), электроника, головки и двигатели накопителя, а также кабели, соединяющие контроллер и накопитель между собой.
•
Из-за повреждения поверхности диска — слоя кристаллов ферромагнитного материала, покрывающего диски. Эта пленка настолько тонкая, что некоторые кристаллы со временем могли выкрошиться, или же головка накопителя могла в буквальном смысле слова упасть на диск и повредить магнитный слой. Из-за того, что какая-то вызванная вами программа оказшшсь «ненормальной* и записала что-то в область, доступ к которой запрещен. Это, например, область диска, откуда начинается загрузка системы или область, содержащая таблицу расположения файлов (FAT), хранящую информацию о секторах, в которых записаны все остальные данные. Многие вирусы поступают как раз как такая «ненормальная* программа. Кроме того, возможны комбинации этих трех причин. Методы восстановления данных зависят от каждого конкретного случая, и шаги, описанные ниже, помогают в большинстве ситуаций.
Первые признаки отказа Лучший способ защиты от подобных неприятностей — своевременно реагировать на первые признаки повреждения. Прежде чем обнаружатся серьезные неисправности диска, как правило появляются характерные симптомы. Вот наиболее типичные из них: •
Отсутствие доступа к отдельному файлу, или появление в файлах посторонних символов.
•
Увеличение времени доступа к файлу. Вдобавок, при чтении и записи информации вы можете слышать звук, напоминающий фырканье насоса.
•
Иногда загрузка системы с жесткого диска не проходит до конца.
Если появился любой из этих симптомов, прежде чем предпринимать чтолибо еще, следует сделать резервную копию вашей информации. Затем запустите программу, выполняющую неразрушаюшии контроль диска, для того, чтобы найти и отметить появившиеся на нем сбойные сектора. Такая программа есть и в Norton Utilites (DT.EXE), и в Mace Gold (REMEDY.EXE), но наиболее чувствительную деликатную программу вы найдете в пакете Disk Techmcan Advanced. Программы любого из этих трех пакетов блокируют дефектные секторы и сохраняют данные, находящиеся на сомнительных секторах, перенося информацию на рабочие (по результатам проверки) секторы. Если описанный метод спасения данных не сработал — значит, вы уже наверняка понесли определенный урон. Это — одно из проявлений полного отказа диска. Ошибки данных могут проявиться в различных областях диска и, соответственно, в различных формах. С учетом важности, их можно расположить в следующем порядке: ошибки в загрузочном секторе; ошибки в таблице расположения файлов; ошибки в корневом каталоге; ошибки в области данных.
264
Часть девятая. Использование компьютера
Неполадки при загрузке (ошибки в загрузочном секторе) В случае появления каких-либо ошибок в загрузочных данных, ваш компьютер может решить, что жесткого диска нет вообще. При этом DOS выдаст сообщение «Invalid Drive Specification». Однако, у нас остается возможность без проблем загрузиться с гибкого диска, содержащего соответствующие системные файлы и загрузочную запись (boot record). При этом, чаще всего, удается прочитать каталоги на жестком диске и появляется возможность работать с находящимися на нем файлами. Первым действием после загрузки с гибкого диска должна быть попытка восстановления загрузочной области жесткого диска с помошью команды SYS операционной системы. Часто при этом появляется сообщение «No room for system of destination disk». В такой ситуации можно удалить два скрытых системных файла (MSDOS.SYS и IO.SYS) и запустить SYS вновь. Если она опять не сработает, то следует запустить программу Norton Disk Doctor, позволяющую во многих случаях быстро восстановить важные для загрузки системы файлы и вновь сделать возможной загрузку с жесткого диска. Если же после загрузки с гибкого диска вы все равно не можете получить доступ к файлам на винчестере, то имейте в виду, что в пакетах Norton и Масе есть программы, позволяющие извлечь данные с диска, даже если операционная система не признает его существования. Это. соответственно, программы NU.EXE и MUSE.EXE. В том случае, если NU или MUSE не работают, очевидно, дело в аппаратных неполадках. Выключите питание и снимите крышку с компьютера. Готово? Тогда продолжим. Отсоедините кабели, связывающие дисковые накопители и контроллер дисков. Проверьте, не погнуты ли контакты разъемов; при необходимости распрямите их. Затем тщательно соедините все вновь. Убедитесь в том, что плата контроллера установлена в слот расширения правильно (часто бывает, что неполностью вставленные и не закрепленные винтом платы со временем вываливаются из слота). Теперь включите компьютер, и проверьте жесткий диск. Если на другом компьютере есть такой же контроллер, попытайтесь использовать его с вызывающим беспокойство жестким диском. Если при этом накопитель заработает, то область поиска неисправности сужается до платы контроллера. На первый взгляд вы можете недооценить это открытие. Дело в том. что, во-первых, плату можно заменить аналогичной (или отремонтировать), а, во-вторых, это говорит о невредимости ваших данных. Нередки такие случаи: удается загрузиться с жесткого диска, свободно работать со всем, что находится на диске С: (если на вашем компьютере установлено два накопителя на жестких дисках, то даже на двух дисках— С: и D:), но отсутствует доступ к остальным логическим дискам. Причиной такой неполадки скорее всего является то. что при загрузке системы не был установлен драйвер, поддерживающий разбивку диска, отличную от стандартной (то есть, принятой в MS-DOS). Логично, что загрузив этот драйвер, вы справитесь с данной проблемой.
Ошибки в таблице расположения файлов и в корневом каталоге Если повреждены FAT, корневой каталог или область расположения данных, то вы без каких бы то ни было проблем можете загрузить компьютер с жест-
265
Часть девятая. Использование компьютера кого диска. Но если вы попытаетесь вывести на экран листинг каталога (командой DIR) или попробуете вызвать какие-то файлы, то увидите на экране непонятные символы, количество которых зависит от обширности повреждений. А иногда DOS может бодро поприветствовать вас фразой «Abort, Retry, Ignore?». Если вы имеете доступ к жесткому диску, но файлы искажены или трудно восстанавливаются, ничего не записывайте на диск! Это очень важное правило. Если вы чтонибудь скопируете или сохраните на нем, весьма вероятно, что вы тем самым уничтожите ценную информацию. Восстановить таблицу расположения файлов будет очень легко, если вы заранее позаботились о безопасности хранящейся на диске информации. Существует несколько утилит, сохраняющих информацию, содержащуюся в корневом каталоге и в таблице расположения файлов, позволяющих впоследствии восстановить ее. Наиболее известны утилиты MIRROR из пакета PC Tools и FR из пакета Norton Utilites. Например, запустив последнюю, вы можете выбрать в предложенном меню опцию «Restore Disk Information», ответить на несколько вопросов и через некоторое иремя увидеть восстановленный диск. Как показывает практика, эта программа работает почти безотказно — единственное, с чем она не справляется, это с ситуациями, когда место расположения файла с системной информацией оказывается начисто затертым (то есть, на это место было что-то записано). Конечно, чтобы иметь возможность восстановить диск описанным способом, необходимо заранее сохранить требуемую информацию. Для этого нужно запустить программу с опцией /SAVE, или выбрать соответствующий режим в меню программы. Следует помнить, что утилиты этого типа восстанавливают корневой каталог и таблицу расположения файлов в соответствии с положением, сложившемся к моменту последнего сохранения системной информации. Поэтому в результате работы такой программы можно все-таки потерять некоторое количество информации. Вероятность этого тем выше, чем реже сохраняются копии системной области диска; следовательно, нужно взять за правило хотя бы ежедневное выполнение этой необременительной процедуры.
Искаженные данные (ошибки в области данных) Значительно легче иметь дело с ошибками в области хранения данных. Утилиты Mace Gold обладают специальными средствами для восстановления файлов данных, записанных в формате dBASE, а также в форматах многих популярных текстовых процессоров. Это, соответственно, утилиты DBFIX.EXE и TEXTFIX.EXE. Программа из утилит Нортона позволяет реконструировать файлы вручную кластер за кластером, проверяя каждый из них на корректность хранящихся в нем данных. Если вытерт целый под каталог, все же есть шанс, что удастся полностью восстановить информацию, особенно если после этого на диск не успели ничего записать и если утраченные файлы хранились в последовательно расположенных кластерах. Хорошо работает утилита восстановления под каталогов в Mace Gold (UNDELITE.EXE). С пакетом Norton Utilites Advanced Edition поставляется книга «The Norton Troubleshooter». В ней шаг за шагом описаны процедуры восстановления дисков после наиболее общих аварий — таких, как повреждение загрузочного сектора, появление неверной точки входа в под каталог и засорение каталога. Внимательно прочитайте Troubleshooter или любую инструкцию, сопровождающую программу восстановления данных. Вам совершенно необходимо знать, что программа делает и как она это делает, а также совместима ли она со структурой вашего жесткого диска. Существует такое обилие разнообраз266
Часть девятая. Использование компьютера ных накопителей, восстанавливающих программ и версий DOS, что иногда между ними могут происходить конфликты, причем даже с катастрофическими результатами. Прибегать к использованию программы RESTORE (входящей в комплект операционной системы) для восстановления испорченных или искаженных данных следует только в самую последнюю очередь. RESTORE не разбираясь, записывает в «восстановленный» файл все данные, которые сможет найти в корневом каталоге. Этому процессу присуща вредная особенность переписывать другие файлы, фактически уничтожая их (особенно если речь идет о программах), поэтому стоит задуматься о том, нужно ли применять ее вообще. Во всяком случае, используйте ее только, если программы типа Norton и Масе оказались не в состоянии помочь вам. Иногда спасти исчезнувшие данные помогает программа CHKDSK, находящая кластеры диска, не принадлежащие ни одному файлу, и кластеры, которые принадлежат сразу нескольким файлам. Затем программа устраняет эту неразбериху.
Если накопитель совсем «вырубился» Если все описанные выше мероприятия закончились безрезультатно, вам остается проститься с содержимым диска и начать сначала — либо переформатировав диск, либо купив новый накопитель. Можно, конечно, попытаться найти фирму, которая физически снимет информацию с диска и отремонтирует его. Но даже специалисты могут оказаться не в состоянии восстановить ваши данные. Единственное, что может достаточно надежно оградить вас от описанных в этой главе неприятностей — это регулярное создание резервных копий диска. Ежедневное резервирование, разумеется, не доставляет особого удовольствия, но, и конце концов, ежедневная чистка ботинок тоже... Альтернативы — хуже,
Глава 10: Использование цифровых камер Постоянный обмен информацией, короткое время производства, экономия финансов, польза для окружающей среды — вот только несколько причин, которые объясняют гигантский рост интереса к цифровым фотоаппаратам. Если вы когда-либо вообще занимались фотографией, то есть, получением изображения посредством фиксирования его на фотопленке, потом ожидали, когда они будут изготовлены, затем устанавливали их в свой сканер, а потом нетерпеливо покусывали губы в ожидании результата оцифровывания ваших фотографий, то вы. бесспорно способны по достоинству оценить устройство, которое моментально преобразует изображение в цифровую форму и «запоминает» его для последующего использования. В цифровых фотоаппаратах не применяется пленка, то есть, не теряется время на обработку и не используются фотореактивы для вывода изображения на печать. Если вы фотографируете на природе и видите, что ваше изображение получается плохого качества, то просто нажимаете кнопку удаления. Большинство цифровых фотоаппаратов, используемых в студийной работе, имеют функцию предварительного просмотра кадра непосредственно на экране компьютера. Это дает возможность изменять освещение или перегруппировывать композиционные элементы до тех пор, пока вы не добьетесь желаемого результата. А на самом деле, кому необходимы цифровые фотокамеры? Навряд ли можно предположить, что заурядному российскому туристу, отправляющемуся 267
Часть девятая. Использование компьютера греть свои кости на пляжах Турции или Греции, нужно что-то подобное. Дабы запечатлеть себя, родимого, на фоне экзотического сарая, вполне хватит и 50-долларовой «мыльницы». Да и компьютеры есть далеко не к каждой семье... Так что прогнозировать массовое распространение цифровой фототехники в нашей стране едва ли можно. А вот профессионалы, которые так или иначе сталкиваются с проблемой ввода фотографий в компьютер, всецело могут оценить новшества по достоинству, особенно камеры высокого (1024x768) разрешения. Если фотограф допускает промах, и снимки оказываются некачественными, то наступают проблемы. В подобной ситуации возможность мгновенного контроля качества изображения бесценна. Да и потребность приглашать квалифицированного фотографа (90% работы которого — это проявка пленок и печать фотоснимков) отпадает сама собой: с цифровой съемкой классно справляются дизайнеры, которым, вдобавок, открываются новые возможности творчества. Что касается качества изображения, изготовленного при помощи таких камер, то оно всецело приемлемо для цветной полиграфии. Мы выводим на пленки оригинал-макет с разрешением 250 dpi. Цифровые фотокамеры 1024x768 позволяют с таким разрешением публиковать снимки размером 10.4x7,8 см. Камеры 640x480 выдают картинку полиграфического качества меньшего размера — 6,5x4,8 см (но и они в некоторых случаях вполне достаточны). Безусловно, для того чтобы сделать художественный снимок на целую полосу, необходимы серьезные пленочные профессиональные аппараты и услуги соответствующих специатистов — никто и не собирается опровергать необходимость их существования. Но для среднестатистической рутинной съемки непросто придумать что-нибудь лучше «цифровиков». Между прочим, на Западе цифровые фотокамеры уже завоевали популярность среди журналистов-репортеров. Причем благодаря Internet. Это на самом деле удобно: сделал снимок, «загнал» его в ноутбук и через Сеть передал кула нужно... От момента съемки до момента получения снимка в редакции проходит от силы полчаса. Там, где необходима оперативность, на самом деле лучше использовать цифровые камеры. Еще одна область приложения цифрового фото — Web-дизайн. В силу того что практически все цифровые камеры используют Motion JPEG-компрессию и «родной» для них формат jpg весьма распространен в Internet, то проблема быстрого периодического обновления снимков на Web-сайте решается при помощи цифровой камеры очень легко. К тому же в Internet редко требуются снимки с разрешением больше 320x240, иначе посетители вашей странички будут целый час дожидаться вывода изображения на экран. Кстати, многие фирмы, торгующие такими фотоаппаратами, позиционируют их именно как устройства для владельцев Web-сайтов. В бизнес-секторе цифровые камеры уже пользуются популярностью для быстрого составления фотокатачогов продукции, рекламных проспектов Сердпем любого цифрового фотоаппарата является светочувствительная матрица CCD (Charge Coupled Device, то есть ПЗС — прибор с зарядовой связью). Как правило в камерах используется 1/3-дюймовая CCD, состоящая из элементов, преобразующих световые волны в электрические импульсы (Аналогово-цифровой преобразователь заменяет электрические заряды цифровой информацией). Количество
268
Часть девятая. Использование компьютера таких элементов колеблется от 350000 в камерах с разрешением 640x480 до 810000 и более в камерах 1024x768. Сами матрицы не являются новейшим изобретением — родившись как оборудование для физических экспериментов (в частности в физике высоких энергий), они уже давно используются в видеокамерах, Как и в обычных фотоаппаратах, качество кадра «цифровиков» во многом определяется качеством объектива. В среднем, камеры любительского уровня (и высокого, и низкого разрешения) укомплектовываются объективами с фокусным расстоянием около 5 мм. (Это примерно соответствует фокусному расстоянию 35миллиметровых объективов обычных пленочных камер) и фиксированной диафрагмой (aperture). Некоторые модели располагают объективами с переменным фокусным расстоянием (zoom), но они дороже стоят. Как правило, скорость спуска затвора (выдержка) регулируется автоматически. В общем, любительские цифровые камеры мало отличаются своими объективами от пленочных собратьев, именуемых в народе «мыльницами». Естественно, на более серьезные, полупрофессиональные аппараты ставят уже вполне приличную оптику с возможностью отключения автоматики и ручной регулировки резкости, диафрагмы и выдержки. Сами понимаете, что с помощью автоматических цифровых фотоаппаратов непрофессионального уровня, оборудованных стандартными коротко-фокусными объективами с фиксированной диафрагмой, достаточно сложно получить одинаково приличные кадры в меняющихся условиях съемки. Лучше всего эти камеры работают при ярком солнечном освещении, как и обычные «мыльницы». У большинства современных цифровых камер есть небольшие (около 2 дюймов по диагонали) жидкокристаллические дисплеи. Они выполняют две основные функции: просмотр содержимого памяти и дублирование оптического видоискателя. Кстати, наводить камеру на объект гораздо удобнее именно при помощи дисплея. Правда, последний требует достаточно много энергии, и батарейки (или аккумуляторы) быстро садятся. Практически все камеры с дисплеями имеют и довольно развитые экранные меню, при помощи которых осуществляется выбор опций работы с изображением. Отснятые снимки хранятся во флэш-памяти камеры. Наиболее заманчивыми, с точки зрения пользователя, являются аппараты со сменными Smart Mediaкартами памяти. Объем этих карт от 2,4 до 8 Мбайт (все одинакового размера), и в один спичечный коробок их влезает штук десять. В среднем на 2 Мбайт Smart Media-карту помещается 4—10 кадров с разрешением 1024x768 или 20—40 кадров с разрешением 640x480 (цифры колеблются в зависимости от степени используемой в камере компрессии). Фирма Kodak выпускает свой стандарт флэш-карт,, которые называются Kodak Picture Card. Они несколько больше по размеру, чем Smart Media, и бывают емкостью 2 и 4 Мбайт. Кодаковские карты несколько прочнее и надежнее, чем обычные, однако другие производители этот стандарт игнорируют. Большинство камер использует последовательный (СОМ) порт компьютера для передачи изображений. Процесс этот, несмотря на низкую пропускную способность порта, не занимает много времени. Ко многим камерам, помимо коммуникационных пакетов, прилагаются и TWAIN-драйверы, которые позволяют работать с фотоаппаратами из любых графических пакетов, разрешающих работу со сканерами.
269
Часть девятая. Использование компьютера Для многих фотографов и пользователей графических программ самым легким способом оценить цифровой фотоаппарат является анализ его оптической системы, так как многие цифровые фотоаппараты используют в качестве оптической основы профессиональные 35-миллиметровые фотоаппараты. Наиболее запутанным вопросом при пользовании цифровым фотоаппаратом является выяснение того, как такие цифровые технические характеристики, как глубина цвета и разрешение, влияют на качество изображения.
Понятие о глубине цвета Как и в планшетном сканере динамический диапазон полутонов, захватываемых фотоаппаратом, от самого яркого до самого темного элемента, в первую очередь определяется глубиной цвета. Невысокие по цене цифровые фотоаппараты, такие как Apple QuickTake 150. Kodak DC-40 и Model 4 от компании Dycam. способны захватывать 24 бита цвета (8 бит данных для каждого цвета RGB-диапазона). Камеры классом повыше, типа Kodak DCS 460, захватывают 36 бит, что дает более точную детализацию изображения с меньшим шумом. На самом верху классификации находится Leaf Digital Camera Black, которая производит снимки с глубиной цвета 14 бит на каждый RGB-цвет.
Понятие о разрешении Разрешение в цифровом фотоаппарате базируется на количестве горизонтальных и вертикальных элементов изображения, которое он может захватить. Как и в сканере, эти элементы изображения называются пикселами. Чем больше количество пикселов по горизонтали и вертикали, тем выше разрешение фотоаппарата и, следовательно, более четким получается изображение и более мягкими цветовые переходы. Как вы вправе ожидать, более дорогие аппараты, как правило, предполагают наилучшее разрешение. Например, Kodak DCS 460 обладает разрешением 2000x3000 пикселов. Аппарат фирмы Apple QuickTake 150, который стоит гораздо меньше, имеет самое большое разрешение — 640 на 480 пикселов. DC 40 от Kodak с разрешением 756x504 пиксела может похвастаться самым высоким разрешением среди фотоаппаратов стоимостью ниже 1000$. К сожалению, многие люди — даже знакомые с цифровой графикой, находят для себя сложным разобраться в том, каким образом размеры в пикселах превращаются в качество изображения. Для понимания этого сначала вам необходимо уяснить, что размеры в пикселах, как правило, основываются на разрешении 72 ppi (пиксела на дюйм). Вам также необходимо понимать, что уменьшение размера цифрового изображения увеличивает количество пикселов на дюйм. Таким образом, проблема разрешения, как правило, сводится к следующему вопросу: каков самый большой размер, до которого вы можете уменьшить изображение без опасности потерять его высокое качество на выходе? Для достижения наилучших результатов при выводе изображения на печать, разрешение должно быть в 1,5-2 раза больше экранной частоты (измеряется в строчках на дюйм), используемой при выводе изображения. Как только вы разберетесь в том. как глубина цвета и разрешение цифрового фотоаппарата влияют на качество вывода, то будете точно знать, нужен ли он вам. Перед тем, как вы начнете пользоваться цифровым фотоаппаратом, вы так 270
Часть девятая. Использование компьютера же должны знать, что не все модели (даже не все дорогие модели) захватына ют каждый нюанс цвета в изображении, особенно если условия освещения удовлетворительные. Это вовсе не означает, что цифровые фотоаппараты производят изображения плохого качества, которые нельзя использовать, а только говорит о том, что вам, возможно, понадобится прибегнуть к услугам таких программ редактирования изображений, как Adobe Photoshop, HSC Live Picture, Fauve Xres, Micrografx Picture Publisher или Corel PhotoPaint, или коррскционного программного обеспечения, поставляемого вместе с вашим фотоаппаратом для расширения динамического диапазона изображения, установки четкости цветокоррекции.
271
Часть десятая. Модернизация локальных сетей
Часть десятая. Модернизация локальных сетей Глава 1: Эталонная модель OSI Перемещение информации между компьютерами различных схем является чрезвычайно сложной задачей. В начале 1980 гг. Международная Организация по Стандартизации (ISO) признала необходимость в создания модели сети, которая могла бы помочь поставщикам создавать реализации взаимодействующих сетей. Эту потребность удовлетворяет эталонная модель «Взаимодействие Открытых Систем» (OSI), выпущенная в 1984 г. Эталонная модель OS1 быстро стала основной архитектурной моделью для передачи межкомпьютерных сообщений. Несмотря на то, что были разработаны другие архитектурные модели (в основном патентованные), большинство поставщиков сетей, когда им необходимо предоставить обучающую информацию пользователям поставляемых ими изделий, ссылаются на них как на изделия для сети, соответствующей эталонной модели OSI. И действительно, эта модель является самым лучшим средством, имеющемся в распоряжении тех, кто надеется изучить технологию сетей.
Иерархическая связь Эталонная модель OS1 делит проблему перемещения информации между компьютерами через среду сети на семь менее крупных, и следовательно, более легко разрешимых проблем. Каждая из этих семи проблем выбрана потому, что она относительно автономна, и следовательно, ее легче решить без чрезмерной опоры на внешнюю информацию. Каждая из семи областей проблемы решалась с помощью одного из уровней модели. Большинство устройств сети реализует все семь уровней. Однако в режиме потока информации некоторые реализации сети пропускают один или более уровней. Два самых низших уровня OSI реализуются аппаратным и программным обеспечением; остальные пять высших уровней, как правило, реализуются программным обеспечением. Справочная модель OS1 описывает, каким образом информация проделывает путь через среду сети (например, провода) от одной прикладной программы (например, программы обработки крупноформатных таблиц) до другой прикладной программы, находящейся в другом компьютере. Так как информация, которая должна быть отослана, проходит вниз через уровни системы, по мере этого продвижения она становится все меньше похожей на человеческий язык и все больше похожей на ту информацию, которую понимают компьютеры, а именно «единицы» и «нули».
272
Часть десятая. Модернизация локальных сетей
Проблемы совместимости Этатонная модель OSI не является реализацией сети. Она только определяет функции каждого уровня. В этом отношении она напоминает план для постройки корабля. Точно также, как для выполнения фактической работы по плану могут быть заключены контракты с любым количеством кораблестроительных компаний, любое число поставщиков сети могут построить протокол реализации по спецификации протокола. И если этот план не будет предельно понятным, корабли, построенные р а з л и ч н ы м и компаниями, пользующимися одним и тем же планом, пусть незначительно, но будут отличаться друг от друга, Примером самого незначительного отличия могут быть гвозди, забитые в разных местах. Чем объясняется разница в реализациях одного и того же плана корабля (или спецификации протокола)? Частично эта разница вызвана неспособностью любой спецификации учесть вес возможные детали реализации. Кроме того, разные люди, реализующие один и тот же проект, всегда интерпретируют его немного по-разному. И наконец, неизбежные ошибки реализации приводят к тому, что изделия разных реализаций отличаются исполнением. Этим объясняется то, что реализация протокола X одной компании не всегда взаимодействует с реализацией этого протокола, осуществленной другой компанией.
Уровни OSI Каждый уровень имеет заранее заданный набор функций, которые он должен выполнить для того, чтобы связъ могла состояться. Прикладной уровень Прикладной уровень — это самый близкий к пользователю уровень OSI. Он отличается от других уровней тем, что не обеспечивает услуг ни одному из других уровней OSI; однако он обеспечивает ими прикладные процессы, лежащие за пределами масштаба модели OSI. Примерами таких прикладных процессов могут служить программы обработки крупномасштабных таблиц, программы обработки слов, программы банковских терминалов. Прикладной уровень идентифицирует и устанавливает наличие предполагаемых партнеров для связи, синхронизирует совместно работающие прикладные программы, а также устанавливает соглашение по процедурам устранения ошибок и управления целостностью информации. Прикладной уровень также определяет, имеется ли в наличии достаточно ресурсов для предполагаемой связи. Представительный уровень Представительный уровень отвечает за то, чтобы информация, посылаемая из прикладного уровня одной системы, была читаемой для прикладного уровня другой системы. При необходимости представительный уровень осуществляет трансляцию между множеством форматов представления информации путем использования общего формата представления информации. Представительный уровень занят не только форматом и представлением фактических данных пользователя, но также структурами данных, которые используют программы. Поэтому кроме трансформации формата фактических данных (если она необходима), представительный уровень согласует синтаксис передачи данных для прикладного уровня.
273
Часть десятая. Модернизация локальных сетей Сеансовый уровень Как указывает его название, сеансовый уровень устанавливает, управляет и завершает сеансы взаимодействия между прикладными задачами. Сеансы состоят из диалога между двумя или более объектами представления (сеансовый уровень обеспечивает своими услугами представительный уровень). Сеансовый уровень синхронизирует диалог между объектами представительного уровня и управляет обменом информации между н и м и . В дополнение к основной регуляции диалогов (сеансов) сеансовый уровень предоставляет средства для отправки информации, класса услуг и уведомления в исключительных ситуациях о проблемах сеансового, представительного и прикладного уровней. Транспортный уровень Граница между сеансовым и транспортным уровнями может быть представлена как граница между протоколами прикладного уровня и протоколами низших уровней. В то время как прикладной, представительный и сеансовым уровни заняты прикладными вопросами, четыре низших уровня решают проблемы транспортировки данных. Транспортный уровень пытается обеспечить услуги по транспортировке данных, которые избавляют высшие слои от необходимости вникать в ее детали. В частности, заботой транспортного уровня является решение таких вопросов. как выполнение надежной транспортировки данных через объединенную сеть, Предоставляя надежные услуги, транспортный уровень обеспечивает механизмы для установки, поддержания и упорядоченного завершения действия виртуачьных каналов, систем обнаружения и устранения неисправностей транспортировки и управления информационным потоком (с целью предотвращения переполнения системы д а н н ы м и из другой системы). Сетевой уровень Сетевой уровень — это комплексный уровень, который обеспечивает возможность соединения и выбор маршрута между двумя конечными системами, подключенными к разным «подсетям», которые могут находиться в разных географических пунктах. В данном случае «подсеть» — это по сути независимый сетевой кабель (иногда называемый сегментом). Так как две конечные системы, желаюшие организовать связь, может разделять значительное географическое расстояние и множество подсетей, сетевой уровень является доменом маршрутизации. Протоколы маршрутизации выбирают оптимальные маршруты через последовательность соединенных между собой подсетей. Традиционные протоколы сетевого уровня передают информацию вдоль этих маршрутов. Канальный уровень Канальный уровень (формально называемый информационно-канальным уровнем) обеспечивает надежный транзит данных через физический канал. Выполняя эту задачу, канальный уровень решает вопросы физической адресации (в противоположность сетевой или логической адресации), топологии сети, линейной дисциплины (каким образом конечной системе использовать сетевой канал), уведомления о неисправностях, упорядоченной доставки блоков данных и управления потоком информации.
274
Часть десятая. Модернизация локальных сетей Физический уровень Физический уровень определяет электротехнические, механические, процедурные и функциональные характеристики активации, поддержания и дезактивации физического канала между конечными системами. Спецификации физического уровня определяют такие характеристики, как уровни напряжений, синхронизацию изменения напряжений, скорость передачи физической информации, максимальные расстояния передачи информации, физические соединители и другие аналогичные характеристики.
Адресация Существенным компонентом любой системы сети является определение местонахождения компьютерных систем. Существуют различные схемы адресации, используемые для этой цели, которые зависят от используемого семейства протоколов. Другими словами, адресация AppleTalk отличается от адресации TCP/IP, которая в свою очередь отличается от адресации OS1. Двумя важными типами адресов являются адреса канального уровня и адреса сетевого уровня. Адреса канального уровня (называемые также физическими или аппаратными адресами), как правило, уникальны для каждого сетевого соед и н е н и я . У большинства локальных сетей (LAN) адреса канального уровня размещены в схеме интерфейса; они назначаются той организацией, которая определяет стандарт протокола, представленный этим интерфейсом. Так как большинство компьютерных систем имеют одно физическое сетевое соединение, они имеют только один адрес канального уровня. Роутеры и другие системы, соединенные с множеством физических сетей, могут иметь множество адресов канального уровня. В отличие от адресов канального уровня, которые обычно существуют в пределах плоского адресного пространства, адреса сетевого уровня обычно иерархические. Другими словами, они похожи на почтовые адреса, которые описывают местонахождение человека, указывая страну, штат, почтовый индекс, город, улицу, адрес на этой улице и наконец, имя. Хорошим примером одноуровневой адресации является номерная система социальной безопасности США. в соответствии с которой каждый человек имеет один у н и к а л ь н ы й номер, присвоенный ему службой безопасности. Иерархические адреса делают сортировку адресов и повторный вызов более легкими путем исключения крупных блоков логически схожих адресов в процессе последовательности операций сравнения. Например, можно исключить все другие страны, если в адресе указана страна «Ирландия». Легкость сортировки и повторного вызова являются причиной того, что роутеры используют адреса сетевого уровня в качестве базиса маршрутизации. Адреса сетевого уровня различаются в зависимости от используемого семейства протоколов, однако они, как правило, используют соответствующие логические разделы для нахождения компьютерных систем в объединенной сети. Некоторые из этих логических разделов базируются на физических характеристиках сети (таких, как сегмент сети, в котором находится какая-нибудь система); другие логические разделы базируются на группировках, не имеющих физического базиса (например, «зона» AppleTalk).
275
Часть десятая. Модернизация локальных сетей
Блоки данных, пакеты и сообщения После того, как по адресам установили местоположение компьютерных систем, может быть произведен обмен информацией между двумя или более системами. В литературе по объединенным сетям наблюдается непоследовательность в наименовании логически сгруппированных блоков информации, которая перемешается между компьютерными системами, «блок данных», «пакет», «блок данных протокола». «PDU». «сегмент», «сообщение» — используются все эти и другие термины, в зависимости от прихоти тех, кто пишет спецификации протоколов. Как правило, «блок данных» (frame) обозначает блок информации, источником и пунктом назначения которого являются объекты канального уровня. Термин «пакет» (packet) обозначает блок информации, у которого источник и пункт назначения — объекты сетевого уровня. И наконец, термин «сообщение» (message) обозначает информационный блок, у которого объекты источника и места назначения находятся выше сетевого уровня. Термин «сообщение» используется также для обозначения отдельных информационных блоков низших уровней, которые имеют специальное, хорошо сформулированное назначение.
Глава 2: Основы маршрутизации В общедоступном значении слова маршрутизация означает передвижение информации от источника к пункту назначения через объединенную сеть. При этом, как правило, на пути встречается по крайней мере один узел. Маршрутизация часто противопоставляется объединению сетей с помощью моста, которое, в популярном понимании этого способа, выполняет точно такие же функции. Основное различие между ними заключается в том, что маршрутизация и объединение по мостовой схеме используют различную информацию в процессе ее перемещения от источника к месту назначения. Результатом этого является то, что маршрутизация и объединение с помощью моста выполняют СБОИ задачи разными способами; фактически, имеется несколько различных видов маршрутизации и объединения с помощью мостов.
Компоненты маршрутизации Маршрутизация включает в себя два основных компонента: определение оптимальных трактов маршрутизации и транспортировка информационных групп (обычно называемых пакетами) через объединенную сеть. Как правило, последний из этих двух компонентов называется коммутацией. Коммутация относительно проста. С другой стороны, определение маршрута может быть очень сложным процессом.
Определение маршрута Определение маршрута может базироваться на различных показателях (величинах, результирующих из алгоритмических вычислений по отдельной переменной — например, длина маршрута) или комбинациях показателей. Программные реализации алгоритмов маршрутизации высчитывают показатели маршрута для определения оптимальных маршрутов к пункту назначения. Для облегчения процесса определения маршрута, алгоритмы маршрутизации инициализируют и поддерживают таблицы маршрутизации, в которых содер-
276
Часть десятая. Модернизация локальных сетей жится маршрутная информация. Маршрутная информация изменяется в зависимости от используемого алгоритма маршрутизации. Алгоритмы маршрутизации заполняют маршрутные таблицы неким множеством информации. Ассоциации «Пункт назначения/ следующая пересылка» сообщают роутсру, что определенный пункт назначения может быть оптимально достигнут путем отправки пакета в определенный роутер, представляющий «следующую пересылку» на пути к конечному пункту назначения. При приеме поступающего пакета роутер проверяет адрес пункта назначения и пытается ассоциировать этот адрес со следующей пересылкой. Роутсры сообщаются друг с другом (и поддерживают свои маршрутные таблицы) путем передачи различных сообщений. Одним из видов таких сообщений является сообщение об «обновлении маршрутизации». Обновления маршрутизации обычно включают всю маршрутную таблицу или ее часть. Анализируя информацию об обновлении маршрутизации, поступающую ото всех роутеров, любой из них может построить детальную картину топологии сети. Другим примером сообщений, которыми обмениваются роутеры, является «объявление о состоянии канала». Объявление о состоянии каната информирует другие роутеры о состоянии каналов отправителя. Каначышя информация также может быть использована для построения полной картины топологии сети. После того, как топология сети становится понятной, роутеры могут определить оптимальные маршруты к пунктам назначения.
Коммутация Алгоритмы коммутации сравнительно просты и в основном одинаковы для большинства протоколов .маршрутизации. В большинстве случаев главная вычислительная машина определяет необходимость отправки пакета в другую главную вычислительную машину. Получив определенным способом адрес роутера, главная вычислительная машина-источник отправляет пакет, адресованный специально в физический адрес роутера (уровень MAC), однако с адресом протокола (сетевой уровень) главной вычислительной машины пункта назначения. После проверки адреса протокола пункта назначения пакета роутер определяет, знает он или нет. как передать этот пакет к следующему роутеру. Во втором случае (когда роутер не знает, как переслать пакет) пакет, как правило, игнорируется. В первом случае роутер отсылает пакет к следующей роутеру путем замены физического адреса пункта назначения на физический адрес следующего роутера и последующей передачи пакета. Следующая пересылка может быть или не быть главной вычислительной машиной окончательного пункта назначения. Если нет, то следующей пересылкой, как правило, является другой роутер, который выполняет такой же процесс п р и н я т и я решения о коммутации. По мере того, как пакет продвигается через объединенную сеть, его физический адрес меняется, однако адрес протокола остается неизменным. В изложенном выше описании рассмотрена коммутация между источником и системой конечного пункта назначения. Международная Организация по Стандартизации (ISO) разработала иерархическую терминологию, которая может быть полезной при описании этого процесса. Если пользоваться этой терминологией, то устройства сети, не обладающие способностью пересылать пакеты между подсетями, называются конечными системами (ES), в то время как устройства се-
277
Часть десятая. Модернизация локальных сетей ти, имеющие такую способность, называются промежуточными системами (IS). Промежуточные системы далее подразделяются на системы, которые могут сообщаться в пределах «доменов маршрутизации» («внутрид оме иные» IS), и системы, которые могуг сообщаться как в пределах домена маршрутизации, так и с другими доменами маршрутизации («междоменные IS»). Обычно считается, что «домен маршрутизации» — это часть объединенной сети, находящейся под обшим административным управлением и регулируемой определенным набором административных руководящих принципов. Домены маршрутизации называются также «автономными системами» (AS). Для определенных протоколов домены маршрутизации могуг быть дополнительно подразделены на «участки маршрутизации», однако для коммутации как внутри участков, так и между ними также используются внутридоменные протоколы маршрутизации.
Алгоритмы маршрутизации Алгоритмы маршрутизации можно дифференцировать, основываясь на нескольких ключевых характеристиках. Во-первых, на работу результирующего протокола маршрутизации влияют конкретные задачи, которые решает разработчик алгоритма. Во-вторых, существуют различные типы алгоритмов маршрутизации, и каждый из них по-разному влияет на сеть и ресурсы маршрутизации. И наконец, алгоритмы маршрутизации используют разнообразные показатели, которые влияют на расчет оптимальных маршрутов.
Цели разработки алгоритмов маршрутизации При разработке алгоритмов маршрутизации часто преследуют одну или несколько из перечисленных ниже целей: •
Оптимальность
•
Простота и низкие непроизводительные затраты
•
Живучесть и стабильность
•
Быстрая сходимость
•
Гибкость
Оптимальность Оптимальность, вероятно, является самой общей целью разработки. Она характеризует способность алгоритма маршрутизации выбирать «наилучший» маршрут. Наилучший маршрут зависит от показателей и от «веса» этих показателей, используемых при проведении расчета. Например, алгоритм маршрутизации мог бы использовать несколько пересылок с определенной задержкой, но при расчете «вес» задержки может быть им оценен как очень значительный. Протоколы маршрутизации должны строго определять свои алгоритмы расчета показателей. Простота и низкие непроизводительные затраты Алгоритмы маршрутизации разрабатываются как можно более простыми. Другими словами, алгоритм маршрутизации должен эффективно обеспечивать свои функциональные возможности, с минимальными затратами программного обеспечения и коэффициентом использования. Особенно важна эффективность в том случае, когда программа, реализующая алгоритм маршрутизации, должна работать в компьютере с ограниченными физическими ресурсами.
278
Часть десятая. Модернизация локальных сетей Живучесть и стабильность Алгоритмы маршрутизации должны обладать живучестью. Другими словами, они должны четко функционировать в случае неординарных или непредвиденных обстоятельств, таких как отказы аппаратуры, условия высокой нагрузки и некорректные реализации. Так как роутеры расположены в узловых точках сети, их отказ может вызвать значительные проблемы. Часто наилучшими алгоритмами маршрутизации оказываются те, которые выдержали испытание временем и доказали свою надежность в различных условиях работы сети. Быстрая сходимость Алгоритмы маршрутизации должны быстро сходиться. Сходимость — это процесс соглашения между всеми роутерами по оптимальным маршрутам. Когда какое-нибудь событие в сети приводит к тому, что маршруты или отвергаются. или становятся доступными, роутеры рассылают сообщения об обновлении маршрутизации. Сообщения об обновлении маршрутизации пронизьшают сети, стимулируя пересчет оптимальных маршрутов и, в конечном итоге, вынуждая все роутеры прийти к соглашению по этим маршрутам. Алгоритмы маршрутизации, которые сходятся медленно, могут привести к образованию петель маршрутизации или выходам из строя сети. Гибкость Алгоритмы маршрутизации должны быть также гибкими. Другими словами, алгоритмы маршрутизации должны быстро и точно адаптироваться к разнообразным обстоятельствам в сети. Например, предположим, что сегмент сети отвергнут. Многие алгоритмы маршрутизации, после того как они узнают об этой проблеме, быстро выбирают следующий наилучший путь для всех маршрутов, которые обычно используют этот сегмент. Алгоритмы маршрутизации могут быть запрограммированы таким образом, чтобы они могли адаптироваться к изменениям полосы пропускания сети, размеров очереди к роутеру, величины задержки сети и других переменных.
Типы алгоритмов Алгоритмы маршрутизации могут быть классифицированы по типам. Например, алгоритмы могут быть: • Статическими или динамическими •
Одномаршрутными или многомаршрутными
•
Одноуровневыми или иерархическими
•
С интеллектом в главной вычислительной машине или в роутерс
•
Внутридомеиными и междоменными
•
Алгоритмами состояния канала или вектора расстояний
Статические или динамические алгоритмы Статические алгоритмы маршрутизации вообще вряд ли являются алгоритмами. Распределение статических таблиц маршрутизации устанавливается администратором сети до начала маршрутизации. Оно не меняется, если только администратор сети не изменит его. Алгоритмы, использующие статические
279
Часть десятая. Модернизация локальных сетей маршруты, просты для разработки и хорошо работают в окружениях, где трафик сети относительно предсказуем, а схема сети относительно проста. Так как статические системы маршрутизации не могут реагировать на изменения в сети, они, как правило, считаются непригодными для современных крупных, постоянно изменяющихся сетей. Большинство доминирующих алгоритмов маршрутизации — динамические, Динамические алгоритмы маршрутизации подстраиваются к изменяющимся обстоятельствам сети в масштабе реального времени. Они выполняют это путем анализа поступающих сообщений об обновлении маршрутизации. Если в сообщении указывается, что имело место изменение сети, программы маршрутизации пересчитывают маршруты и рассылают новые сообщения о корректировке маршрутизации. Такие сообщения пронизывают сеть, стимулируя роутеры заново прогонять свои алгоритмы и соогветствующим образом изменять таблицы маршрутизации. Динамические алгоритмы маршрутизации могут дополнять статические маршруты там, где это уместно. Например, можно разработать «роутер последнего обращения» (то есть, роутер, в который отсылаются все неотправленные по определенному маршруту пакеты). Такой роутер выполняет роль хранилища неотправленных пакетов, гарантируя, что все сообщения будут хотя бы определенным образом обработаны. Одномаршрутные или многомаршрутные алгоритмы Некоторые сложные протоколы маршрутизации обеспечивают множество маршрутов к одному и тому же пункту назначения. Такие многомаршрутные алгоритмы делают возможной мультиплексную передачу трафика по многочисленным линиям; одномаршрутные алгоритмы не могут делать этого. Преимущества многомаршрутных алгоритмов очевидны — они могут обеспечить значительно большую пропускную способность и надежность. Одноуровневые или иерархические алгоритмы Некоторые алгоритмы маршрутизации оперируют в плоском пространстве, вто время как другие используют иерархии маршрутизации. В одноуровневой системе маршрутизации все роутеры равны по отношению друг к другу. В иерархической системе маршрутизации некоторые роутеры формируют то, что составляет основу (backbone — базу) маршрутизации. Пакеты из небазовых роутеров перемешаются к базовым роутерам и пропускаются через них до тех пор, пока не достигнут обшей области пункта назначения. Начиная с этого момента, они перемещаются от последнего базового роутера через один или несколько небазовых роутеров до конечного пункта назначения. Системы маршрутизации часто устанавливают логические группы узлов, называемых доменами, или автономными системами (AS), или областями. В иерархических системах одни роутеры какого-либо домена могут сообщаться с роутерами других доменов, в то время как другие роутеры этого домена могут поддерживать связь с роутеры только в пределах своего домена. В очень крупных сетях могут существовать дополнительные иерархические уровни. Роутеры наивысшего иерархического уровня образуют базу маршрутизации. Основным преимуществом иерархической маршрутизации является то, что она имитирует организацию большинства компаний и следовательно, очень хорошо поддерживает их схемы трафика. Большая часть сетевой связи имеет место в пределах групп небольших компаний (доменов). Внутридоменным роутерам не-
280
Часть десятая. Модернизация локальных сетей обходимо знать только о других роутерах в пределах своего домена, поэтому их алгоритмы маршрутизации могут быть упрощенными. Соответственно может быть уменьшен и трафик обновления маршрутизации, зависящий от используемого алгоритма маршрутизации. Алгоритмы с интеллектом в главной вычислительной машине или в роутере Некоторые алгоритмы маршрутизации предполагают, что конечный узел источника определяет весь маршрут. Обычно это называют маршрутизацией от источника. В системах маршрутизации от источника роутеры действуют просто как устройства хранения и пересылки пакета, без всякий раздумий отсылая его к следующей остановке. Другие алгоритмы предполагают, что главные вычислительные машины ничего не знают о маршрутах. При использовании этих алгоритмов роутеры определяют маршрут через объединенную сеть, базируясь на своих собственных расчетах. В первой системе, рассмотренной выше, интеллект маршрутизации находится в главной вычислительной машине. В системе, рассмотренной во втором случае, интеллектом маршрутизации наделены роутеры. Компромисс между маршрутизацией с интеллектом в главной вычислительной машине и маршрутизацией с интеллектом в роутере достигается путем сопоставления оптимальности маршрута с непроизводительными затратами трафика. Системы с интеллектом в главной вычислительной машине чаще выбирают наилучшие маршруты, так как они, как правило, находят все возможные маршруты к пункту назначения, прежде чем пакет будет действительно отослан. Затем они выбирают наилучший маршрут, основываясь на определении оптимальности данной конкретной системы. Однако акт определения всех маршрутов часто требует значительного трафика поиска и большого объема времени. Внутридоменные или междоменные алгоритмы Некоторые алгоритмы маршрутизации действуют только в пределах доменов; другие — как в пределах доменов, так и между ними. Природа этих двух типов алгоритмов различная. Поэтому понятно, что оптимальный алгоритм внутридоменной маршрутизации не обязательно будет оптимальным алгоритмом междоменной маршрутизации. Алгоритмы состояния канала или вектора расстояния Алгоритмы состояния канала (известные также как алгоритмы «первоочередности наикратчайшего маршрута*) направляют потоки маршрутной информации во все узлы объединенной сети. Однако каждый роутер посылает только ту часть маршрутной таблицы, которая описывает состояние его собственных каналов. Алгоритмы вектора расстояния (известные также как алгоритмы БэлманаФорда) требуют от каждого роутера посылки всей или части своей маршрутной таблицы, но только своим соседям. Алгоритмы состояния канатов фактически направляют небольшие корректировки по всем направлениям, в то время как алгоритмы вектора расстояний отсылают более крупные корректировки только в соседние роутеры. Отличаясь более быстрой сходимостью, алгоритмы состояния каналов несколько меньше склонны к образованию петель маршрутизации, чем алгоритмы лектора расстояния. С другой стороны, алгоритмы состояния канала характеризуются более сложными расчетами в сравнении с алгоритмами вектора расстояний. 281
Часть десятая. Модернизация локальных сетей требуя большей процессорной мощности и памяти, чем алгоритмы вектора расстояний. Вследствие этого, реализация и поддержка алгоритмов состояния канала может быть более дорогостоящей. Несмотря на их различия, оба типа алгоритмов хорошо функционируют при самых различных обстоятельствах.
Показатели алгоритмов (метрики) Маршрутные таблицы содержат информацию, которую используют программы коммутации: для выбора наилучшего маршрута. В алгоритмах маршрутизации используется много различных показателей. Сложные алгоритмы маршрутизации при выборе маршрута могут базироваться на множестве показателей, комбинируя их таким образом, что в результате получается один отдельный (гибридный) показатель. Ниже перечислены показатели, которые используются в алгоритмах маршрутизации: •
Длина маршрута
•
Надежность Задержка
•
Ширина полосы пропускания
•
Нагрузка
•
Стоимость связи
Длина маршрута Длина маршрута является наиболее общим показателем маршрутизации. Некоторые протоколы маршрутизации позволяют администраторам сети назначать произвольные цены на каждый канал сети. В этом случае длиной тракта является сумма расходов, связанных с каждым каналом, который был траверсирован. Другие протоколы маршрутизации определяют «количество пересылок», то есть, показатель, характеризующий число проходов, которые пакет должен совершить на пути от источника до пункта назначения через изделия объединения сетей. Надежность Надежность, в контексте алгоритмов маршрутизации, относится к надежности каждого канала сети. Некоторые канаты сети могут отказывать чаше, чем другие. Отказы одних каналов сети могут быть устранены легче или быстрее, чем отказы других каналов. При назначении оценок надежности могут быть приняты в расчет любые факторы надежности. Оценки надежности обычно назначаются канатам сети администраторами сети. Задержка Под задержкой маршрутизации обычно понимают отрезок времени, необходимый для передвижения пакета от источника до пункта назначения через объединенную сеть. Задержка зависит от многих факторов, включая полосу пропускания промежуточных каналов сети, очереди в порт каждого роутера на пути передвижения пакета, перегруженность сети на всех промежуточных каналах сети и физическое расстояние, на которое необходимо переместить пакет. Так как здесь имеет место конгломерация нескольких важных переменных, задержка является наиболее обшим и полезным показателем.
282
Часть десятая. Модернизация локальных сетей Полоса пропускания Полоса пропускания относится к имеющейся мощности трафика какоголибо канала. При прочих равных показателях, канат Ethernet 10 Mbps предпочтителен любой арендованной линии с полосой пропускания 64 Кбайт/сек. Хотя полоса пропускания является оценкой максимально достижимой пропускной способности канала, маршруты, проходящие через каналы с большей полосой пропускания, не обязательно будут лучше маршрутов, проходящих через менее быстродействующие каналы.
Глава 3: Основы объединения сетей с помощью мостов Серийное изготовление мостов началось в начале 1980 гг. В то время, когда они появились, мосты объединяли гомогенные сети, делая возможным прохождение пакетов между ними. В последнее время объединение различных сетей с помощью мостов также было определено и стандартизировано. На первый план выдвинулись несколько видов объединений с помощью мостов. В окружениях Ethernet в основном встречается «transparent bridging» (прозрачное соединение). В окружениях Token Ring в первую очередь используется «Source-route bridging» (соединение марш рут-источи и к). «Translational bridging» (трансляционное соединение) обеспечивает трансляцию между форматами и принципами передачи различных типов сред (обычно Ethernet и Token Ring), «Source-route transparent bridging» (прозрачное соединение маршрут-источник) объединяет алгоритмы прозрачного соединения и соединения маршрут-источник, что позволяет передавать сообщения в смеша иных окружениях Ethernet/ Token Ring. Уменьшающиеся цены на роутеры и введение во многие из них возможности соединять по мостовой схеме, сделанное в последнее время, значительно сократило долю рынка чистых мостов. Те мосты, которые уцелели, обладают такими характеристиками, как сложные схемы фильтрации, псевдоинтеллектуальный выбор маршрута и высокая производительность. В то время как в конце 1980 годов шли бурные дебаты о преимуществах соединения с помощью мостов в сравнении с роутерами, в настоящее время большинство пришло к выводу, что часто оба устройства необходимы в любой полной схеме объединения сетей.
Сравнение устройств для объединения сетей Устройства объединения сетей обеспечивают связь между сегментами локальных сетей (LAN). Существуют 4 основных типа устройств объединения сетей: повторители, мосты, роутеры и межсетевые интерфейсы. Эти устройства в самом общем виде могут быть дифференцированы тем уровнем «Межсоединений Открытых Систем* (OSI), на котором они устанавливают соединение между LA4. Каждое устройство обеспечивает функциональные возможности, соответствующие своему уровню, а также использует функциональные возможности всех более низких уровней.
Основы технологии объединения сетей Уровень, на котором находит применение объединение с помошью мостов (называемый канальным уровнем), контролирует поток информации, обрабаты283
Часть десятая. Модернизация локальных сетей вает ошибки передачи, обеспечивает физическую (в отличие от логической) адресацию и управляет доступом к физической среде. Мосты обеспечивают выполнение этих функций путем поддержки различных протоколов канального уровня, которые предписывают определенный поток информации, обработку ошибок, адресацию и алгоритмы доступа к носителю. В качестве примеров популярных протоколов канального уровня можно назвать Ethernet, Token Ring и FDDI. Мосты -- несложные устройства. Они анализируют поступающие фреймы, принимают решение о их продвижении, базируясь на информации, содержащейся в фрейме, и пересылает их к месту назначения. В некоторых случаях (например, при объединении «источник-маршрут») весь путь к месту назначения содержится в каждом фрейме. В других случаях (например, прозрачное объединение) фреймы продвигаются к месту назначения отдельными пересылками, по одной за раз. Основным преимуществом объединения с помощью мостов является прозрачность протоколов верхних уровней. Так как мосты оперируют на канальном уровне, от них не требуется проверки информации высших уровней. Это означает, что они могут быстро продвигать трафик, представляющий любой протокол сетевого уровня. Обычным делом для моста является продвижение Apple Talk, DECnet, TCP/IP, XNS и другого трафика между двумя и более сетями. Мосты способны фильтровать фреймы, базирующиеся на любых полях. Например, мост можно запрограммировать так, чтобы он отвергал (то есть, не пропускал) все фреймы, посылаемые из определенной сети. Так как в информацию канального уровня часто включается ссылка на протокол высшего уровня, мосты обычно фильтруют по этому параметру, Кроме того, мосты могут быть полезны, когда они имеют дело с необязательной информацией пакетов широкой рассылки. Разделяя крупные сети на автономные блоки, мосты обеспечивают ряд преимуществ. Во-первых, поскольку пересылается лишь некоторый процент трафика, мосты уменьшают трафик, проходящий через устройства всех соединенных сегментов. Во-вторых, мосты действуют как непреодолимая преграда для некоторых потенциально опасных для сети неисправностей. В-третьих, мосты позволяют осуществлять связь между большим числом устройств, чем ее можно было бы обеспечить на любой LAN, подсоединенной к мосту, если бы она была независима. В-четвертых, мосты увеличивают эффективную длину LAN, позволяя подключать еше не подсоединенные отдаленные станции.
Типы мостов Мосты можно сгруппировать в категории, базирующиеся на различных характеристиках изделий. В соответствии с одной из популярных схем классификации мосты бывают локальные и дистанционные. Локальные мосты обеспечивают прямое соединение множества сегментов LAN, находящихся на одной территории. Дистанционные мосты соединяют множество сегментов LAN на различных территориях, обычно через телекоммуникационные линии. Дистанционное мостовое соединение представляет ряд уникальных трудностей объединения сетей. Одна из них — разница между скоростями LAN и WAN (глобальная сеть). Хотя в последнее время в географически рассредоточенных объединенных сетях появилось несколько технологий быстродействующих WAN. скорости LAN часто на порядок выше скоростей WAN. Большая разница скоро284
Часть десятая. Модернизация локальных сетей стей LAN vi WAN иногда не позволяет пользователям прогонять через WAN применения LAN, чувствительные к задержкам. Дистанционные мосты не могут увеличить скорость WAN, однако они могут компенсировать несоответствия в скоростях путем использования достаточных буферных мощностей. Если какое-либо устройство LAN. способной передавать со скоростью 3 Mb/сек, намерено связаться с одним из устройств отдаленной LAN, то локальный мост должен регулировать поток информации, передаваемой со скоростью ЗМЬ/сек, чтобы не переполнить последовательный канал, который пропускает 64 Kb/сек. Это достигается путем накопления поступающей информации в расположенных на плате буферах и посылки ее через последовательный канал со скоростью, которую он может обеспечить. Это осуществимо только для коротких пакетов информации, которые не переполняют буферные мощности моста. ШЕЕ (Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике) поделил канальный уровень OS1 на два отдельных подуровня: подуровень MAC (Управление доступом к носителю) и подуровень LLC (Управление логическим каналом). MAC разрешает и оркестрирует доступ к носителю (Например, конфликтные ситуации, эстафетная передача и др.). в то время как подуровень LLC занят кадрированием, управлением потоком информации, управлением неисправностями и адресацией подуровня MAC. Некоторые мосты являются мостами подуровня MAC. Эти устройства образуют мост между гомогенными сетями (например, IEEE 802,3 и JEEE 802.3). Другие мосты могут осуществлять трансляцию между различными протоколами канального уровня (например, IEEE 802.3 и IEEE 802.5). Трансляция, осуществляемая мостом между различными типами сетей, никогда не бывает безупречной, так как всегда имеется вероятность, что одна сеть поддержит определенный фрейм, который не поддерживается другой сетью. Эту ситуацию можно считать примерно аналогичной проблеме, с которой сталкивается эскимос, пытающийся перевести на английский некоторые слова из тех 50 слов, которые обозначают «снег».
Глава 4: Основы управления сетями Как только компании поняли, что сетевая технология обеспечивает им сокрашение расходов и повышение производительности, они начали устанавливать новые и расширять уже существующие сети почти с такой же скоростью, с какой появлялись новые технологии сетей и изделия лля них. При этом стали очевидными проблемы, число которых все более увеличивалось, связанные с этим ростом, особенно у тех компаний, которые применили много разных (и несовместимых) технологий сети. Основными проблемами, связанными с увеличением сетей, я [шлются каждодневное управление работой сети и стратегическое планирование роста сети, Характерным является то, что каждая новая технология сети требует свою собственную группу экспертов для ее работы и поддержки. Стратегическое планирование роста этих сетей превратилось в какой-то кошмар. Одни только требования к числу персонала для управления крупными гетерогенными сетями привели многие организации на грань кризиса. Насущной
285
Часть десятая. Модернизация локальных сетей необходимостью стало автоматизированное управление сетями (включая то, что обычно называется «планированием возможностей сети»), интегрированное по всем различным окружениям,
Архитектура управления сети Большинство архитектур управления сети используют одну и ту же базовую структуру и набор взаимоотношений. Конечные станции (managed devices — управляемые устройства), такие как компьютерные системы и другие сетевые устройства, прогоняют программные средства, позволяющие им посылать сигналы тревоги, когда они распознают проблемы. Проблемы распознаются, когда превышен один или более порогов, заданных пользователем, Management entities (управляющие объекты) запрограммированы таким образом, что после получения этих сигналов тревоги они реагируют выполнением одного, нескольких или группы действий, включающих: • Уведомление оператора •
Регистрацию события Отключение системы
•
Автоматические попытки исправления системы
Управляющие объекты могут также опросить конечные станции, чтобы проверить некоторые переменные. Опрос может быть автоматическим или его может инициировать пользователь. На эти запросы в управляемых устройствах отвечают «агенты». Агенты — это программные модули, которые накапливают информацию об управляемом устройстве, в котором они расположены, хранят эту информацию в «базе данных управления» и предоставляют ее (проактивно или реактивно) в управляющие объекты, находящиеся в пределах «систем управления сети» {N MSs), через протокол управления сети. В число известных протоколов управления сети входят «the Simple Network Management Protocol (SPMP)» (Протокол Управления Простой Сети) и «Common Management Information Protocol (CMIP)» (Протокол Информации Общего Управления). «Management proxies» (Уполномоченные управления) — это объекты, которые обеспечивают информацию управления от имени других объектов.
Модель управления сети ISO ISO внесла большой вклад в стандартизацию сетей. Модель управления сети этой организации является основным средством для понимания главных функций систем управления сети. Эта модель состоит из 5 концептуальных областей: • Управление эффективностью •
Управление конфигурацией
•
Управление учетом использования ресурсов Управление неисправностями
•
Управление защитой данных
Управление эффективностью Цель управления эффективностью — измерение и обеспечение различных аспектов эффективности сети для того, чтобы межсетевая эффективность могла
286
Часть десятая. Модернизация локальных сетей поддерживаться на приемлемом уровне. Примерами переменных эффективности, которые могли бы быть обеспечены, являются пропускная способность сети, время реакции пользователей и коэффициент использования линии. Управление эффективностью включает несколько этапов: • Сбор информации об эффективности по тем переменным, которые представляют интерес для администраторов сети. •
Анализ информации для определения нормальных (базовая строка) уровней. Определение соответствующих порогов эффективности для каждой важной переменной таким образом, что превышение этих порогов указывает на наличие проблемы в сети, достойной внимания.
Управляемые объекты постоянно контролируют переменные эффективности. При превышении порога эффективности вырабатывается и посылается в NMS сигнал тревоги. Каждый из описанных выше этапов является частью процесса установки реактивной системы. Если эффективность становится неприемлемой вследствие превышения установленного пользователем порога, система реагирует посылкой сообщения. Управление эффективностью позволяет также использовать проактивные методы. Например, при проектировании воздействия роста сети на показатели ее эффективности можетбыть использован имитатор сети. Такие имитаторы могут эффективно предупреждать администраторов о надвигающихся проблемах для того, чтобы можно было принять контрактивные меры. Управление конфигурацией Цель управления конфигурацией — контролирование информации о сетевой и системной конфигурации для того, чтобы можно было отслеживать и управлять воздействием на работу сети различных версий аппаратных и программных элементов. Так как все аппаратные и программные элементы имеют эксплуатационные отклонения, погрешности, или то и другое вместе, которые могут влиять на работу сети, такая информация важна для поддержания гладкой работы сети. Каждое устройство сети располагает разнообразной информацией о версиях, ассоциируемых с ним. Например, АРМ проектировщика может иметь следующую конфигурацию: • Операционная система •
Интерфейс Ethernet
•
Программное обеспечение TCP/IP
•
Программное обеспечение NetWare
•
Программное обеспечение NFS Контроллер последовательных сообщений
•
Программное обеспечение Х.25
•
Программное обеспечение SNM
Чтобы обеспечить легкий доступ, подсистемы управления конфигурацией хранят эту информацию в базе данных. Когда возникает какая-нибудь проблема.
287
Часть десятая. Модернизация локальных сетей в этой базе данных может быть проведен поиск ключей, которые могли бы помочь решить эту проблему. Управление учетом использования ресурсов Цель управления учетом использования ресурсов — измерение параметров использования сети, чтобы можно было соответствующим образом регулировать ее использование индивидуальными или групповыми пользователями. Такое регулирование минимизирует число проблем в сети (так как ресурсы сети могут быть поделены исходя из возможностей источника) и максимизировать равнодоступность к сети для всех пользователей. Как и для случая управления эффективностью, первым шагом к соответствующему управлению учетом использования ресурсов является измерение коэффициента использования всех важных сетевых ресурсов. Анализ результатов дает возможность понять текущую картину использования. В этой точке могут быть установлены доли пользования. Для достижения оптимальной практики получения доступа может потребоваться определенная коррекция. Начиная с этого момента, последующие измерения использования ресурсов могут выдавать информацию о выставленных счетах, наряду с информацией, использованной для оценки наличия равнодоступности и оптимального коэффициента использования источника, Управление неисправностями Цель управления неисправностями — выявить, зафиксировать, уведомить пользователей и (в пределах возможного) автоматически устранить проблемы в сети с тем, чтобы эффективно поддерживать работу сети. Так как неисправности могут привести к простоям или недопустимой деградации сети, управление неисправностями, по всей вероятности, является наиболее широко используемым элементом модели управления сети ISO, Управление неисправностями включает в себя несколько шагов: •
Определение симптомов проблемы.
•
Изолирование проблемы,
•
Устранение проблемы.
•
Проверка устранения неисправности на всех важных подсистемах.
•
Регистрация обнаружения проблемы и ее решения.
Управление защитой данных Цель управления защитой данных — контроль доступа к сетевым ресурсам в соответствии с местными руководящими принципами, чтобы сделать невозможными саботаж сети и доступ к чувствительной информации лицам. не имеющим соответствующего разрешения. Например, одна из подсистем управления защитой данных может контролировать регистрацию пользователей ресурса сети, отказывая в доступе тем, кто вводит коды доступа, не соответствующие установленным. Подсистемы управления защитой данных работают путем разделения источников на санкционированные и несанкционированные области. Для некоторых пользователей доступ к любому источнику сети является несоответствующим. Такими пользователями, как правило, являются не члены компании. Для других пользователей сети (внутренних) несоответствующим является доступ к инфор-
288
Часть десятая. Модернизация локальных сетей мации, исходящей из какого- либо отдельного отдела. Например, доступ к файлам о людских ресурсах является несоответствующим для любых пользователей, не принадлежащих котделу управления людскими ресурсами (исключением может быть администраторский персонал). Подсистемы управления защитой данных выполняют следующие функции: Идентифицируют чувствительные ресурсы сети (включая системы, файлы и другие объекты) Определяют отображения в виде карт между чувствительными источниками сети и набором пользователей •
Контролируют точки доступа к чувствительным ресурсам сети
•
Регистрируют несоответствующий доступ к чувствительным ресурсам сети.
Глава 5: Прозрачное объединение сетей с помощью мостов Прозрачные мосты (ТВ) были впервые разработаны Digiial Equipment Corporation в начале 1980 гг. Digital представила свою работу в IEEE, который включил ее в стандарт IEEE 802.1. ТВ очень популярны в сетях Ethernet/IEEE 802.3.
Основы технологии ТВ названы так потому, что их присутствие и работа являются прозрачными для хостов сети. После подачи питания на ТВ, они узнают о топологии сети путем анализа адреса источника блоков данных, приходящих из всех других подключенных сетей. Например, если мост видит, что какой-нибудь блок данных поступил на линию 1 из Хоста А, он делает вывод, что до Хоста А можно добраться через сеть, подключенную к линии I. С помощью этого процесса ТВ строят таблицу.
рг -у—
Host address [Network number I
ET~ i 12 — .- -к[L
Мост использует свою таблицу в качестве базиса для продвижения трафика. Когда на один из интерфейсов моста принят блок данных, мост ищет адрес пункта назначения этого блока данных в своей внутренней таблице. Если таблица содержит взаимосвязь между адресом пункта назначения и любым из портов
289
Часть десятая. Модернизация локальных сетей этого моста, за исключением того, в которой был принят этот блок данных, то блок данных продвигается из указанного порта. Если не найдено никакой взаимосвязи, то блок данных отправляется лавинной адресацией во все порты, кроме порта вхождения блока данных. Широковешательные сообщения и сообщения многопунктовой адресации также отправляются лавинной адресацией таким же образом. ТВ успешно изолирует внутрисегментный трафик, тем самым сокращая трафик, видимый в каждом отдельном сегменте. Это обычно улучшает время реакции сети, видимое пользователю. Степень сокращения трафика и улучшения времени реакции зависят от объема межсегментного трафика относительно общего трафика, а также от объема широковещательного и многопунктового трафика.
Петли в сетях, объединенных с помощью мостов Без протокола взаимодействия между мостами алгоритм ТВ отказывает, когда между двумя любыми LAN объединенной сети имеется несколько трактов, включающих в себя мосты и локатьные сети. Помимо основных проблем связности, потенциально серьезной проблемой является размножение широковещательных сообщений в сетях с петлями. Топология с петлями может быть полезной, но также и потенциально вредной. Петля подразумевает существование нескольких трактов через объединенную сеть. В сети с несколькими трактами от источника до пункта назначения общая помехоустойчивость может увеличиться благодаря улучшенной топологической гибкости.
Алгоритм связующего дерева (Spanning-Tree Algoritm) (STA) Алгоритм был разработан для того, чтобы сохранить преимущества петель, устранив их проблемы. Первоначально алгоритм был документирован корпорацией Digital — основным поставщиком Ethernet. Новый апгоритм, разработанный Digital, был впоследствии пересмотрен комитетом IEEE 802 и опубликован в спецификации 1ЕЕ 802. Id в качестве алгоритма STA. STA предусматривает свободное от петель подмножество топологии сети путем размещения таких мостов, которые, если они включены, то образуют петли в резервном (блокирующем) состоянии. Порты блокирующего моста могут быть активированы в случае отказа основного канала, обеспечивая новый тракт через объединенную сеть. STA пользуются выводом из теории графов в качестве базиса для построения свободного от петель подмножества топологии сети. Теория графов утверждает следующее: Ддя любого подсоединенного графа, состоящего из узлов и ребер, соединяющих пары узлов, существует связующее дерево из ребер, которое поддерживает связность данного графа, но не содержит петель. Каким образом STA устраняет петли? STA требует, чтобы каждому мосту был назначен уникальный идентификатор. Обычно этот идентификатор является одним из азресов MAC данного моста, который дополнен приоритетом. Каждому порту во всех мостах также назначается уникальный (в пределах этого моста) идентификатор (как правило, его собственный адрес MAC). И наконец, каждый порт моста взаимосвязан с затратами какого-нибудь тракта. Затраты тракта пред-
290
Часть десятая. Модернизация локальных сетей ставляют собой затраты на передачу какого-нибудь блока данных в одну из локальных сетей через этот порт. Первым шагом при вычислении связующего дерева является выбор корневого моста (root bridge), который представляет собой мост с наименьшим значением идентификатора моста. Допустим, корневым мостом является Мост I. Далее определяется корневой порт (root port) во всех остальных мостах. Корневой порт моста — это порт, через который можно попасть в корневой мост с наименьшими комбинированными затратами тракта. Эта величина (то есть, наименьшие комбинированные затраты тракта до корневого моста) называется затратами корневого тракта (root path cost). И наконец, определяются назначенные мосты (designated bridges) и их назначенные порты (designated ports). Назначенный мост — это тот мост каждой локальной сети, который обеспечивает минимальные затраты корневого тракта. Назначенный мост локальной сети является единственным мостом, который позволяет продвигать блоки данных в ту локальную сеть (и из нее), для которой этот мост является назначенным. Назначенный порт локальной сети — это тот порт, который соединяет ее с назначенным мостом. В некоторых случаях два или более мостов могут иметь одинаковые затраты корневого тракта. Расчет связующего дерева имеет место при подаче питания на мост и во всех случаях обнаружения изменения топологии. Для расчета необходима связь между мостами связующего дерева, которая осуществляется через сообщения конфигурации (иногда называемые протокольными информационными единицами моста — bridge protocol data units, или BPDU). Сообщения конфигурации содержат информацию, идентифицирующую тот мост, который считается корневым (то есть, идентификатор корневого моста), и расстояние от моста-отправителя до корневого моста (затраты корневого тракта). Сообщения конфигурации также содержат идентификаторы моста и порта моста-отправителя, а также возраст информации, содержащейся в сообщении конфигурации. Мосты обмениваются сообщениями конфигурации через регулярные интервалы времени (обычно 1-4 сек.). Если какой-нибудь мост отказывает (вызывая изменение ь топологии), то соседние мосты вскоре обнаруживают отсутствие сообщений конфигурации и инициируют пересчет связующего дерева. Все решения, связанные с топологией ТВ, принимаются логически. Обмен сообщениями конфигурации производится между соседними мостами. Центральные полномочия или администрация управления сетевой топологией отсутствуют.
Формат блока данных (фрейма) Мосты ТВ обмениваются сообщениями конфигурации (configuration messages) и сообщениями об изменении в топологии (topology change). Мосты обмениваются сообщениями конфигурации для установления топологии сети. Сообщения об изменении топологии отправляются после обнаружения какого-нибудь изменения в топологии для указания того, что должен быть произведен повторный прогон STA. Первым полем сообщения конфигурации ТВ является поле идентификатора протокола (protocol identifier), которое содержит нулевое значение.
291
Часть десятая. Модернизация локальных сетей Вторым полем в сообщении конфигурации ТВ является поле версии (version), которое содержит нулевое значение. Третьим полем в сообщении ТВ является поле типа сообщения (message type), которое содержит нулевое значение. Четвертым полем в сообщении конфигурации ТВ является однобайтовое поле флагов (flags). Бит ТС сигнализирует об изменении в топологии. Бит ТСА устанавливается для подтверждения приема сообщения конфигурации с установленным битом ТС. Другие шесть битов этого байта не используются. Следующим полем в сообщении конфигурации ТВ является поле идентификатора корневого моста (root ID). Это 8-байтовое поле идентифицирует корневой мост путем перечисления его 2-байтового приоритета, за которым следует его 6-байтовый ID. За полем ID корневого моста идет поле затрат корневого тракта (root path cost), которое содержит затраты тракта от моста, который отправляет конфигурационное сообщение, до корневого моста. Далее идет поле идентификатора моста (bridge ID), которое идентифицирует приоритет и ID моста, отправляющего сообщение. Поле идентификатора порта (port ID) идентифицирует порт, из которого отправлено конфигурационное сообщение. Это поле позволяет обнаруживать и устранять петли, образованные несколькими подключенными мостами. Поле возраста сообщения (message age) определяет промежуток времени, прошедшего с момента отправки корневым мостом конфигурационного сообщения, на котором базируется текущее конфигурационное сообщение. Поле максимального возраста (maximum age) указывает, когда текущее конфигурационное сообщение должно быть стерто. Поле времени приветствия (hello time) обеспечивает период времени между конфигурационными сообщениями корневого моста. И наконец, поле задержки продвижения (forward delay) обеспечивает промежуток времени, в течение которого мосты должны выжидать, прежде чем перейти в новое состояние после изменения в топологии. Если переходы какого-нибудь моста происходят слишком быстро, то не все каналы сети могут оказаться готовыми для изменения их состояний, в результате чего могут появиться петли. Сообщения о топологических изменениях состоят всего из 4 байтов. Они включают в себя поле идентификатора протокола (protocol identifier), которое содержит нулевое значение, поле версии (version), которое содержит нулевое значение и поле типа сообщения (message type), которое содержит значение 128,
Глава 6: Объединение сетей с помощью мостов «Источник-Маршрут» Алгоритм Source-Route Bridging (SRB) (объединение с помощью мостов «источник-маршрут») был разработан IBM и предложен комитету IEEE 802.1 в качестве средства объединения локальных сетей с помощью мостов. После того, как комитет предпочел другой конкурирующий стандарт, сторонники SRB предложили его комитету IEEE 802.5, который впоследствии включил его в спецификацию
292
Часть десятая. Модернизация локальных сетей локальной сети IEEE 802.5/Token Ring. За первым предложением JBM последовало предложение нового стандарта объединения с помощью мостов в комитет IEEE 802: Source-Route Transparent (SRT) (Прозрачное объединение «источник-маршрут»). SRT полностью устраняет мосты «источник-маршрут» (SRB), предлагая взамен два типа мостов LAN-ТВ и SRT. Несмотря на то, что SRT получил одобрение, мосты SRB по-прежнему широко применяются в сетях.
Алгоритм SRB Свое название мосты SRB получили потому, что они предполагают размещение полного маршрута от источника до пункта назначения во всех межсетевых (LAN) блоках данных, отправляемых источником. SRB хранят и продвигают эти блоки данных в соответствии с указаниями о маршруте, содержащимися в соответствующем поле блока данных.
Формат блока данных (фрейма) Подполе типа (type) R RIF указывает на количество узлов, в которые должен быть отправлен данный блок данных: в один узел, в группу узлов, включающих в себя связующее дерево данной объединенной сети, или во все узлы. Первый тип называется «специально направленным» (specifically routed) блоком данных, второй тип — «разведчиком связующего дерева» (spanning-tree explorer), а третий тип — «разведчиком всех трактов» (all-paths explorer). Разведчик связующего дерева может быть использован в качестве транзитного механизма для блоков данных с многопунктовой адресацией. Он может быть также использован в качестве замены разведчика всех трактов в запросах об исходящих маршрутах. В этом случае пункт назначения в ответ присылает разведчика всех трактов. Подполе длины (length) обозначает общую длину RIF в байтах. Бит D указывает направление движения блока данных (прямое или обратное). Поле «самый большой» (largest) обозначает самый большой блок данных, который может быть обработан вдоль всего этого маршрута. Полей описателя маршрута (route descriptor) может быть несколько. Каждое из них содержит пару «номер кольца/номер моста», которая определяет какую-нибудь часть маршрута. Таким образом, маршруты представляют собой просто чередующиеся последовательности номеров LAN и мостов, которые начинаются и заканчиваются номерами LAN.
Глава 7: Объединение смешанных носителей с помощью мостов Прозрачные мосты (transparent bridges — ТВ) в основном встречаются в сетях Ethernet, в то время как мосты SRB встречаются почти исключительно в сетях Token Ring. Оба метода объединения сетей с помощью мостов (ТВ и SRB) популярны, поэтому естественно возникает вопрос о существовании какого-нибудь метода, который позволил бы объединить их.
293
Часть десятая. Модернизация локальных сетей
Основы технологии Трансляционное объединение с помощью мостов (Translational bridging — TLB) обеспечивает относительно недорогое решение некоторых из многочисленных проблем, связанных с объединением с помошью моста доменов ТВ и SRB. TLB впервые появился в сере дин е-конце 1980 гг., но ни одна из организаций по стандартам не стала заниматься им. В результате многие аспекты TLB предоставлены для решения тому, кто реализует его. В 1990 г. IBM устранила некоторые из недостатков TLB путем введения «Прозрачного объединения с помошью моста «источник-маршрут» (Source-Route Transparent-SRT). SRT может продвигать трафик из конечных узлов сети как с прозрачным объединением, так и с объединением «источник-маршрут», и образовывать общее связующее дерево с мостами ТВ, позволяя тем самым конечным станциям каждого типа сообщаться с конечными станциями такого же типа в сети с произвольной топологией. В конечном итоге, целью объединения доменов ТВ и SRB является возможность сообщения между конечными станциями ТВ и SRB,
Трудности трансляции Существует ряд трудностей, связанных с обеспечением связи между конечными станциями домена Ethernet/ТВ и конечными станциями домена SRB/Token Ring, которые перечислены ниже: • Несовместимый порядок организации битов. Хотя и Ethernet, и Token Ring поддерживают 48-битовые адреса MAC, внутреннее аппаратное представление этих адресов различно. Token Ring считает битом высшего порядка какого-нибудь байта первый бит, встречаемый в последовательном потоке битов, представляющим адрес. В Ethernet же, напротив, первый встреченный бит считается битом низшего порядка. •
Адреса встроенного управления доступом к носителю (MAC). В некоторых случаях адреса MAC фактически содержатся в информационной части блока данных. Например, Протокол разрешения адреса (ARP), который яатяется популярным протоколом в сетях TCP/IP, размещает аппаратные адреса в информационной части блока данных канального уровня. Преобразование адресов, которые могут находиться в информационной части блока данных или их может не быть там, является нелегкой задачей, так как они должны обрабатываться индивидуально в каждом отдельном случае.
•
Несовместимые максимальные размеры единиц передачи (MTU). Token Ring и Ethernet обеспечивают разные максимальные размеры блоков данных. MTU Ethernet равен примерно 1500 байтам, в то время как блоки данных Token Ring могут быть значительно больше. Так как мосты не могут выполнять фрагментацию и повторную сборку пакетов, то пакеты, превышающие MTU сети, должны быть отброшены.
•
Обработка операций бита состояния блока данных. Блоки данных Token Ring содержат три бита состояния блока данных; А, С и Е, 294
Часть десятая. Модернизация локальных сетей Назначение этих битов — сообщить источнику блока данных, видел ли пункт назначения этот блок данных (задан бит А), скопировал ли его (задан бит С) и (или) обнаружил ли ошибки в этом блоке данных (задан бит Е). Так как Ethernet не обеспечивает этих битов, то изготовителям моста Ethernet/Token Ring предоставлено самим решать проблему этих битов. •
Обработка эксклюзивных функций Token Ring. Некоторые биты Token Ring не имеют следствия в Ethernet. Например, Ethernet не имеет механизма приоритетов, и то время как Token Ring имеет его. В числе других битов Token Ring, которые должны быть отброшены при преобразовании блока данных Token Ring в блок данных Ethernet, бит маркера, бит монитора и бит резервирования. Обработка ТВ блоков данных разведчика. В мостах ТВ не предусмотрен механизм обработки блоков данных разведчика маршрута SRB. ТВ узнают о топологии сети путем анализа адреса источника входящих блоков данных. Они не имеют понятия о процессе поиска маршрутов SRB,
•
Обработка ТВ информации поля маршрутной информации (RIF), содержащейся в блоках данных Token Ring. Алгоритм SRB размешает маршрутную информацию в поле RIF. Алгоритм ТВ не имеет эквивалента RIF, и для ТВ чуждо понятие о размещении маршрутной информации в блоке данных.
•
Несовместимость алгоритмов связующего дерева. Как ТВ. так и SRB используют алгоритм связующего дерева для предотвращения петель, однако конкретные алгоритмы, используемые этими двумя способами объединения сетей с помощью мостов, несовместимы.
•
Обработка SRB блоков данных без маршрутной информации. Мосты SRB предполагают начичие маршрутной информации во всех блоках данных обмена между LAN. Если в мост SRB поступают блоки данных без поля RIF (в их числе конфигурационные сообщения и сообщения о топологических изменениях, а также блоки данных MAC, отправляемые из домена ТВ), они просто игнорируются.
Трансляционное объединение с помощью мостов (TLB) Поскольку порядок связи между двумя типами носителя не был по-настояшему стандартизован, нет ни одной реализации TLB, которую можно назвать точной. Ниже лается описание нескольких популярных методов реализации TLB. При трансляции между Ethernet и Token Ring протокол TLB переупорядочивает биты адреса источника и пункта назначения. Проблема встроенных адресов MAC может быть решена путем программирования моста таким образом, чтобы он проверял адреса MAC разных типов; однако это техническое решение должно адаптироваться к каждому новому типу встроенных адресов MAC. В некоторых решениях TLB просто проверяются наиболее популярные встроенные адреса MAC. Если программное обеспечение TLB работает в роутере с несколькими протоколами, то этот роутер может успешно назначать тракты для этих протоколов и полностью решить эту проблему. 295
Часть десятая. Модернизация локальных сетей Поле RIF имеет подполе, которое указывает размер самого большого блока данных, который может быть принят конкретной реализацией SRB. TLB, отправляющие блоки данных из домена ТВ в домен SRB, обычно устанавливают значение поля размера MTU равным 1500 для того, чтобы ограничить размер блоков данных Token Ring, входящих в домен ТВ. Некоторые хосты не могут точно обрабатывать это поле; в этом случае TLB вынуждены просто игнорировать те блоки данных, которые превышают размер MTU Ethernet. Биты, представляющие функции Token Ring, не имеющие следствия в Ethernet, обычно отбрасываются протоколами TLB. Например, отбрасываются биты приоритета, резервирования и монитора Token Ring. Что касается битов состояния блоков данных Token Ring, то они обрабатываются по-разному в зависимости от изготовителя TLB. Некоторые изготовители TLB просто игнорируют эти биты, Другие обеспечивают установку в мостах бита С, но не обеспечивают бит А, В первом случае узел источника Token Ring не имеет возможности установить, потерян или нет отправленный им блок данных. Сторонники этого метода считают, что механизмы надежности, такие, как отслеживание потерянных блоков данных, лучше реализовать в уровне 4 модели OSI. Защитники «метода установки бита С» утверждают, что этот бит должен быть задан для отслеживания потерянных блоков данных, но бит А не может быть установлен, так как мост не является конечным пунктом назначения. TLB могут образовывать программный мост между двумя доменами. Для конечных станций SRB мостТЬВ вы глядит как стандартный SRB, так какой имеет номер кольца и номер моста, связанного с ним. В этом случае номер кольца фактически отражает весь домен ТВ. Для домена ТВ, TLB является просто еще одним ТВ. При объединении с помощью моста доменов SRB и ТВ информация SRB удаляется. RIF обычно сохраняются в кэш для использования последующим возвратным трафиком. При объединении с помощью моста доменов ТВ и SRB, TLB может проверить блок данных, чтобы узнать, имеет ли он назначение многопунктовой адресации. Если блок данных имеет многопунктовое или широковещательное назначение, он отправляется в домен SRB в качестве разведчика связующего дерева. Если блок данных имеет однопунктовый адрес, то TLB ищет пункт назначения в кэш RIF. Если тракт найден, то он будет использован, а информация RIF включается в блок данных; в противном случае этот блок данных отправляется в качестве разведчика связующего дерева. Так как две этих реализации связующего дерева несовместимы, то, как правило, не разрешаются несколько трактов между доменами SRB и ТВ.
Прозрачное объединение с помощью мостов «Источник-Маршрут» (SRT) SRT комбинируют реализации алгоритмов ТВ и SRB. SRT используют бит индикатора маршрутной информации (routing information indicator — RII), чтобы отличать блоки данных, использующих SRB, от блоков данных, использующих ТВ. Если бит RII равен 1, то RIF присутствует в блоке данных, и данный мост использует алгоритм SRB. Если RII равен 0, то RIF отсутствует, и данный мост использует ТВ. Как и мосты TLB, мосты SRT не являются техническим решением, совершенным с точки зрения решения проблем объединения с помощью мостов сме-
296
Часть десятая. Модернизация локальных сетей шанных носителей. SRT также должны иметь дело с описанными выше несовместимостями Ethernet/Token Ring. Скорее всего, SRT потребует расширения аппаратных возможностей SRB, чтобы они могли справляться с дополнительной нагрузкой, связанной с анализом каждого пакета. Может потребоваться также программное наращивание SRB. Кроме того, в окружениях смешанных SRT, ТВ и SRB, выбранные маршруты источника должны пересекать любые доступные SRT и SRB. Результирующие тракты могут быть потенциально значительно хуже маршрутов связующего дерева, образованных мостами ТВ. И наконец, смешанные сети SRB/SRTTepflioT преимущества SRT, поэтому пользователи поймут, что они вынуждены осуществить полный переход к SRT, требующий значительных расходов, Однако SRT позволяет сосуществование двух несовместимых сред и обеспечивает связь между конечными узлами SRB и ТВ.
Глава 8: Тенденция вытеснения концентраторов и маршрутизаторов коммутаторами Транспортная система локальных сетей масштаба здания или кампуса уже достаточно давно стала включать разнообразные типы активного коммуникационного оборудования — повторители, концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы, соединенные в сложные иерархические структуры. Активное оборудование управляет циркулирующими в сети битами, кадрами и пакетами, стараясь организовать их передачу так, чтобы данные терялись как можно реже, а попадали к адресатам как можно быстрее, в соответствии с потребностями трафика работающих в сети приложений. Описанный подход стал нормой при проектировании крупных сетей и полностью вытеснил сети, построенные исключительно на основе пассивных сегментов кабеля, которыми совместно пользуются для передачи информации компьютеры сети. Преимущества сетей с иерархически соединенным активным оборудованием не раз проверены на практике и сейчас никем не оспариваются. И, если необрашать внимание на типы используемого оборудования, а рассматривать их просто как многопортовые черные ящики, то может сложиться впечатление, что никаких других изменений в теории и практике построения локальных сетей нет — предлагаются и реализуются очень похожие схемы, отличающиеся только количеством узлов и уровней иерархии коммуникационного оборудования. Однако, качественный анализ используемого оборудования говорит об 'Обратном. Изменения есть, и они существенны. За последние год-два коммутаторы стали заметно теснить друтие виды активного оборудования с казалось бы прочно завоеванных позиций. Несколько лет назад в типичной сети здания нижний уровень иерархии всегда занимали повторители и концентраторы, верхний строился с использованием маршрутизаторов, а коммутаторам отводилось место гдето посередине, на уровне сети этажа. К тому же, коммутаторов обычно было немного — их ставили только в очень загруженные сегменты сети или же для подключения сверхпроизводительных серверов. Коммутаторы стали вытеснять маршрутизаторы из центра сети на периферию, где они использовались для соединения локальной сети с глобальными.
297
Часть десятая. Модернизация локальных сетей Центральное место в сети здания занял модульный корпоративный коммутатор, который объединял на своей внутренней, как правило, очень производительной, магистрали все сети этажей и отделов. Коммутаторы потеснили маршрутизаторы потому, что их показатель «цена/производительность», рассчитанный для одного порта, оказался гораздо ниже при приближающихся к маршрутизаторам функциональным возможностям по активному воздействию на передаваемый трафик. Сегодняшние корпоративные коммутаторы умеют многое из того, что несколько лет назад казалось исключительной прерогативой маршрутизаторов: транслировать кадры разных технологий локальных сетей, например Ethernet в FDD1, осуществлять фильтрацию трафика по различным условиям, в том числе и задаваемым пользователем, изолировать трафик одного сегмента от другого. Коммутаторы ввели также и новую технологию, которая до их появления не применялась — технологию виртуальных сегментов, позволяющих перемещать пользователей из одного сегмента в другой чисто программным путем, без физической перекоммутации разъемов. И при всем при этом стоимость за один порт при равной производительности у коммутаторов оказывается в несколько раз ниже, чем у маршрутизаторов. После завоевания магистрального уровня корпоративной сети коммутаторы начали наступление на сети рабочих групп, где до этого в течение последних пяти лет всегда использовались многопортовые повторители (концентраторы) для витой пары, заменившие пассивные коаксиальные сегменты. Появились коммутаторы, специально предназначенные для этой цели — простые, часто неуправляемые устройства, способные только быстро передавать кадры с порта на порт по адресу назначения, но не поддерживающие всей многофункциональности корпоративных коммутаторов. Стоимость таких коммутаторов в расчете на один порт быстро снижается и, хотя порт концентратора по-прежнему стоит меньше порта коммутатора рабочей группы, тенденция к сближению их цен налицо. Эти данные собраны по всем классам коммутаторов, от уровня рабочей группы до магистрального уровня, где концентраторы не применяются, поэтому сопоставление концентраторов только с коммутаторами рабочих групп дало бы еще более близкие в стоимостном отношении результаты, так как стоимость за порт Ethernet у отдельных коммутаторов доходит до $150, то есть всего в полтора раза превышает стоимость порта концентратора Ethernet. В то же время производительность сети, построенной на коммутаторе, обычно в несколько раз превышает производительность аналогичной сети, построенной с использованием концентратора. Так как плата за повышение производительности не так уж велика и постоянно снижается, то многие сетевые интеграторы все чаще соглашаются, с ней для снижения задержек в своей сети. С распространением работающих в реальном времени приложений ущерб от транспортных задержек становится все ощутимее, а нагрузка на транспортную систему возрастает, что еще больше стимулирует приближение таких высокопроизводительных устройств, как ком мутаторы, к пользовательским компьютерам. Естественно, тенденция повышения роли коммутаторов в локальных сетях не имеет абсолютного характера. И у маршрутизаторов, и у концентраторов попрежнему имеются свои области применения, где их применение более рационально, чем коммутаторов. Маршрутизаторы остаются незаменимыми при подключении локальной сети к глобальной. Кроме того, маршрутизаторы хорошо дополняют коммутаторы при построении виртуальных сетей из виртуальных сег-
298
Часть десятая. Модернизация локальных сетей ментов, так как дают испытанный способ объединения сегментов в сеть на основании их сетевых адресов. Концентраторы также имеют сегодня свою нишу. По-прежнему существует большое количество случаев, когда трафик в рабочей группе невелик и направлен к одному серверу. В таких случаях высокая производительность коммутатора мало что дает конечному пользователю — при замене концентратора на коммутатор он ее практически не почувствует. Тем не менее, в локальных сетях появляется все больше коммутаторов, и эта ситуация вряд ли коренным образом изменится в ближайшем будущем. Некоторые новые технологии, такие как ATM, вообще используют коммутацию как единственный способ передачи данных в сети, другие, например, Gigabit Ethernet — рассматривают ее в качестве, хотя и не единственного, но основного способа связи устройств в сети.
Глава 9: Технологии коммутации кадров (frame switching) в локальных сетях Ограничения традиционных технологий (Ethernet, Token Ring), основанных на разделяемых средах передачи данных Повторители и концентраторы локальных сетей реализуют базовые технологии, разработанные для разделяемых сред передачи данных, Классическим представителем такой технологии является технология Ethernet на коаксиальном кабеле, В такой сети все компьютеры разделяют во времени единственный канал связи, образованный сегментом коаксиального кабеля. При передаче каким-нибудь компьютером кадра данных все остальные компьютеры принимают его по общему коаксиальному кабелю, находясь с передатчиком в постоянном побитном синхронизме. На время передачи этого кадра никакие другие обмены информации в сети не разрешаются. Способ доступа к общему кабелю управляется несложным распределенным механизмом арбитража — каждый компьютер имеет право начать передачу кадра, если на кабеле отсутствуют информационные сигналы, а при одновременной передаче кадров несколькими компьютерами схемы приемников умеют распознавать и обрабатывать эту ситуацию, называемую коллизией, Обработка коллизии также несложна — все передающие узлы прекращают выставлять биты своих кадров на кабель и повторяют попытку передачи кадра через случайный промежуток времени. Работа всех узлов сети Ethernet в режиме большой распределенной электронной схемы с общим тактовым генератором приводит к нескольким ограничениям, накладываемым на сеть. Основными ограничениями являются: Максимально допустимая длина сегмента Она зависит от типа используемого кабеля: для витой пары это 100 м, для тонкого коаксиала — 185 м, для толстого коаксиала — 500 м, &. для оптоволокна — 2000 м. Для наиболее дешевых и распространенных типов кабеля — витой пары и тонкого коаксиала — это ограничение часто становится весьма нежелательным. Технология Ethernet предлагает использовать для преодоления этого ограничения повторители и концентраторы, выполняющие функции усиления сигнала, улучшения формы фронтов импульсов и исправления погрешностей синхронизации.
299
Часть десятая. Модернизация локальных сетей Однако возможности этих, устройств по увеличению максимально допустимого расстояния между двумя любыми узлами сети (которое называется диаметром сети) не очень велики — число повторителей между узлами не может превышать 4х (так называемое правило четырех хабов). Для витой пары это дает увеличение до 500 м. Кроме того, существует общее ограничение на диаметр сети Ethernet — не более 2500 м для любых типов кабеля и любого количества установленных концентраторов. Это ограничение нужно соблюдать для четкого распознавания коллизий всеми узлами сети, как бы далеко (в заданных пределах) они друг от друга не находились, иначе кадр может быть передан с искажениями. Максимальное число узлов в сети Стандарты Ethernet ограничивают число узлов в сети предельным значением в 1024 компьютера вне зависимости от типа кабеля и количества сегментов, а каждая спецификация для конкретного типа кабельной системы устанавливает еще и свое, более жесткое ограничение. Так, к сегменту кабеля на тонком коаксиале нельзя подключить более 30 узлов, а для толстого коаксиала это число увеличивается до 100 узлов. В сетях Ethernet на витой паре и оптоволокне каждый отрезок кабеля соединяет всего два узла, но так как количество таких отрезков спецификация не оговаривает, то здесь действует общее ограничение в 1024 узла. Существуют также и другие причины, кроме наличия указанных в стандартах ограничений, по которым число узлов в сети Ethernet обычно не превосходит нескольких десятков. Эти причины лежат в самом принципе разделения во времени одного канала передачи данных между всеми узлами сети. При подключении к такому каналу каждый узел пользуется его пропускной способностью — 10 Мб/с — в течение только некоторой доли общего времени работы сети. Соответственно, на узел приходится эта же доля пропускной способности каната. Даже если упрощенно считать, что все узлы получают равные доли времени работы канала и непроизводительные потери времени отсутствуют, то при натичии в сети N узлов на один узел приходится только 10/N Мб/с пропускной способности. Очевидно, что при больших значениях N пропускная способность, выделяемая каждому узлу, оказывается настолько малой величиной, что нормальная работа приложений и пользователей становится невозможной — задержки доступа к сетевым ресурсам превышают тайм-ауты приложений, а пользователи просто отказываются так долго ждать отклика сети. Случайный характер алгоритма доступа к среде передачи данных, принятый в технологии Ethernet, усугубляет ситуацию. Если запросы на доступ к среде генерируются узлами в случайные моменты времени, то при большой их интенсивности вероятность возникновения коллизий также возрастает и приводит к неэффективному использованию канала: время обнаружения коллизии и время ее обработки составляют непроизводительные затраты. Доля времени, в течение которого канал предоставляется в распоряжение конкретному узлу, становится еще меньше. До недавнего времени в локальных сетях редко использовались мультимедийные приложения, перекачивающие большие файлы данных, нередко состоящие из нескольких десятков мегабайт. Приложения же, работающие с алфавитноцифровой информацией, не создавали значительного трафика. Поэтому долгое время для сегментов Ethernet было действительным эмпирическое правило — я разделяемом сегменте не должно быть больше 30 узлов.
300
Часть десятая. Модернизация локальных сетей Теперь ситуация изменилась и нередко 3-4 компьютера полностью загружают сегмент Ethernet с его максимальной пропускной способностью в 10 Мб/с или же 14880 кадров в секунду. Более универсальным критерием загруженности сегмента Ethernet по сравнению с общим количеством узлов является суммарная нагрузка на сегмент, создаваемая его узлами. Если каждый узел генерирует в среднем т, кадров в секунду для передачи по сети, то средняя суммарная нагрузка на сеть будет составлять £j гп; кадров в секунду. Известно, что при отсутствии коллизий, то есть при самом благоприятном разбросе запросов на передачу кадров во времени, сегмент Ethernet может передать не больше 14880 кадров в секунду (для самых коротких по стандарту кадров в 64 байта), Поэтому, если принять эту величину за единиц)-, то отношение £, т/14880 будет характеризовать степень использования каната, называемый также коэффициентом загрузки. Зависимость времени ожидания доступа к сети от коэффициента загрузки гораздо меньше зависит от интенсивности трафика каждого узла, поэтому эту келичину удобно использовать для оценки пропускной способности сети, состоящей из произвольного числа узлов. Имитационное моделирование сети Ethernet и исследование ее работы с помощью анализаторов протоколов показали, что при коэффициенте загрузки в районе 0.3-0.5 начинается быстрый рост числа коллизий и соответственно времени ожидания доступа. Поэтому во многих системах управления сетями пороговая граница для индикатора коэффициента загрузки по умолчанию устанавливается на величину 0.3. Ограничения, связанные с возникающими коллизиями и большим временем ожидания доступа при значительной загрузке разделяемого сегмента, чаше всего оказываются более серьезными, чем ограничение на максимальное количество узлов, определенное в стандарте из соображений устойчивой передачи электрических сигналов в кабелях. Технология Ethernet была выбрана в качестве примера при демонстрации ограничений, присущих технологиям локальных сетей, так как в этой технологии ограничения проявляются наиболее ярко, а их причины достаточно очевидны. Однако подобные ограничения присущи и всем остальным технологиям локальных сетей, так как они опираются на использование среды передачи данных как одного разделяемого ресурса. Кольца Token Ring и FDD1 также могут использоваться узлами сети только в режиме разделяемого ресурса. Отличие от канала Ethernet здесь состоит только в том, что маркерный метод доступа определяет детерминированную очередность предоставления доступа к кольцу, но по-прежнему при предоставлении доступа одного узла к кольцу все остальные узлы не могут передавать свои кадры и должны ждать, пока владеющий правом доступа узел не завершит свою передачу. Как и в технологии Ethernet, в технологиях Token Ring, FDDI, Fast Ethernet и lOOVG-AnyLAN также определены максимальные длины отдельных физических сегментов кабеля и ограничения на максимальный диаметр сети и максимальное количество в ней узлов. Эти ограничения несколько менее стеснительны, чем у технологии Ethernet, но также могут быть серьезным препятствием при создании крупной сети. Особенно же быстро может проявиться ограничение, связанное с коэффициентом загрузки общей среды передачи данных. Хотя метод маркерного доступа, используемый в технологиях Token Ring и FDDI, или метод приоритетных требо301
Часть десятая. Модернизация локальных сетей вании технологии lOOVG-AnyLAN позволяют работать с более загруженными средами, все равно отличия эти только количественные — резкий рост времени ожидания начинается в таких сетях при больших коэффициентах загрузки, где-то в районе 60% — 70%. Качественный характер нарастания времени ожидания доступа и в этих технологиях тот же, и он не может быть принципиально иным, когда общая среда передачи данных разделяется во времени между компьютерами сети. Общее ограничение локальных сетей, построенных только с использованием повторителей и концентраторов, состоит в том, что общая производительность такой сети всегда фиксирована и равна максимальной производительности используемого протокола, И эту производительность можно повысить только перейдя к другой технологии, что связано с дорогостоящей заменой всего оборудования. Рассмотренные ограничения являются платой за преимущества, которые дает использование разделяемых каналов в локальных сетях. Эти преимущества существенны, недаром технологии такого типа существуют уже около 20 лет. К преимуществам нужно отнести в первую очередь: • простоту топологии сети; •
гарантию доставки кадра адресату при соблюдении ограничений стандарта и корректно работающей аппаратуре;
•
простоту протоколов, обеспечившую низкую стоимость сетевых адаптеров, повторителей и концентраторов;
Однако начавшийся процесс вытеснения повторителей и концентраторов коммутаторами говорит о том, что приоритеты изменились, и за повышение общей пропускной способности сети пользователи готовы пойти на издержки, связанные с приобретением коммутаторов вместо концентраторов.
Глава 10: Локальные мосты — предшественники коммутаторов Для преодоления ограничений технологий локальных сетей уже достаточно давно начали применять локальные мосты, функциональные предшественники коммутаторов. Мост — это устройство, которое обеспечивает взаимосвязь двух (реже нескольких) локальных сетей посредством передачи кадров из одной сети в другую с помощью их промежуточной буферизации. Мост, в отличие от повторителя, не старается поддержать побитовый синхронизм в обеих объединяемых сетях. Вместо этого он выступает по отношению к каждой из сетей как конечный узел. Он принимает кадр, буферизует его, анализирует адрес назначения кадра и только в том случае, когда адресуемый узел действительно принадлежит другой сети, он передает его туда. Для передачи кадра в другую сеть мост должен получить доступ к ее разделяемой среде передачи данных в соответствии с теми же правилами, что и обычный узел. Таким образом мост, изолирует трафик одного сегмента от трафика другого сегмента, фильтруя кадры. Так как в каждый из сегментов теперь направляет-
302
Часть десятая. Модернизация локальных сетей ся трафик от меньшего числа узлов, то коэффициент загрузки сегментов уменьшается. Мост не только снижает нагрузку в объединенной сети, но и уменьшает возможности несанкционированного доступа, так как пакеты, предназначенные для циркуляции внутри одного сегмента, физически не появляются на других, что исключает их «прослушивание» станциями других сегментов. По своему принципу действия мосты подразделяются на два типа. Мосты первого типа выполняют так называемую маршрутизацию от источника (Source Routing), метод, разработанный фирмой IBM для своих сетей Token Ring. Этот метод требует, чтобы узел-отправитель пакета размешал в нем информацию о маршруте пакета. Другими словами, каждая станция должна выполнять функции по маршрутизации пакетов. Второй тип мостов осуществляет прозрачную для конечных станций передачу пакетов (Transparent Bridges). Именно этот тип мостов лег в основу современных коммутаторов, поэтому остановимся на нем подробнее.
Функции и алгоритмы прозрачных мостов Прозрачные мосты являются наиболее распространенным типом мостов. Для прозрачных мостов сеть представляется наборами МАС-адресов устройств, используемых на канальном уровне, причем каждый набор связан с определенным портом моста. Мосты используют эти адреса для принятия решения о продвижении кадра, когда кадр записывается во внутренний буфер моста из какого-либо его порта. Мосты не имеют доступа к информации об адресах сетей, относящейся к более высокому — сетевому — уровню, и они ничего не знают о топологии связей сегментов или сетей между собой. Таким образом, мосты являются совершенно прозрачными для протоколов, начиная с сетевого уровня и выше. Эта прозрачность позволяет мостам передавать пакеты различных протоколов высокого уровня, никоим образом не влияя на их содержимое. Вследствие функциональной ограниченности мосты имеют достаточно простое устройство и представляют собой удобное и недорогое средство для построения интерсети. Мосты обеспечивают возможность соединения двух ил и более сетей для образования единой логической сети. Исходные сети становятся сетевыми сегментами результирующей сети. Каждый такой сегмент остается доменом коллизий, то есть участком сети, в котором все узлы одновременно фиксируют и обрабатывают коллизию. Однако коллизии одного сегмента не приводят к возникновению коллизий в другом сегменте, так как мост не осуществляет побитовый синхронизм сегментов и ограничивает коллизии тем сегментом, в котором они возникают. Мосты регенерируют пакеты, которые они передают с одного порта на другой (операция forwarding). Одним из преимуществ использования мостов является увеличение расстояния, покрываемого интерсетью, так как количество пересекаемых мостов не оказывает влияния на качество сигнала. Прозрачные мосты имеют дело как с адресом источника, так и с адресом назначения, имеющимися в кадрах локальных сетей. Мост использует адрес источника для автоматического построения своей базы данных адресов устройств, называемой также таблицей адресов устройств. В этой таблице устанавливается принадлежность адреса узла какому-либо порту моста. Все операции, которые вы-
303
Часть десятая. Модернизация локальных сетей полняет мост, связаны с этой базой данных. Функции доступа к среде при приеме и передаче кадров выполняют микросхемы MAC. Все порты моста работают в так называемом «неразборчивом» (promisquous) режиме захвата пакетов, то есть все поступающие на порт пакеты запоминаются в буферной памяти. С помощью такого режима мост следит за всем трафиком, передаваемым в присоединенных к нему сегментах и использует проходящие через него пакеты для изучения состава сети. Когда мост получает кадр от какого-либо своего порта, то он (после буферизации) сравнивает адрес источника с элементами базы данных адресов. Если адрес отсутствует в базе, то он добавляется в нее. Если этот адрес уже имеется в базе, то возможны два варианта — либо адрес пришел с того же порта, который указан в таблице, либо он пришел с другого порта. В последнем случае строка таблицы, соответствующая обрабатываемому адресу, обношшется — номер порта заменяется на новое значение (очевидно, станцию с данным адресом переместили в другой сегмент сети). Таким способом мост «изучает» адреса устройств сети и их принадлежность портам и соответствующим сегментам сети, Из-за способности моста к «обучению» к сети могут добавляться новые устройства без необходимости ре конфигурирования моста. Администратор может объявить часть адресов статическими и не участвующими в процессе обучения (при этом он их должен задать сам). В случае статического адреса приход пакета с данным адресом и значением порта, не совпадающим с хранящимся в базе, будет проигнорирован и база не обновится. Кроме адреса источника мост просматривает и адрес назначения кадра, чтобы принять решение о его дальнейшем продвижении. Мост сравнивает адрес назначения кадра с адресами, хранящимися в его базе. Если адрес назначения принадлежит тому же сегменту, что и адрес источника, то мост «фильтрует» (filtering) пакет, то есть удаляет его из своего буфера и никуда не передает. Эта операция помогает предохранить сеть от засорения ненужным трафиком. Если адрес назначения присутствует в базе данных и принадлежит другому сегменту по сравнению с сегментом адреса источника, то мост определяет, какой из его портов связан с этим адресом и «продвигает» (forwarding) кадр на соответствующий порт. Затем порт должен получить доступ к среде подключенного к нему сегмента и передать кадр узлам данного сегмента. Если же адрес назначения отсутствует в базе или же это широковещательный адрес, то мост передает кадр на все порты, за исключением того порта, с которого он пришел. Такой процесс называется «затоплением» (flooding) сети. Затопление гарантирует, что пакет будет помешен на все сегменты сети и, следовательно, доставлен адресату или адресатам. Точно также мост поступает по отношению к кадрам с неизвестным адресом назначения, затопляя им сегменты сети. Очевидно, что некоторое время после инициализации мост выполняет только операцию затопления, так как он ничего не знает о принадлежности адресок сегментам сети. Мост может быть прозрачен не только для протоколов всех уровней, выше канального, но и для конечных узлов сети. Эта прозрачность состоит в том, что узлы не посылают мосту свои кадры специальным образом, указывая в них адрес порта моста. Даже при наличии моста в сети конечные узлы продолжают посылать кадры данных непосредственно другим узлам, указы вая их адреса в качестве адресов назначения кадров. Поэтому порты мостов вообще не имеют МАС-адресов, 304
Часть десятая. Модернизация локальных сетей работая в режиме «неразборчивого» захвата всех кадров. Такая прозрачность viocта упрощает работу конечных узлов, и это свойство коренным образом отличает мост от маршрутизатора, которому узел отправляет кадр явным образом, указывая МАС-алрес порта маршрутизатора в своем кадре. МАС-адрес сетевого адаптера аппаратно устанавливается изготовителем, то при перемещении компьютера мосты должны периодически обновлять содержимое своих адресных баз. Для обеспечения этой функции записи в адресной базе делятся на два типа — статические и динамические. С каждой динамической записью связан таймер неактивности. Когда мост принимает кадр с адресом источника, соответствующим некоторой записи в адресной базе, то соответствующий таймер неактивности сбрасывается в исходное состояние. Если же от какой-либо станции долгое время не поступает кадров, то таймер неактивности исчерпывает свой интервал, и соответствующая ему запись удаляется из адресной базы.
Проблема петель при использовании мостов Обучение, фильтрация и продвижение основаны на существовании одного логического пути между любыми двумя узлами сети. Наличие нескольких путей между устройствами, известных также как «активные петли», создает проблемы для сетей, построенных на основе мостов, Рассмотрим в качестве примера сеть, где два сегмента параллельно соединены двумя мостами так, что образовалась активная петля. Пусть новая станция с адресом 10 впервые посылает пакет другой станции сети, адрес которой также пока неизвестен мосту. Пакет попадает как в мост 1, так и в мост 2, где его адрес заносится в базу адресов с пометкой о его принадлежности сегменту 1. Так как адрес назначения неизвестен мосту, то каждый мост передает пакет на сегмент 2. Эта передача происходит поочередно, в соответствии с методом случайного доступа технологии Ethernet. Пусть первым доступ к сегменту 2 получил мост 1. При появлении пакета на сегменте 2 мост 2 принимает его в свой буфер и обрабатывает. Он видит, что адрес 10 уже есть в его базе данных, но пришедший пакет является более свежим, и он утверждает, что адрес 10 принадлежит сегменту 2. а не 1. Поэтому мост 2 корректирует содержимое базы и делает запись о том, что адрес 10 принадлежит сегменту 2. Аналогично поступает мост 1, когда мост 2 передает свою буферизованную ранее первую версию пакета на сегмент 2. В результате пакет бесконечно циркулирует по активной петле, а мосты постоянно обновляют записи в базе, соответствующие адресу 10. Сеть засоряется ненужным трафиком, а мосты входят в состояние «вибрации», постоянно обновляя свои базы данных, В простых сетях сравнительно легко гарантировать существование одного и только одного пути между двумя устройствами. Но когда количество соединений возрастает или интерсеть становится сложной, то вероятность непреднамеренного образования петли становится высокой. Кроме того, желательно для повышен ия надежности иметь между мостами резервные связи, которые не участвуют при нормальной работе основных связей в передаче информационных пакетов станций, но при отказе какой-либо основной связи образуют новую связную рабочую конфигурацию без петель. Описанные задачи решает алгоритм покрывающего дерева (Spanning Tree Algorithm, STA).
305
Часть десятая. Модернизация локальных сетей
Требования к пропускной способности моста До сих пор мы предполагали, что при использовании моста для связи двух сегментов вместо повторителя общая производительность сети всегда повышается, так как уменьшается количество узлов в каждом сегменте и загрузка сегмента уменьшается на ту долю трафика, который теперь является внутренним трафиком другого сегмента. Это действительно так, но при условии что мост передает межсегментный трафик без значительных задержек и без потерь кадров. Однако, анализ рассмотренного алгоритма работы моста говорит о том, что мост может и задерживать кадры и, при определенных условиях, терять их. Задержка, вносимая мостом, равна по крайней мере времени записи кадра в буфер. Как правило, после записи кадра на обработку адресов также уходит некоторое время, особенно если размер адресной таблицы велик. Поэтому задержка увеличивается на время обработки кадра. Время обработки кадра влияет не только на задержку, но и на вероятность потери кадров. Если время обработки кадра окажется меньше интервала до поступления следующего кадра, то следующий кадр будет помещен в буфер и будет ожидать там, пока процессор моста не освободиться и не займется обработкой поступившего кадра. Если средняя интенсивность поступления кадров будет в течение длительного времени превышать производительность моста, то есть величину, обратную среднему времени обработки кадра, то буферная память, имеющаяся у моста для хранения необработанных кадров, может переполниться. В такой ситуации мосту некуда будет записывать поступающие кадры и он начнет их терять, то есть просто отбрасывать, Потеря кадра — ситуация очень нежелательная, так как ее последствия не ликвидируются протоколами локальных сетей. Потеря кадра будет исправлена только протоколами транспортного или прикладного уровней, которые заметят потерю части своих данных и организуют их повторную пересылку. Однако, при регулярных потерях кадров канального уровня производительность сети может уменьшится в несколько раз, так как тайм-ауты, используемые в протоколах верхних уровней, существенно превышают времена передачи кадров на канальном уровне, и повторная передача кадра может состояться через десятки секунд. Для предотвращения потерь кадров мост должен обладать производительностью, превышающую среднюю интенсивность межсегментного трафика и большой буфер для хранения кадров, передаваемых в периоды пиковой нагрузки. В локальных сетях часто оказывается справедливым эмпирическое правило 80/20, говорящее о том, что при правильном разбиении сети на сегменты 80% трафика оказывается внутренним трафиком сегмента, и только 20% выходит за его пределы. Если считать, что это правило действует по отношению к конкретной сети, то мост должен обладать производительностью в 20% от максимальной пропускной способности сегмента Ethernet, то есть производительностью 0.2 (14880 = 3000 кадра в секунду. Обычно локальные мосты обладают производительностью от 3000 кадров в секунду и выше. Однако, гарантий на доставку кадров в любых ситуациях мост, в отличие от повторителя, не дает. Это его принципиальный недостаток, с которым приходится мириться.
306
Часть десятая. Модернизация локальных сетей
Глава 11: Принципы коммутации сегментов и узлов локальных сетей, использующих традиционные технологии Технология коммутации сегментов Ethernet была предложена фирмой Kalpana в 1990 году в ответ на растущие потребности в повышении пропускной способности связей высокопроизводительных серверов с сегментами рабочих станций. Эта технология основана на отказе от использования разделяемых л и н и й связи между всеми узлами сегмента и использовании коммутаторов, позволяющих одновременно передавать пакеты между всеми его парами портов. Функционально многопортовый коммутатор работает как многопортовый мост, то есть работает на канальном уровне, анализирует заголовки кадров, автоматически строит адресную таблицу и на основании этой таблицы перенаправляет кадр в один из своих выходных портов или фильтрует его, удаляя из буфера. Новшество заключалось в параллельной обработке поступающих кадров, в то время как мост обрабатывает кадр за кадром. Коммутатор же обычно имеет несколько внутренних процессоров обработки кадров, каждый из которых может выполнять алгоритм моста, Таким образом, можно считать, что коммутатор — это мультипроцессорный мост, имеющий за счет внутреннего параллелизма высокую производительность. В структурной схеме коммутатора EtherSwitch, предложенного фирмой Kalpana, каждый порт обслуживается одним процессором пакетов Ethernet — ЕРР (Ethernet Packet Processor). Кроме того, коммутатор имеет системный модуль, который координирует работу всех процессоров ЕРР. Системный модуль ведет обшую адресную таблицу коммутатора и обеспечивает управление коммутатором по протоколу SNMP. Для передачи кадров между портами используется коммутационная матрица, подобная тем, которые работают в телефонных коммутаторах иди мультипроцессорных компьютерах, соединяя несколько процессоров с несколькими модулями памяти. При поступлении кадра в какой-либо порт процессор ЕРР буферизует несколько первых байт кадра, для того, чтобы прочитать адрес назначения. После получения адреса назначения процессор сразу же принимает решение о передаче пакета, не дожидаясь прихода остальных байт кадра. Для этого он просматривает свой собственный кэш адресной таблицы, а если не находит там нужного адреса, то обращается к системному модулю, который работает в многозадачном режиме, параллельно обслуживая запросы всех процессоров ЕРР. Системный модуль производит просмотр общей адресной таблицы и возвращает процессору найденную строку, которую тот буферизует в своем кэше для последующего использования, После нахождения адреса назначения в адресной таблице, процессор ЕРР знает, что нужно дальше делать с поступающим кадром (во время просмотра адресной таблицы процессор продолжал буферизацию поступающих в порт байт кадра). Если кадр нужно отфильтровать, то процессор просто прекращает записывать в буфер байты кадра и ждет поступления нового кадра. Если же кадр нужно передать на другой порт, то процессор обращается к коммутационной матрице и пытается установить в ней путь, связывающий его порт с портом адреса назначения. Коммутационная матрица может это сделать только в том случае, когда порт адреса назначения в этот момент свободен, то есть 307
Часть десятая. Модернизация локальных сетей не соединен с другим портом. Если же порт занят, то кадр полностью буферизуется процессором входного порта, после чего процессор ожидает освобождения выходного порта и образования коммутационной матрицей нужного пути, После того, как нужный путь установился, в него направляются буферизованные байты кадра, которые принимаются процессором выходного порта, а после получения им доступа к среде передаются в сеть. Процессор входного порта постоянно хранит несколько байт принимаемого кадра в своем буфере, что позволяет ему независимо и асинхронно принимать и передавать байты кадра. При свободном, в момент приема кадра, состоянии выходного порта задержка между приемом первого байта кадра коммутатором и появлением этого же байта на выходе порта адреса назначения составляла у коммутатора компании Kalpana всего 40 мкс, что было гораздо меньше задержки кадра при его передаче мостом. Описанный способ передачи кадра без его полной буферизации получил название коммутации «налету» («on-ihe-fly») или «навылет» («cut-through»). Этот способ представляет по сути конвейерную обработку кадра, когда частично совмещаются во времени несколько этапов его передачи: 1. Прием первых байт кадра процессором входного порта, включая прием байт адреса назначения. •
2. Поиск адреса назначения в адресной таблице коммутатора (в кэше процессора или в общей таблице системного модуля).
•
3. Коммутация матрицы.
•
4. Прием остальных байт кадра процессором входного порта.
•
5. Прием байт кадра (включая первые) процессором выходного порта через коммутационную матрицу.
•
6. Получение доступа к среде процессором выходного порта.
•
7. Передача байт кадра процессором выходного порта в сеть.
Этапы 2 и 3 совместить во времени нельзя, так как без знания номера выходного порта операция коммутации матрицы не имеет смысла. По сравнению с режимом полной буферизации кадра, экономия от конвейеризации получается ощутимой. Однако, главной причиной повышения производительности сети при использовании коммутатора является параллельная обработка нескольких кадров. Первый коммутатор для локальных сетей не случайно появился для технологии Ethernet. Кроме очевидной причины, связанной с наибольшей популярностью сетей Ethernet, существовала и другая, не менее важная причина — эта технологии больше других страдает от повышения времени ожидания доступа к среде при повышении загрузки сегмента. Поэтому сегменты Ethernet в крупных сетях в первую очередь нуждались в средстве разгрузки узких мест сети, и этим средством стали коммутаторы фирмы Kalpana, а затем и других компаний. Некоторые компании стали развивать технологию коммутации и для повышения производительности других технологий локальных сетей, таких как Token Ring и FDDI. Так как в основе технологии коммутации лежит алгоритм работы прозрачного моста, то принцип коммутации не зависит от метода доступа, фор308
Часть десятая. Модернизация локальных сетей мата пакета и других деталей каждой технологии. Коммутатор изучает на основании проходящего через него трафика адреса конечных узлов сети, строит адресную таблицу сети и затем на ее основании производит межкольцевые передачи в сетях Token Ring или FDDI. Принцип работы коммутатора в сетях любых технологий оставался неизменным, хотя внутренняя организация коммутаторов различных произволителеи иногда очень отличалась от структуры первого коммутатора EtherSwitch. Широкому применению коммутаторов безусловно способствовало то обстоятельство, что внедрение технологии коммутации требовало замены только концентраторов или просто добавления коммутаторов для разделения сегментов, образованных с помощью коммутаторов на более мелкие сегменты. Вся огромная установленная база оборудования конечных узлов — сетевых адаптеров, а также кабельной системы, повторителей и концентраторов — оставалась нетронутой, что давало огромную экономию капиталовложений по сравнению с переходом на какую-нибудь совершенно новую технологию, например, ATM. Так как коммутаторы, как и мосты, прозрачны для протоколов сетевого уровня, то их появление в сети оставило в неизменном виде не только оборудование и программное обеспечение конечных узлов, но и маршрутизаторы сети, если они там использовались. Удобство использования коммутатора состоит еще и в том. что это самообучающееся устройство, и. если администратор не нагружает его дополнительными функциями, то конфигурировать его не обязательно — нужно только правильно подключить разъемы кабелей к портам коммутатора, а дальше он будет работать самостоятельно и стараться эффективно выполнять поставленную перед ним задачу повышения производительности сети. Безусловно, повышение производительности сети при установке коммутатора в общем случае не будет такой значительной, как в примере. На эффективность работы коммутатора влияет много факторов, и в некоторых случаях, как это будет показано ниже, коммутатор может совсем не дать никаких преимуществ по сравнению с концентратором. Примером такого фактора может служить несбалансированность трафика в сети — если порт 1 и порт 2 коммутатора чаше всего обращаются к порту 3 коммутатора, то порт 3 будет периодически занят и недоступен для одного из двух этих портов и входящий в них трафик будет простаивать, ожидая освобождения порта 3.
Глава 12: Полнодуплексные (full-duplex) протоколы локальных сетей Технология коммутации оставляет метод доступа к среде в неизменном виде. Это позволяет подключать к портам не только отдельные компьютеры, но и сегменты локальных сетей. Узлы сегмента разделяют общую среду передачи данных, используя либо пассивный коаксиальный кабель, либо концентраторы. Если это коммутатор Ethernet, то каждый его порт участвует в процессе обнаружения и отработки коллизий, и без этой функции коммутатор нельзя было бы подключать к сегменту, так как он бы полностью нарушил нормальную работу остальных узлов сегмента. Если это коммутатор колец FDDI, то его порты должны участвовать в процессе
309
Часть десятая. Модернизация локальных сетей захвата и освобождения токена доступа к кольцу в соответствии с алгоритмами МАС-уровня стандарта FDDI. Однако, когда к каждому порту коммутатора подключен только один компьютер, ситуация становится не такой однозначной. В обычном режиме работы коммутатор по-прежнему распознает коллизии. Если сеть представляет собой Ethernet на витой паре, то доменом коллизий в этом случае будет участок сети, включающий передатчик коммутатора, приемник коммутатора, передатчик сетевого адаптера компьютера, приемник сетевого адаптера компьютера и две витые пары, соединяющие передатчики с приемниками. Коллизия возникает, когда передатчики порта коммутатора и сетевого адаптера одновременно или почти одновременно начинают передачу своих кадров, считая, что сегмент свободен. В результате строгого соблюдения правил разделения среды по протоколу Ethernet порт коммутатора и сетевой адаптер используют соединяющий их кабель в полудуплексном режиме, то есть по очереди сначала кадр или кадры передаются в одном направлении, а затем в другом. При этом максимальная производительность сегмента Ethernet в 14880 кадров в секунду при минимальной длине кадра делится между передатчиком порта коммутатора и передатчиком сетевого адаптера. Если считать, что она делится пополам, то каждому предоставляется возможность передавать примерно по 7440 кадров в секунду. В то же время, передатчик и приемник как сетевого адаптера, так и порта коммутатора способны принимать и передавать кадры с максимальной скоростью 14880 кадров в секунду. Такая скорость достигается в том случае, когда в течение длительного времени передача идет в одном направлении, например, от компьютера к коммутатору. Способность оборудования стандарта 10Base-T, то есть Ethernet'a на витой паре, работать с максимальной скоростью в каждом направлении использовали разработчики коммутаторов в своих нестандартных реализациях технологий, получивших название полнодуплексных версий Ethernet, Token Ring, FDDI. Полнодуплексный режим работы возможен только при существовании независимых каналов обмена данными для каждого направления и при соединении «точка-точка» двух взаимодействующих устройств. Естественно, необходимо, чтобы МАС-узлы взаимодействующих устройств поддерживали этот специальный режим. В случае, когда только один узел будет поддерживать полнодуплексный режим, второй узел будет постоянно фиксировать коллизии и приостанавливать свою работу, в то время как другой узел будет продолжать передавать данные, которые никто в этот момент не принимает. Так как переход на полнодуплексный режим работы требует изменения логики работы МАС-узлон и драйверов сетевых адаптеров, то он сначала был опробован при соединении двух коммутаторов. Уже первые модели коммутатора EtherSwitch компании Kalpana поддерживали полнодуплексный режим при взаимном соединении, поддерживая скорость взаимного обмена 20 Мб/с. Позже появились версии полнодуплексного соединения FDDI-коммутаторов, которые при одновременном использовании двух колец FDDI обеспечивали скорость обмена в 200 Мб/с. Сейчас для каждой технологии можно найти модели коммутаторов, которые поддерживают полнодуплексный обмен при соединении коммутатор-комму310
Часть десятая. Модернизация локальных сетей татор. Существуют коммутаторы, которые позволяют объединить два коммутатора полнодуплексньш каналом более чем по одной паре портов. Например, коммутаторы LattisSwitch 28115 компании Bay Networks имеют по дна порта, с помощью которых можно соединять коммутаторы, образуя полнодуплексный канал с производительностью 400 Мб/с. Такие соединения называются транковыми и являются частной разраГюткой каждой компании, выпускающей коммуникационное оборудование, так как нарушают не только логику доступа к разделяемым средам, н о й топологию соединения мостов, запрещающую летлевидные контуры (а такой контур всегда образуется при соединении коммутаторов более чем одной парой портов). При соединении коммутаторов разных производителей транк работать не будет, так как каждый производитель добавляет к логике изучения адресов сети коммутатором по транковой связи что-то свое, чтобы добиться от него правильной работы. После опробования полнодуплексной технологии на соединениях ко\змутатор-коммутатор разработчики реализовали ее и в сетевых адаптерах, в OCHOBI юм адаптерах Ethernet и Fast Ethernet. Многие сетевые адаптеры сейчас могут поддерживать оба режима работы, отрабатывая логику алгоритма доступа CSMA/CD при подключении к порту концентратора и работая в полнодуплексном режиме при подключении к порту коммутатора. Однако, необходимо осознавать, что отказ от поддержки алгоритма доступа к разделяемой среде без какой-либо модификации протокола ведет к повышению вероятности потерь кадров коммутаторами, а, следовательно, к возможному снижению полезной пропускной способности сети (по отношению к переданным данным приложений) вместо ее повышения. Уже говорилось о том, что использование мостов несет в себе потенциальную угрозу потерь кадров при превышении интенсивности входного потока произвол ительности моста. Коммутаторы встречаются с аналогичной проблемой, даже если их внутренняя производительность выше, чем требуется для обслуживания входных потоков, поступающих на каждый порт с максимально возможной скоростью. Причина здесь в ограниченной пропускной способности отдельного пор га, которая определяется не производительностью процессора, который обслужинает порт, а временными параметрами протокола. Например, порт Ethernet не может передавать больше 14880 кадров в секунду, если он не нарушает временных соотношений, установленных стандартом. Поэтому, если входной трафик неравномерно распределяется между выходными портами, то легко представить ситуацию, когда в какой-либо выходной порт коммутатора будет направляться трафик с суммарной средней интенсивностью большей, чем протокольный максимум. Какой бы ни был объем буфера порта, он в какой-то момент времени обязательно переполнится. В территориальных сетях технология коммутации кадров и пакетов применяется уже очень давно. Сети Х.25 используют ее уже более 20 лет. Технологию коммутации используют и новые территориальные сети, в частности сети frame relay и ATM. В этих сетях конечные узлы подключаются к коммутаторам полнодуплексными каналами связи, такие же кана<ш используются и для соединения коммутаторов между собой. Протоколы территориальных сетей сразу разрабаты-
311
Часть десятая. Модернизация локальных сетей вались для организации полнодуплексной связи между узлами сети, поэтому в них были заложены процедуры управления потоком данных. Эти процедуры использовались коммутаторами для снижении интенсивности поступления кадров на входные порты в случае заполнения внутренних буферов коммутатора свыше опасного предела. В таких ситуациях коммутатор направлял соседнему узлу специальный служебный кадр «Приемник не готов», при получении которого соседний узел обязан был приостановить передачу кадров по данному лоргу. При перегрузках сети в конце концов служебные кадры доходили и до конечных узлов — компьютеров — которые прекращали на время заполнять сеть кадрами, пока имеющиеся в буферах кадры не передавались узлам назначения. Вероятность потери кадров при наличии встроенных в протокол процедур управления потоком становится очень небольшой. При разработке коммутаторов локальных сетей ситуация коренным образом отличалась от ситуации, при которой создавались коммутаторы территориальных сетей. Основной задачей было сохранение конечных узлов в неизменном виде, что исключало корректировку протоколов локальных сетей. А в этих протоколах процедур управления потоком не было — использование обшей среды передачи данных в режиме разделения времени исключало возникновение ситуаций, когда сеть переполнялась бы необработанными кадрами. Сеть не накапливала данных в каких-либо промежуточных буферах при использовании только повторителей или концентраторов. Поэтому применение коммутаторов без изменения протокола работы оборудования всегда порождает опасность потерь кадров. Если порты коммутатора работают в обычном, то есть в полудуплексном режиме, то у коммутатора имеется возможность оказать некоторое воздействие на конечный узел и заставить его приостановить передачу кадров, пока у коммутатора не разгрузятся внутренние буфера. Нестандартные методы управления потоком в коммутаторах при сохранении протокола доступа в неизменном виде будут рассмотрены ниже. Если же коммутатор работает в полнодуплексном режиме, то протокол работы конечных узлов, да и его портов все равно меняется. Поэтому имело смысл для поддержки полнодуплексного режима работы коммутаторов разработать новые протоколы взаимодействия узлов, которые бы использовали явные и стандартные механизмы управления потоком при сохранении неизменным только формата кадров. Сохранение формата кадров необходимо для того, чтобы к одному и тому же коммутатору можно было бы подключать новые узлы, имеющие сетевые адаптеры полнодуплексного режима, и старые узлы или сегменты узлов, поддерживающие алгоритм доступа к разделяемой среде. Работа над выработкой стандарта для полнодуплексных версий Ethernet, Fast Ethernet и других технологий локальных сетей идет уже несколько лет, однако на момент написания этого пособия такие стандарты пока не приняты из-за разногласий членов соответствующих комитетов по стандартизации, отстаивающих подходы фирм, в которых они работают. Тем не менее, каждая из крупных компаний, выпускающих коммуникационное оборудование, имеет свою версию полнодуплексных технологий и поддерживает их в своих продуктах — сетевых адаптерах и коммутаторах. Эти версии используют встроенные процедуры управления потоком. Обычно это несложные процедуры, использующие две команды — «Приостановить передачу» и «Возобновить передачу» — для управления потоком кадров соседнего узла сети.
312
Часть десятая. Модернизация локальных сетей
Глава 13: ATM-коммутация Кроме коммутаторов, поддерживающих стандартные протоколы локальных сетей и передающих кадры с порта на порт по алгоритмам моста, в локальных сетях стали применяться коммутаторы другого вида, а именно коммутаторы технологии ATM. В связи с этим коротко рассмотрим основные принципы работы таких коммутаторов и способы их взаимодействия с коммутаторами технологий локальных сетей, Технология ATM (Asynchronous Transfer Mode — режим асинхронной передачи) разрабатывалась изначально для совмещения синхронного голосового трафика и асинхронного компьютерного трафика в рамках одной территориальной сети. Затем сфера применения технологии ATM была расширена и на локальные сети. Мы не будем рассматривать все аспекты технологии ATM, -л ограничимся изучением способов коммутации данных в сетях ATM, которые используются в коммутаторах ATM, применяемых в локальных сетях. Такие ATM-коммутаторы чаше всего не используют все возможности технологии, в частности поддержку синхронного трафика, в основном из-за отсутствия приложений, которые могли бы воспользоваться таким сервисом. Сеть ATM изначально разрабатывалась для поддержки полнолуплексного высокоскоростного режима обмена как между узлами сети, так и между ее коммутаторами. ATM-станции и ATM-коммутаторы обмениваются между собой кадрами фиксированного размера в 53 байта. Эти кадры принято называть ячейками. Поле данных ячейки занимает 48 байт, а заголовок — 5 байт. Адреса конечных узлов локальных сетях ATM составляют 20 байт. Для того, чтобы пакеты содержали адрес узла назначения, и в то же время процент служебной информации не был большим по сравнению с размером ноля данных пакета, в технологии ATM применен стандартный для глобальных вычислительных сетей прием — передача ячеек по виртуальным каналам. Техника коммутации данных в соответствии с номерами их виртуальных канатов давно использовалась в сетях Х.25, а затем нашла применение и в новых технологиях территориальных сетей — frame relay и ATM. Принцип коммутации пакетов на основе виртуальных каналов следующий: конечные узлы не могут просто начать обмениваться данными, как это принято в большинстве протоколов канального уровня локальных сетей. Они должны перед обменом установить между собой логическое соединение. При установлении соединения между конечными узлами используется специальный тип пакета — запрос на установление соединения — который содержит многоразрядный адрес узла-адресата, а также номер виртуального соединения, присвоенного данному соединению в узле-отправителе, например, 15. Ячейки ATM имеют 3-х байтное поле номера виртуального соединения, что позволяет коммутаторам и конечным узлам поддерживать одновременно очень большое количество виртуальных соединений. Адрес назначения используется для маршрутизации запроса на установление соединения на основании таблиц маршрутизации, аналогичных тем, которые используются маршрутизаторами IP или IPX. В этих таблицах для каждого адреса назначения (или для группы адресов, имеющих общую старшую часть, соответствующую адресу сети) указывается номер порта, на который нужно передать при313
Часть десятая. Модернизация локальных сетей ходящий пакет. Таблица маршрутизации по назначению аналогична адресной таблице коммутатора, но образуется она не путем изучения адресов проходящего графика, а либо вручную администратором, либо с помощью обмена между коммутаторами ATM специальных служебных данных о топологии связей сети. Протокол обмена топологической информацией для сетей ATM имеет название PNNI — Private Network to Network Interface. Он разработан и принят в качестве стандарта, хотя не все ATM-коммутаторы пока его поддерживают. В приведенном примере в соответствии с таблицей маршрутизации оказалось необходимым передать пакет запроса на установление соединения с порта 1 на порт 0. Одновременно с передачей пакета маршрутизатор изменяет у пакета номер виртуального соединения — он присваивает пакету первый не использованный номер виртуального канала для данного порта данного коммутатора. Каждый конечный узел и каждый коммутатор ведет свой список использованных и свободных номеров виртуальных соединений для своих портов, Кроме таблицы маршрутизации для каждого порта составляется таблица коммутации. В таблице коммутации входного порта маршрутизатор отмечает, что в дальнейшем пакеты, прибывшие на этот порте номером 15, должны передаваться на порт 0, причем номер виртуального канала должен быть изменен на 10. Одновременно делается и соответствующая запись в таблице коммутации порта 0 — пакеты, пришедшие по виртуальному каналу 10 в обратном направлении нужно передавать на порт с номером 1, меняя номер виртуального канала на 15. В результате действия такой схемы пакеты данных уже не несут длинные адреса конечных узлов, а имеют в служебном поле только номер виртуального канала, на основании которого и производится маршрутизация всех пакетов, кроме пакета запроса на установление соединения. В сети прокладывается виртуальный канал, который не изменяется в течение всего времени сушествования соединения. Пакеты в виртуальном канале циркулируют в двух направлениях, то есть в полнодуплексном режиме, причем, конечные узлы не замечают изменений номеров виртуальных каналов при прохождении пакетов через сеть. После образования таблицы коммутации, ячейки ATM обрабатываются коммутаторами ATM примерно так же, как и коммутаторами технологий локальных сетей. Исключение составляет только режим фильтрации — он отсутствует, так как в ATM нет разделяемых сред и переданную коммутатору ячейку всегда нужно передать на какой-либо порт. Виртуальные каналы бывают коммутируемыми (Switched Virtual Channel) и постоянными (Permanent Virtual Channel). Коммутируемые виртуальные каналы устанавливаются узлами динамически, в процессе работы, а постоянные виртуальные каналы образуются администратором на продолжительный срок. Для постоянных виртуальных каналов не нужно выполнять процедуру установления соединения, так как коммутаторы уже настроены на их обработку — соответствующие таблицы коммутации уже сформированы администратором. Коммутаторы ATM. работающие с компьютерным трафиком, предоставляют конечным узлам два вида сервиса. Сервис с неопределенной проггускной способностью (Unspecified Bit Rate) подобен сервису коммутаторов локальных сетей - он не гарантирует конечному узлу какой-то определенной доли пропускной способности сети и не гарантирует, что все ячейки конечного узла будут доставлены по назначению. Это самый простой вид сервиса и он не использует какиелибо процедуры управления потоком, а при переполнении буферов коммутатора 314
Часть десятая. Модернизация локальных сетей приходящие ячейки отбрасываются точно так же, как это делают коммутаторы локальных сетей. Сервис ABR (Available Bit Rate) в отличие от сервиса UBR использует технику управления потоком для предотвращения перегрузок сети и дает некоторые гарантии доставки ячеек узлу назначения. Для этого при установлении соединения ABR между конечным узлом и коммутаторами сети заключается соглашение о двух скоростях передачи данных — пиковой скорости и минимальной скорости. Заключение соглашения о параметрах трафика — прием, в локальных сетях обычно не применяющийся. Пользователь соединения ABR соглашается не передавать данные со скоростью, выше пиковой, то есть PCR, а сеть соглашается всегда обеспечивать минимальную скорость передачи ячеек — MCR. Если приложение при установлении ABR-соединения не определяет максимальную и минимальную скорости, то по умолчанию считается, что максимальная скорость совпадает со скоростью линии доступа станции к сети, а минимальная скорость считается равной нулю. Пользователь соединения ABR получает гарантированное качество сервиса в отношении потери ячеек и пропускной способности, а сеть при использовании трафика ABR не переполняется. Для преобразования кадров, циркулирующих в локальных сетях, в 53-байтные ячейки, в технологии ATM определены функции сегментации и сборки (Segmentation And Reassembling). Когда кадр поступает в коммутатор ATM, то он с помощью функции сегментации разделить его на последовательность ячеек. После передачи ячеек по сети коммутаторов ATM они вновь собираются в последнем коммутаторе с помощью функции реассемблирования в исходный кадр. Технология ATM работает с несколькими скоростями доступа конечных узлов к сети. Чаше всего используется скорость 155 Мб/с, более редкой является скорость доступа в 622 Мб/с. Существует и низкоскоростной доступ по линии в 25 Мб/с. Иерархия скоростей доступа — это также одна из особенностей технологии ATM, делающей ее очень удобной для применения в сложных сетях. При насыщении какой-либо части сети слишком интенсивным трафиком конечных узлов не нужно переходить на принципиально новую технологию, достаточно просто установить новый, более скоростной интерфейсный модуль коммутатора. Очевидно, что различные принципы коммутации кадров в коммутаторах локальных сетей и в коммутаторах ATM требуют использования каких-то устройств, согласующих работу этих коммутаторов. Одной функции преобразования кадров и ячеек с помощью функций SAR явно недостаточно, так как нужно на основании МАС-адресов конечных узлов сети устанавливать виртуальные пути ячеек через АТМ-коммутаторы. Существуют частные решения отдельных производителей, позволяющие в рамках одного коммутатора совмещать обе технологии. Обычно, для подключения конечных пользователей используются порты традиционных технологий локальных сетей, например, Ethernet, а коммутаторы используют для обмена между собой технологию ATM, более масштабируемую. Имеется и стандартный вариант решения этой задачи. Он носит название LAN Emulation — эмуляции локальных сетей.
315
Часть десятая. Модернизация локальных сетей
Глава 14: Особенности коммутаторов локальных сетей Техническая реализация коммутаторов После того, как технология коммутации привлекла общее внимание и получила высокие опенки специалистов, многие компании занялись реализацией этой технологии в своих устройствах, применяя для этого различные технические решения. Многие коммутаторы первого поколения были похожи на маршрутизаторы, то есть основывались на центральном процессоре общего назначения, связанном с интерфейсными портами по внутренней скоростной шине. Однако, это были скорее пробные устройства, предназначенные для освоения самой компании технологии коммутации, а не для завоевания рынка. Основным недостатком таких коммутаторов была их низкая скорость. Универсальный процессор никак не мог справиться с большим объемом специализированных операций по пересылке кадров между интерфейсными модулями. Для ускорения операций коммутации нужны были специализированные процессоры со специализированными средствами обмена данными, как в первом коммутаторе Kalpana, и они вскоре появились. Теперь коммутаторы используют заказные специализированные БИС, которые оптимизированы для выполнения основных операций коммутации. Часто в одном коммутаторе используется несколько специализированных БИС. каждая из которых выполняет функционально законченную часть операций. В настоящее время коммутаторы используют в качестве базовой одну из трех схем взаимодействия своих блоков или модулей: •
коммутационная матрица;
•
разделяемая многовходовая память:
•
общая шина.
Часто эти три способа взаимодействия комбинируются в одном коммутаторе.
Коммутаторы на основе коммутационной матрицы Коммутационная матрица — основной и самый быстрый способ взаимодействия процессоров портов, именно он был реализован в первом промышленном коммутаторе локальных сетей. Однако, реализация матрицы возможна только для определенного числа портов, причем сложность схемы возрастает пропорционально квадрату количества портов коммутатора. Матрица состоит из трех уровней двоичных переключателей, которые соединяют свой вход с одним из двух выходов в зависимости от значения бита тэга. Переключатели первого уровня управляются первым битом тэга, второго — вторым, а третьего — третьим. Матрица может быть реализована и по-другому, на основании комбинационных схем другого типа, но ее особенностью все равно остается технология коммутации физических каналов. Известным недостатком этой технологии является отсутствие буферизации данных внутри коммутационной матрицы — если составной канал невозможно построить из-за занятости выходного порта или промежу316
Часть десятая. Модернизация локальных сетей точного коммутационного элемента, то данные должны накапливаться в и> источнике, в данном случае — во входном блоке порта, принявшего кадр.
Коммутаторы с общей шиной Коммутаторы с общей шиной используют для связи процессоров портов высокоскоростную шину, используемую в режиме разделения времени. Эта архитектура коммутаторов на основе универсального процессора, но отличается гем, что шина здесь пассивна, а активную роль выполняют специализированные процессоры портов. Для того, чтобы шина не была узким местом коммутатора, ее производительность должна быть по крайней мере в N/2 раз выше скорости поступления данных во входные блоки процессоров портов. Кроме этого, кадр должен передаваться по шине небольшими частями, по несколько байт, чтобы передача кадров между несколькими портами происходила в псевдопаршительном режиме, не внося задержек в передачу кадра в целом. Размер такой ячейки данных определяется производителем коммутатора. Некоторые производители, например, LANNET (сейчас подразделение компании Madge Networks), выбрали в качестве порции данных, переносимых за одну операцию по шине, ячейку ATM с ее полем данных в 48 байт. Такой подход облегчает трансляцию протоколов локальных сетей в протокол ATM, если коммутатор поддерживает эти технологии. Входной блок процессора помещает в ячейку, переносимую по шине, тэг. в котором указывает номер порта назначения. Каждый выходной блок процессора порта содержит фильтр тэгов, который выбирает тэги, предназначенные данному порту. Шина, так же как и коммутационная матрица, не может осуществлять промежуточную буферизацию, но так как данные кадра разбиваются на небольшие ячейки, то задержек с начальным ожиданием доступности выходного порта в такой схеме нет.
Коммутаторы с разделяемой памятью Третья базовая архитектура взаимодействия портов — двухвходовая разделяемая память. Входные блоки процессоров портов соединяются с переключаемым входом разделяемой памяти, а выходные блоки этих же процессоров соединяются с переключаемым выходом этой памяти. Переключением входа и выхода разделяемой памяти управляет менеджер очередей выходных портов. В разделяемой памяти менеджер организует несколько очередей данных, по одной для каждого выходного порта. Входные блоки процессоров передают менеджеру портов запросы на запись данных в очередь того порта, который соответствует адресу назначения пакета. Менеджер по очереди подключает вход памяти к одному из входных блоков процессоров и тот переписывает часть данных кадра в очередь определенного выходного порта. По мере заполнения очередей менеджер производит также поочередное подключение выхода разделяемой памяти к выходным блокам процессоров портов, и данные из очереди переписываются в выходной буфер процессора. Память должна быть достаточно быстродействующей для поддержания скорости переписи данных между N портами коммутатора. Применение обшей буферной памяти, гибко распределяемой менеджером между отдельными пор'гами, снижает требования к размеру буферной памяти процессора порта. 317
Часть десятая. Модернизация локальных сетей
Комбинированные коммутаторы У каждой из описанных архитектур есть свои преимущества и недостатки, поэтому часто в сложных коммутаторах эти архитектуры применяются в комбинации друг с другом. Коммутатор состоит из модулей с фиксированным количеством портов (28). выполненных на основе специализированной БИС (ASIC), реализующей архитектуру коммутационной матрицы. Если порты, между которыми нужно передать кадр данных, принадлежат одному модулю, то передача кадра осуществляется процессорами модуля на основе имеющейся в модуле коммутационной матрицы. Если же порты принадлежат разным модулям, то процессоры общаются по общей шине. При такой архитектуре передача кадров внутри модуля будет происходить чаще всего быстрее, чем при межмодульной передаче, так как коммутационная матрица — наиболее быстрый, хотя и наименее масштабируемый способ взаимодействия портов. Скорость внутренней шины коммутаторов может достигать нескольких Гб/с, а у наиболее мощных моделей — до 10-14 Гб/с. Можно представить и другие способы комбинировании архитектур, например, использование для взаимодействия модулей разделяемой памяти.
Модульные и стековые коммутаторы В конструктивном отношении коммутаторы делятся на: • автономные коммутаторы с фиксированным количеством портов; модульные коммутаторы на основе шасси; •
коммутаторы с фиксированным количеством портов, собираемые в стек.
Первый тип коммутаторов обычно предназначен для организации небольших рабочих групп. Модульные коммутаторы на основе шасси чаще всего предназначены для применения на магистрали сети. Поэтому они выполняются на основе какой-либо комбинированной схемы, в которой взаимодействие модулей организуется по быстродействующей шине или же на основе быстрой разделяемой памяти большого объема. Модули такого коммутатора выполняются на основе технологии «hot swap», то есть допускают замену на ходу, без выключения коммутатора, так как центральное коммуникационное устройство сети не должно иметь перерывов в работе. Шасси обычно снабжается резервированными источниками питания и резервированными вентиляторами, в тех же целях. В целом такие коммутаторы напоминают маршрутизаторы высшего класса или корпоративные многофункциональные концентраторы, поэтому иногда они включают помимо модулей коммутации и модули повторителей или маршрутизатров. С технической точки зрения определенный интерес представляют стековые коммутаторы. Эти устройства представляют собой коммутаторы, которые могут работать автономно, так как выполнены в отдельном корпусе, но имеют специальные интерфейсы, которые позволяют их объединять в общую систему, которая работает как единый коммутатор. Говорят, что в этом случае отдельные коммутаторы образуют стек. Обычно такой специальный интерфейс представляет собой высокоскоростную шину, которая позволяет объединить отдельные корпуса подобно модулям 318
Часть десятая. Модернизация локальных сетей в коммутаторе на основе шасси. Так как расстояния между корпусами больше, чем между модулями на шасси, скорость обмена по шине обычно ниже, чем у модульных коммутаторов: 200-400 Мб/с. Не очень высокие скорости обмена между коммутаторами стека обусловлены также тем, что стековые коммутаторы обычно занимают промежуточное положение между коммутаторами с фиксированным количеством портов и коммутаторами на основе шаеси. Стековые коммутаторы применяются для создания сетей рабочих групп и отделов, поэтому сверхвысокие скорости шин обмена им не очень нужны и не соответствуют их ценовому диапазону. Компания Cisco предложила другой подход к организации стека. Ее коммутатор Catalyst 3000 (ранее называвшийся EtherSwitch Pro Stack) также имеет специальный скоростной интерфейс 280 Мб/с для организации стека, но с его помощью коммутаторы соединяются не друг с другом, а с отдельным устройством, содержащим коммутапионную матрицу 8x8, организующую более высокопроизводительный обмен между любыми парами коммутаторов.
Глава 15: Характеристики производительности коммутаторов Основными характеристиками коммутатора, измеряющими его производительность, являются; • скорость фильтрации (filtering); •
скорость маршрутизации (forwarding);
•
пропускная способность (throughput);
•
задержка передачи кадра.
Кроме того, существует несколько характеристик коммутатора, которые в наибольшей степени алияют на указанные характеристики производительности. К ним относятся: • размер буфера (буферов) кадров; •
производительность внутренней шины;
•
производительность процессора иди процессоров;
•
размер внутренней адресной таблицы.
Скорость фильтрации и скорость продвижения Скорость фильтрации и продвижения кадров — это две основные характеристики производительности коммутатора. Эти характеристики являются интегральными показателями, они не зависят от того, каким образом технически реализован коммутатор. Скорость фильтрации определяет скорость, с которой коммутатор выполняет следующие этапы обработки кадров: • прием кадра в свой буфер, •
просмотр адресной таблицы с целью нахождения порта для адреса назначения кадра, 319
Часть десятая. Модернизация локальных сетей •
уничтожение кадра, так как его порт назначения совпадает с портом-источником.
Скорость продвижения определяет скорость, с которой коммутатор выполняет следующие этапы обработки кадров: • прием кадра в свой буфер, просмотр адресной таблицы с целью нахождения порта для адреса назначения кадра, •
передача кадра в сеть через найденный по адресной таблице порт назначения.
Как скорость фильтрации, так и скорость продвижения измеряются обычно в кадрах в секунду. Если в характеристиках коммутатора не уточняется, для какого протокола и для какого размера кадра приведены значения скоростей фильтрации и продвижения, то по умолчанию считается, что эти показатели даются для протокола Ethernet и кадров минимального размера, то есть кадров длиной 64 байта (без преамбулы), с полем данных в 46 байт. Если скорости указаны для какого-либо определенного протокола, например, Token Ring или FDDI, то они также даны для кадров минимальной длины этого протокола (например, кадров длины 29 байт для протокола FDDI). Применение в качестве основного показателя скорости работы коммутатора кадров минимальной длины объясняется тем, что такие кадры всегда создают для коммутатора наиболее тяжелый режим работы по сравнению с кадрами другого формата при равной пропускной способности переносимых пользовательских данных. Поэтому при проведении тестирования коммутатора режим передами кадров минимальной длины используется как наиболее сложный тест, который должен проверить способность коммутатора работать при наихудшем сочетании для него параметров трафика. Кроме того, для пакетов минимальной длины скорость фильтрации и продвижения имеют максимальное значение, что имеет немаловажное значение при рекламе коммутатора. Пропускная способность коммутатора измеряется количеством переданных в единицу времени через его порты пользовательских данных. Так как коммутатор работает на канапьном уровне, то для него пользовательскими данными являются те данные, которые переносятся в поле данных кадров протоколов канального уровня — Ethernet, Token Ring, FDDI. Максимальное значение пропускной способности коммутатора всегда достигается на кадрах максимальной длины, так как при этом и доля накладных расходов на служебную информацию кадра гораздо ниже, чем для кадров минимальной длины, и время выполнения коммутатором операций по обработке кадра, приходящееся на один байт пользовательской информации, существенно меньше. Зависимость пропускной способности коммутатора от размера передаваемых кадров хорошо иллюстрирует пример протокола Ethernet, для которого при передаче кадров минимальной длины достигается скорость передачи в 14880 кадров в секунду и пропускная способность 5.48 Мб/с, а при передаче кадров максимальной длины — скорость передачи в 812 кадров в секунду и пропускная способность 9.74 Мб/с. Пропускная способность падает почти в два раза при переходе на кадры минимальной длины, и это еше без учета потерь времени на обработку кадров коммутатором. Задержка передачи кадра измеряется как время, прошедшее с момента прихода первого байта кадра на входной порт коммутатора до момента появления это320
Часть десятая. Модернизация локальных сетей го байта на выходном порту коммутатора. Задержка складывается из времени, затрачиваемого на буферизацию байт кадра, а также времени, затрачиваемого нл обработку кадра коммутатором — просмотр адресной таблицы, принятие решения о фильтрации или продвижении и получения доступа к среде выходного порта. Величина вносимой коммутатором задержки зависит от режима его работы. Если коммутация осуществляется «на лету», то задержки обычно невелики и составляют от 10 мкс до 40 мкс, а при полной буферизации кадров — от 50 мкс до 200 .мкс (для кадров минимальной длины). Коммутатор — это многопортовое устройство, поэтому для него принято все приведенные выше характеристики (кроме задержки передачи кадра) давать в двух вариантах. Первый вариант — суммарная производительность коммутатора при одновременной передаче трафика по всем его портам, второй вариант — производительность, приведенная в расчете на один порт. Так как при одновременной передаче трафика несколькими портами существует огромное количество вариантов трафика, отличающегося размерами кадров в потоке, распределением средней интенсивности потоков кадров между портами назначения, коэффициентами вариааии интенсивности потоков кадров, то при сравнении коммутаторов по производительности необходимо принимать во внимание, для какого варианта трафика получены публикуемые данные производительности. К сожалению, для коммутаторов (как, впрочем, и для маршрутизаторов) не существует общепринятых тестовых образцов трафика, которые можно было бы применять для получения сравнимых характеристик производительности, как это делается для получения таких характеристик производительности вычислительных систем, как ТРС-А или SPECint92. Некоторые лаборатории, постоянно проводящие тестирование коммуникационного оборудования, разработали детальные описания условий тестирования коммутаторов и используют их в своей практике, однако общепромышленными эти тесты пока не стали,
Оценка необходимой общей производительности коммутатора В идеатьном случае коммутатор, установленный в сети, передает кадры между узлами, подключенными к его портам, с той скоростью, с которой узлы генерируют эти кадры, не внося дополнительных задержек и не теряя ни одного кадра, В реальной практике коммутатор всегда вносит некоторые задержки при передаче кадров, а также может некоторые кадры терять, то есть не доставлять их адресатам. Из-за различий во внутренней организации разных моделей коммутаторов, трудно предвидеть, как тот или иной коммутатор будет передавать кадры какого-то конкретного образца трафика. Лучшим критерием по-прежнему остается практика, когда коммутатор ставится в реальную сеть и измеряются вносимые им задержки и количество потерянных кадров. Однако, существуют несложные расчеты, которые могут дать представление о том, как коммутатор будет вести себя в реальной ситуации. Основой для оценки того, как будет справляться коммутатор со связью узлов или сегментов, подключенных к его портам, являются данные о средней и н тенсивности трафика между узлами сети. Это означает, что нужно каким-то образом оценить, сколько в среднем кадров в секунду узел, подключенный к порту Р2, генерирует узлу, подключенному к порту Р4 (трафик Р24), узлу, подключенному к порту РЗ (трафик Р23), и так далее, до узла, подключенного к порту Р6. Затем 321
Часть десятая. Модернизация локальных сетей эту процедуру нужно повторить для трафика, генерируемого узами, подключенными к портам 3, 4, 5 и 6. В общем случае, интенсивность трафика, генерируемого одним узлом другому, не совпадает с интенсивностью трафика, генерируемого в обратном направлении. Результатом исследования трафика будет построение матрицы трафика. Трафик можно измерять как в кадрах в секунду, так и в битах в секунду. Так как затем требуемые значения трафика будут сравниваться с показателями производительности коммутатора, то нужно их иметь в одних и тех же единицах. Для определенности будем считать, что в рассматриваемом примере трафик и производительность коммутатора измеряются в битах в секунду. Подобную матрицу строят агенты RMON MIB (переменная Traffic Matrix), встроенные в сетевые адаптеры или другое коммуникационное оборудование. Для того, чтобы коммутатор справился с поддержкой требуемой матрицы трафика, необходимо выполнение нескольких условий. 1. Общая производительность коммутатора должна быть больше или равна суммарной интенсивности передаваемого трафика: В 2: Ец Pij где В — общая производительность коммутатора, Pij — средняя интенсивность трафика от 1-го порта к j-му; сумма берется по всем портам коммутатора, от 1 до 6.
Если это неравенство не выполняется, то коммутатор заведомо не будет справляться с потоком поступающих в него кадров и они будут теряться из-за переполнения внутренних буферов. Так как в формуле фигурируют средние значения интенсивностей трафика, то никакой, даже очень большой размер внутреннего буфера или буферов коммутатора не сможет компенсировать слишком медленную обработку кадров. Суммарная производительность коммутатора обеспечивается достаточно высокой производительностью каждого его отдельного элемента — процессора порта, коммутационной матрицы, общей шины, соединяющей модули. Независимо от внутренней организации коммутатора и способов конвейеризации его операций, можно определить достаточно простые требования к производительности его элементов, которые являются необходимыми для поддержки заданной матрица трафика. Перечислим некоторые из них. 2. Номинальная максимальная производительность протокола каждого порта коммутатора должна быть не меньше средней интенсивности суммарного трафика, проходящего через порт: Ch £ Sj Pkj + Zi Pik где С> — номинальная максимальная производительность протокола k-ro порта (например, если k-ый порт поддерживает Ethernet, то Ck равно 10 Мб/с), первая сумма равна интенсивности выходящего из порта трафика, а вторая — входящего. Эта формула полагает, что порт коммутатора работает в стандартном полудуплексном режиме, для полнодуплексного режима величину G нужно удвоить. 3. Производительность процессора каждого порта должна быть не меньше средней интенсивности суммарного трафика, проходящего через порт. Условие аналогично предыдущему, но вместо номинальной производительности поддер-
322
Часть десятая. Модернизация локальных сетей живаемого протокола в ней должна использоваться производительность процессора порта. 4. Производительность внутренней ш и н ы коммутатора должна быть не меньше средней интенсивности суммарного трафика, передаваемого между портами, принадлежащими разным модулям коммутатора: Btus > 2ij Pij где Bblls — производительность общей шины коммутатора, а сумма Eij Pij берется только по тем 1 и], которые принадлежат разным модулям. Эта проверка должна выполняться, очевидно, только для тех коммутаторов, которые имеют внутреннюю архитектуру модульного типа с использованием общей шины для межмодульного обмена. Для коммутаторов с другой внутренней организацией, например, с разделяемой памятью, несложно предложить аначогичные формулы для проверки достаточной производительности их внутренних элементов. Приведенные условия являются необходимыми для того, чтобы коммутатор в среднем справлялся с поставленной задачей и не терял кадров постоянно. Если хотя бы одно из приведенных условий не будет выполнено, то потери кадров становятся не эпизодическим явлением при пиковых значениях трафика, а явлением постоянным, так как даже средние значения трафика превышают возможности коммутатора. Условия 1 и 1 применимы для коммутаторов с любой внутренней организацией, а условия 3 и 4 приведены в качестве примера необходимости учета производительности отдельных портов. Так как производители коммутаторов стараются сделать свои устройства как можно более быстродействующими, то общая внутренняя производительность коммутатора часто с некоторым запасом превышает среднюю интенсивность любого варианта трафика, который можно направить на порты коммутатора в соответствии с их протоколами. Такие коммутаторы называются неблокирующими, что подчеркивает тот факт, что любой вариант трафика передается без снижения его интенсивности. Однако, какой бы общей производительностью не обладал коммутатор, всегда можно указать для него такое распределение трафика между портами, с которым коммутатор не справится и начнет неизбежно терять кадры. Для этого достаточно, чтобы суммарный трафик, передаваемый через коммутатор для какогонибудь его выходного порта, превысил максимальную пропускную способность протокола этого порта. В терминах условия 2 это будет означать, что второе слагаемое £ Pik превышает пропускную способность протокола порта С.. Напри ivf ер. если порты Р4, Р5 и Р6 будут посылать на порт Р2 каждый по 5 Мб/с, то порт Р2 не сможет передавать в сеть трафик со сред ней интенсивностью 15 Мб/с, даже если процессор этого порта обладает такой производительностью. Буфер порта Р2 будет заполняться со скоростью 15 Мб/с, а опустошаться со скоростью максимум 10 Мб/с, поэтому количество необработанных данных будет расти со скоростью 5 Мб/с, неизбежно приводя к переполнению любого буфера конечного размера, а значит и к потере кадров. Из приведенного примера видно, что коммутаторы могут полностью использовать свою высокую внутреннюю производительность только в случае хорошо сбалансированного трафика, когда вероятности передачи кадров от одного 323
Часть десятая. Модернизация локальных сетей порта другим примерно равны. При «перекосах» трафика, когда несколько порто в посылают свой трафик преимущественно одному порту, коммутатор может не справиться с поставленной задачей даже не из-за недостаточной производительности своих процессоров портов, а по причине ограничений протокола порта, Коммутатор может терять большой процент кадров и в тех случаях, когда все приведенные условия соблюдаются, так как они являются необходимыми, но недостаточными для своевременного продвижения получаемых на приемниках портов кадров. Эти условия недостаточны потому, что они очень упрощают процессы передачи кадров через коммутатор, Ориентация только на средние значения интенсивностей потоков не учитывает коллизий, возникающих между передатчиками порта и сетевого адаптера компьютера, потерь на время ожидания доступа к среде и других явлений, которые обусловлены случайными моментами генерации кадров, случайными размерами кадров и другими случайными факторами, значительно снижающими реальную производительность коммутатора. Тем не менее использование приведенных оценок полезно, так как позволяет выявить случаи, когда применение конкретной модели коммутатора для конкретной сети заведомо неприемлемо. Так как интенсивности потоков кадров между узлами сети оценить удается далеко не всегда, то в заключение этого раздела приведем соотношение, которое позволяет говорить о том, что коммутатор обладает достаточной внутренней производительностью для поддержки потоков кадров в том случае, если они проходят через все его порты с максимальной интенсивностью. Другими словами, получим условие того, что при данном наборе портов коммутатор является неблокирующим. Очевидно, что коммутатор будет неблокирующим, если общая внутренняя производительность коммутатора В равна сумме максимальных пропускных способностей протоколов всех его портов О: В = £< Ск
То есть, если у коммутатора имеется, например, 12 портов Ethernet и 2 порта Fast Ethernet, то внутренней производительности в 320 Мб/с будет достаточно для обработки любого распределения трафика, попавшего в коммутатор через его порты. Однако, такая внутренняя производительность является избыточной, так как коммутатор предназначен не только для приема кадров, но и для их передачи на порт назначения. Поэтому все порты коммутатора не могут постоянно с максимальной скоростью только принимать информацию извне — средняя интенсивность уходящей через все порты коммутатора информации должна быть равна средней интенсивности принимаемой информации. Следовательно, максимальная скорость передаваемой через коммутатор информации в стабильном режиме равна половине суммарной пропускной способности всех портов — каждый входной кадр является для какого-либо порта выходным кадром. В соответствии с этим утверждением для нормальной работы коммутатора достаточно, чтобы его внутренняя общая производительность была равна половине суммы максимальных пропускных способностей протоколов всех его портов: В = (2* СО/2 Поэтому, для коммутатора с 12 портами Ethernet и 2 портами Fast Ethernet вполне достаточно иметь среднюю общую производительность в 160 Мб/с, для нормальной работы по передаче любых вариантов распределения трафика, которые могут быть переданы его портами в течение достаточно длительного периода 324
Часть десятая. Модернизация локальных сетей времени. Еще раз нужно подчеркнуть, что это условие гарантирует только то, что внутренние элементы коммутатора — процессоры портов, межмодульная шина, центральный процессор — справятся с обработкой поступающего трафика. Асимметрия в распределении этого трафика по выходным портам всегда может привести к невозможности своевременной передачи трафика в сеть из-за ограничений протокола порта. Для предотвращения потерь кадров многие производители коммутаторов применяют фирменные решения, позволяющие «притормаживать» передатчики узлов, подключенных к коммутатору, то есть вводят элементы управления потоком не модифицируя протоколы портов конечных узлов. Эти способы будут рассмотрены ниже при рассмотрении дополнительных возможностей коммутаторов. Кроме пропускных способностей отдельных элементов коммутатора, таких как процессоры портов или общая шина, на производительность коммутатора влияют такие его параметры как размер адресной таблицы и объем общего буфера или отдельных буферов портов.
Размер адресной таблицы Максимальная емкость адресной таблицы определяет максимальное количество MAC-адресов, е которыми может одновременно оперировать коммутатор. Так как коммутаторы чаще всего используют для выполнения операций каждого порта выделенный процессорный блок со своей памятью для хранения экземпляра адресной таблицы, то размер адресной таблицы для коммутаторов обычно приводится в расчете на один порт. Экземпляры адресной таблицы разных процессорных модулей не обязательно содержат одну и ту же адресную информацию — скорее всего повторяющихся адресов будет не так много, если только распределение трафика каждого порта не полностью равновероятное между остальными портами. Каждый порт хранит только те наборы адресов, которыми он пользуется в последнее время. Значение максимального числа МАС-адресов, которое может запомнить процессор порта, зависит от области применения коммутатора. Коммутаторы рабочих групп обычно поддерживают всего несколько адресов на порт, так как они предназначены для образования микросегментов. Коммутаторы отделов должны поддерживать несколько сотен адресов, а коммутаторы магистралей сетей — до нескольких тысяч, обычно 4К-8К адресов. Недостаточная емкость адресной таблицы может служить причиной замедления работы коммутатора и засорения сети избыточным трафиком. Если адресная таблица процессора порта полностью заполнена, а он встречает новый адрес источника в поступившем пакете, то он должен вытеснить из таблицы какой-либо старый адрес и поместить на его место новый. Эта операция сама по себе отнимет у процессора часть времени, но главные потери производительности будут наблюдаться при поступлении кадра с адресом назначения, который пришлось удалить из адресной таблицы. Так как адрес назначения кадра неизвестен, то коммутатор должен передать этот кадр на все остальные порты. Эта операция будет создавать лишнюю работу для многих процессоров портов, кроме того, копии этого кадра будут попадать и на те сегменты сети, где они совсем необязательны. Некоторые производители коммутаторов решают эту проблему за счет изменения алгоритма обработки кадров с неизвестным адресом назначения. Один из портов коммутатора конфигурируется как магистральный порт, на который по 325
Часть десятая. Модернизация локальных сетей умолчанию передаются все кадры с неизвестным адресом. В маршрутизаторах такой прием применяется давно, позволяя сократить размеры адресных таблиц в сетях, организованных по иерархическому принципу. Передача кадра на магистральный порт производится в расчете на то, что этот порт подключен к вышестоящему коммутатору, который имеет достаточную емкость адресной таблицы и знает, куда нужно передать любой кадр. Пример успешной передачи кадра при использовании магистрального порта заключается в том, что коммутатор верхнего уровня имеет информацию о всех узлах сети, поэтому кадр с адресом назначения МАСЗ, переданный ему через магистральный порт, он передает через порт 2 коммутатору, к которому подключен узел с адресом МАСЗ. Хотя метод магистрат ьного порта и будет работать эффективно во многих случаях, но можно представить такие ситуации, когда кадры будут просто теряться. Одна из таких ситуаций следующая: коммутатор нижнего уровня удалил из своей адресной таблицы адрес МАС8, который подключен к его порту 4, для того, чтобы освободить место для нового адреса МАСЗ, При поступлении кадра с адресом назначения MACS, коммутатор передает его на магистральный порт 5, через который кадр попадает в коммутатор верхнего уровня. Этот коммутатор видит по своей адресной таблице, что адрес MACS принадлежит его порту 1, через который он и поступил в коммутатор. Поэтому кадр далее не обрабатывается и просто отфильтровывается, а, следовательно, не доходит до адресата. Поэтому более надежным является использование коммутаторов с достаточным количеством адресной таблицы для каждого порта, а также с поддержкой общей адресной таблицы модулем управления коммутатором.
Объем буфера Внутренняя буферная память коммутатора нужна для временного хранения кадров данных в тех случаях, когда их невозможно немедленно передать на выходной порт. Буфер предназначен для сглаживания кратковременных пульсаций трафика. Ведь даже если трафик хорошо сбалансирован и производительность процессоров портов, а также других обрабатывающих элементов коммутатора достаточна для передачи средних значений трафика, то это не гарантирует, что их производительности хватит при очень больших пиковых значениях нагрузок. Например, трафик может в течение нескольких десятков миллисекунд поступать одновременно на все входы коммутатора, не давая ему возможности передавать принимаемые кадры на выходные порты. Для предотвращения потерь кадров при кратковременном многократном превышении среднего значения интенсивности трафика (а для локальных сетей часто встречаются значения коэффициента пульсации трафика в диапазоне 50100) единственным средством служит буфер большого объема. Как и в случае адресных таблиц, каждый процессорный модуль порта обычно имеет свою буферную память для хранения кадров. Чем больше объем этой памяти, тем менее вероятны потери кадров при перегрузках, хотя при несбалансированности средних значений трафика буфер все равно рано или поздно переполниться. Обычно коммутаторы, предназначенные для работы в ответственных частях сети, имеют буферную память в несколько десятков или сотен килобайт на порт. Хорошо, когда эту буферную память можно перераспределять между несколькими портами, так как одновременные перегрузки по нескольким портам
326
Часть десятая. Модернизация локальных сетей маловероятны. Дополнительным средством защиты может служить общий для всех портов буфер в модуле управления коммутатором. Такой буфер обычно имеет объем в несколько мегабайт.
Глава 16: Дополнительные возможности коммутаторов Так как коммутатор представляет собой сложное вычислительное устройство, имеющее несколько процессорных модулей, то естественно нагрузить его помимо выполнения основной функции передачи кадров с порта на порт по алгоритму моста и некоторыми дополнительными функциями, полезными при построении надежных и гибких сетей. Ниже описываются наиболее распространенные дополнительные функции коммутаторов, которые поддерживаются большинством производителей коммуникационного оборудования.
Трансляция протоколов канального уровня Коммутаторы могут выполнять трансляцию одного протокола канального уровня в другой, например, Ethernet в FDD1, Fast Ethernet в Token Ring. При этом они работают по тем же алгоритмам, что и транслирующие мосты, то есть в соответствии со спецификациями RFC 1042 и 802. Ш, определяющими правила преобразования полей кадров разных протоколов. Трансляцию протоколов локальных сетей облегчает тот факт, что наиболее сложную работу, которую часто выполняют маршрутизаторы и шлюзы при объединении гетерогенных сетей, а именно работу по трансляции адресной информации, в данном случае выполнять не нужно. Все конечные узды локальных сетей имеют уникальные адреса одного и того же формата, независимо от поддерживаемого протокола. Поэтому адрес сетевого адаптера Ethernet понятен сетевому адаптеру FDDI, и они могут использовать эти адреса в полях своих кадров не задумываясь о том, что узел, с которым они взаимодействуют, принадлежит сети, работающей по другой технологии. Поэтому при согласовании протоколов локальных сетей коммутаторы не строят таблиц соответствия адресов узлов, а переносят адреса назначения и источника из кадра одного протокола в кадр другого протокола. Единственным преобразованием, которое, возможно, придется при этом выполнить, является преобразование порядка бит в байте, если согласуется сеть Ethernet с сетью Token Ring или FDDF. Это связано с тем, что в сетях Ethernet принята так называемая каноническая форма передачи адреса по сети, когда сначала передается самый младший бит самого старшего байта адреса. В сетях FDDI и Token Ring всегда передается сначала самый старший бит самого старшего байта адреса. Так как технология lOOVG-AnylAN использует кадры или Ethernet или Token Ring, то ее трансляция в другие технологии зависит от того, кадры каких протоколов используются в данном сегменте сети lOOVG-AnyLAN. Кроме изменения порядка бит при передаче байт адреса, трансляция протокола Ethernet (и Fast Ethernet, который использует формат кадров Ethernet) в протоколы FDDI и Token Ring включает выполнение следующих (возможно не всех) операций:
327
Часть десятая. Модернизация локальных сетей •
Вычисление длины поля данных кадра и помещение этого значения в поле Length при передаче кадра из сети FDDI или Token Ring в сеть Ethernet 802,3 (в кадрах FDDI и Token Ring поле длины отсутствует).
•
Заполнение полей статуса кадра при передаче кадров из сети FDDI или Token Ring в сеть Ethernet. Кадры FDD1 и Token Ring имеют два бита, которые должны быть установлены станцией, которой предназначался кадр — бит распознавания адреса А и бит копирования кадра С. При получении кадра станция должна установить эти два бита для того, чтобы кадр, вернувшийся по кольцу к станции, его сгенерировавшей, принес данные обратной связи. При передаче коммутатором кадра в другую сеть нет стандартных правил для установки бит А и С в кадре, который возвращается по кольцу к станции-источнику. Поэтому производители коммутаторов решают эту проблему по своему усмотрению,
•
Отбрасывание кадров, передаваемых из сетей FDDI или Token Ring в сеть Ethernet с размером поля данных большим, чем 1500 байт. так как это максимально возможное значение поля данных для сетей Ethernet. В дальнейшем возможно усечение максимального размера поля данных сетей FDDI или Token Ring средствами протоколов верхнего уровня, например, TCP. Другим вариантом решения этой проблемы является поддержка коммутатором IP фрагментации, но это требует, во-первых, реализации в коммутаторе протокола сетевого уровня, а во-вторых, поддержки протокола IP взаимодействующими узлами транслируемых сетей.
•
Заполнение поля Туре (тип протокола в поле данных) кадра Ethernet II при приходе кадров из сетей, поддерживающих кадры FDDI или Token Ring, в которых это поле отсутствует. Для сохранения информации поля Туре в стандарте RFC 1042 предлагается использовать поле Туре заголовка кадра LLC/SNAP, вкладываемого в поле данных МАС-кадра протоколов FDDI или Token Ring. При обратном преобразовании значение из поля Туре заголовка LLC/SNAP переносится в поле Туре кадра Ethernet II.
•
Пересчет контрольной суммы кадра в соответствии со сформированными значениями служебных полей кадра.
Поддержка алгоритма Spanning Tree Алгоритм Spanning Tree (STA) позволяет коммутаторам автоматически определять древовидную конфигурацию связей в сети при произвольном соединения портов между собой. Как уже отмечалось, для нормальной работы коммутатора требуется отсутствие замкнутых маршрутов в сети. Эти маршруты могут создаваться администратором специально для образования резервных связей или же возникать случайным образом, что вполне возможно, если сеть имеет многочисленные связи, а кабельная система плохо структурирована или документирована.
328
Часть десятая. Модернизация локальных сетей Поддерживающие алгоритм STA коммутаторы автоматически создают активную древовидную конфигурацию связей (то есть связную конфигурацию без петель) на множестве всех связей сети. Такая конфигурация называется покрывающим деревом — Spanning Tree (иногда ее называют остовным или основным деревом), и ее название дало имя всему алгоритму. Коммутаторы находят покрывающее дерево адаптивно с помощью обмена служебными пакетами. Реализация в коммутаторе алгоритма STA очень важна для работы в больших сетях — если коммутатор не поддерживает этот алгоритм, то администратор должен самостоятельно определить, какие порты нужно перевести в заблокированное состояние, чтобы исключить петли. К тому же при отказе какой-либо связи, порта или коммутатора администратор должен, во-первых, обнаружить факт отказа, а, вовторых, ликвидировать последствия отказа, переведя резервную связь в рабочий режим путем активизации некоторых портов.
Основные определения В сети определяется корневой коммутатор (root switch), от которого строится дерево. Корневой коммутатор может быть выбран автоматически или назначен администратором. При автоматическом выборе корневым становится ком мутатор с меньшим значением МАОадреса его блока управления. Для каждого коммутатора определяется корневой порт (root port) — это порт, который имеет по сети кратчайшее расстояние до корневого коммутатора (точнее, до любого из портов корневого коммутатора). Затем для каждого сегмента сети выбирается так называемый назначенный порт (designated port) — это порт, который имеет кратчайшее расстояние от данного сегмента до корневого коммутатора. Понятие расстояния играет важную роль в построении покрывающего дерева. Именно по этому критерию выбирается единственный порт, соединяющий каждый коммутатор с корневым коммутатором, и единственный порт, соединяющий каждый сегмент сети с корневым коммутатором. Все остальные порты переводятся в резервное состояние, то есть такое, при котором они не передают обычные кадры данных. Можно доказать, что при таком выборе активных портов в сети исключаются петли и оставшиеся связи образуют покрывающее дерево. Расстояние до корня определяется как суммарное условное время на передачу данных от порта данного коммутатора до порта корневого коммутатора. При этом считается, что время внутренних передач данных (с порта на порт) коммутатором пренебрежимо мало, а учитывается только время на передачу данных по сегментам сети, соединяющим коммутаторы. Условное время сегмента рассчитывается как время, затрачиваемое на передачу одного бита информации в 10-наносекундных единицах между непосредственно связанными по сегменту сети портами. Так, для сегмента Ethernet это время равно 10 условным единицам, а для сегмента Token Ring 16 Мб/с — 6.25. (Алгоритм STA не связан с каким-либо определенным стандартом канального уровня, он может применяться к коммутаторам, соединяющим сети различных технологий.) Для автоматического определения начальной активной конфигурации дерева все коммутаторы сети после их инициализации начинают периодически обмениваться специальными пакетами, называемыми протокольными блоками данных моста — BPDU (Bridge Protocol Data Unit), что отражает факт первоначальной разработки алгоритма STA для мостов.
329
Часть десятая. Модернизация локальных сетей Пакеты BPDU помещаются в поле данных кадров канального уровня, например, кадров Ethernet или FDDI. Желательно, чтобы все коммутаторы поддерживали общий групповой адрес, с помощью которого кадры, содержащие пакеты BPDU, могли одновременно передаваться всем коммутаторам сети. Иначе пакеты BPDU рассылаются широковещательно. Пакет BPDU имеет следующие поля: • Идентификатор версии протокола STA — 2 байта. Коммутаторы должны поддерживать одну и туже версию протокола STA, иначе может установиться активная конфигурация с петлями. Тип BPDU — 1 байт. Существует два типа BPDU — конфигурационный BPDU, то есть заявка на возможность стать корневым коммутатором, на основании которой происходит определение активной конфигурации, и BPDU уведомления о реконфигурации, которое посылается коммутатором, обнаружившим событие, требующее проведения реконфигурации — отказ линии связи, отказ порта, изменение приоритетов коммутатора или портов. •
Флаги — 1 байт. Один бит содержит флаг изменения конфигурации, второй бит — флаг подтверждения изменения конфигурации. Идентификатор корневого коммутатора — 8 байтов.
•
Расстояние до корня — 2 байта. Идентификатор коммутатора — 8 байтов. Идентификатор порта — 2 байта.
•
Время жизни сообщения — 2 байта. Измеряется в единицах по 0.5 с, служит для выявления устаревших сообщений, Когда пакет BPDU проходит через коммутатор, тот добавляет ко времени жизни пакета время его задержки данным коммутатором.
•
Максимальное время жизни сообщения — 2 байта. Если пакет BPDU имеет время жизни, превышающее максимальное, то он игнорируется коммутаторами.
•
Интервал hello, через который посылаются пакеты BPDU,
•
Задержка смены состояний — 2 байта. Минимальное время перехода портов коммутатора в активное состояние. Такая •задержка необходима, чтобы исключить возможность временного возникновения альтернативных маршрутов при неодновременной смене состояний портов во время реконфигурации.
У пакета BPDU уведомления о реконфигурации отсутствуют все поля, кроме двух первых. После инициализации каждый коммутатор сначала считает себя корневым, Поэтому он начинает через интервал hello генерировать через все свои порты сообщения BPDU конфигурационного типа. В них он указывает свой идентификатор в качестве идентификатора корневого коммутатора (и в качестве данного коммутатора также), расстояние до корня устанавливается в 0, а в качестве иден330
Часть десятая. Модернизация локальных сетей тификатора порта указывается идентификатор того порта, через который передается BPDU. Как только коммутатор получает BPDU, в котором имеется идентификатор корневого коммутатора, меньше его собственного, он перестает генерировать свои собственные кадры BPDU, а начинает ретранслировать только кадры нового претендента на звание корневого коммутатора. При ретрансляции кадров он наращивает расстояние до корня, указанное в пришедшем BPDU, на условное время сегмента, по которому принят данный кадр. При ретрансляции кадров каждый коммутатор для каждого сяоего порта запоминает минимальное расстояние до корня, встретившееся во всех принятых этим портом кадрах BPDU. При завершении процедуры установления конфигурации покрывающего дерева (по времени) каждый коммутатор находит свой корневой порт — это порт, который ближе других портов находится по отношению к корню дерева. Кроме этого, коммутаторы распределенным образом выбирают для каждого сегмента сети назначенный порт. Для этого они исключают из рассмотрения свой корневой порт, а для всех своих оставшихся портов сравнивают принятые по ним минимальные расстояния до корня с расстоянием до корня своего корневого порта. Если у своего порта это расстояние меньше принятых, то это значит, что он является назначенным портом. Все порты, кроме назначенных переводятся в заблокированное состояние и на этом построение покрывающего дерева заканчивается. В процессе нормальной работы корневой коммутатор продолжает генерировать служебные кадры, а остальные коммутаторы продолжают их принимать своими корневыми портами и ретранслировать назначенными. Если у коммутатора нет назначенных портов, то он все равно принимает служебные кадры корневым портом. Если по истечении тайм-аута корневой порт не получает служебный кадр, то он инициатизирует новую процедуру построения покрывающего дерева.
Способы управления потоком кадров Некоторые производители применяют в своих коммутаторах приемы управления потоком кадров, отсутствующие в стандартах протоколов локальных сетей, для предотвращения потерь кадров при перегрузках. Так как потери, даже небольшой доли кадров, обычно намного снижают полезную производительность сети, то при перегрузке коммутатора рационально было бы замедлить интенсивность поступления кадров от конечных узлов в приемники коммутатора, чтобы дать возможность передатчикам разгрузить свои буфера с более высокой скоростью. Алгоритм чередования передаваемых и принимаемых кадров (frame interleave) должен быть гибким и позволять компьютеру в критических ситуациях на каждый принимаемый кадр передавать несколько своих, причем не обязательно снижая при этом интенсивность приема до нуля, а просто уменьшая ее до необходимого уровня. Для реализации такого алгоритма в распоряжении коммутатора должен быть механизм снижения интенсивности трафика подключенных к его портам узлов. У некоторых протоколов локальных сетей, таких как FDDI, Token Ring или lOQVG-AnyLAN имеется возможность изменять приоритет порта и тем самым давать порту коммутатора преимущество перед портом компьютера. У протоколов Ethernet и Fast Ethernet такой возможности нет, поэтому производители коммутаторов для этих очень популярных технологий используют два приема воздействия
331
Часть десятая. Модернизация локальных сетей на конечные узлы. Эти приемы основаны на том, что конечные узлы строго соблюдают все параметры алгоритма доступа к среде, а порты коммутатора — нет. Первый способ «торможения» конечного узла основан на так называемом агрессивном поведении порта коммутатора при захвате среды после окончания передачи очередного пакета или после коллизии. Коммутатор может пользоваться этим механизмом адаптивно, увеличивая степень своей агрессивности по мере необходимости. Второй прием, которым пользуются разработчики коммутаторов — это передача фиктивных кадров компьютеру в том случае, когда у коммутатора нет в буфере кадров для передачи по данному порту, В этом случае коммутатор может и не нарушать параметры алгоритма доступа, честно соревнуясь с конечным узлом за право передать свой кадр. Так как среда при этом равновероятно будет доставаться в распоряжение то коммутатору, то конечному узлу, то интенсивность передачи кадров в коммутатор в среднем уменьшится вдвое. Такой метод называется методом обратного давления (backpressure). Он может комбинироваться с методом агрессивного захвата среды для большего подавления активности конечного узла. Метод обратного давления используется не для того, чтобы разгрузить буфер процессора порта, непосредственно связанного с подавляемым узлом, а разгрузить либо общий буфер коммутатора (если используется архитектура с разделяемой общей памятью), либо раз!рузить буфер процессора другого порта, в который передает свои кадры данный порт. Кроме того, метод обратного давления может применяться в тех случаях, когда процессор порта не рассчитан на поддержку максимально возможного для протокола трафика. Один из первых примеров применения метода обратного давления как раз связан с таким случаем метод был применен компанией LANNET в модулях LSE-1 и LSE-2. рассчитанных на коммутацию трафика Ethernet с максимальной интенсивностью соответственно 1 Мб/с и 2 Мб/с.
Возможности коммутаторов по фильтрации трафика Многие коммутаторы позволяют администраторам задавать дополнительные условия фильтрации кадров наряду со стандартными условиями их фильтрации в соответствии с информацией адресной таблицы. Пользовательские фильтры предназначены для создания дополнительных барьеров на пути кадров, которые ограничивают доступ определенных групп пользователей к определенным сервисам сети. Если коммутатор не поддерживает протоколы сетевого и транспортного уровней, в которых имеются поля, указывающие к какому сервису относятся передаваемые пакеты, то администратору приходится для задания условий интеллектуальной фильтрации определять поле, по значению которого нужно осуществлять фильтрацию, в виде пары «смешение-размер» относительно начала поля данных кадра канального уровня. Поэтому, например, для того, чтобы запретить некоторому пользователю печатать свои документы на определенном принт-сервере NetWare, администратору нужно знать положение поля «номер сокета» в пакете IPX и значение этого поля для принт-сервиса, а также знать МАС-адреса компьютера пользователя и принт-сервера. Обычно условия фильтрации записываются в виде булевских выражений, формируемых с помощью логических операций AND и OR. 332
Часть десятая. Модернизация локальных сетей Наложение дополнительных условий фильтрации может снизить производительность коммутатора, так как вычисление булевских выражений требует проведения дополнительных вычислений процессорами портов. Кроме условий общего вида коммутаторы могут поддерживать специальные условия фильтрации. Одним из очень популярных видов специальных фильтров являются фильтры, создающие виртуальные сегменты. Специальным является и фильтр, используемый многими производителями для защиты сети, построенной на основе коммутаторов.
Коммутация «на лету» или с буферизацией На возможности реализации дополнительных функций существенно сказывается способ передачи пакетов — «налету» или с буферизацией. Как показывает следующая таблица, большая часть дополнительных функций коммутатора требует полной буферизации кадров перед их выдачей через порт назначения в сеть. Функция
На лету
Защита от плехиккадров
Нет
Поддержка разнородных сетей (Ethernet
g .
I , , буферизацией
Да
Низкая ;10 - 411 Mf.fl при НИЧЮЕ н.тгру^е. средняя
Средняя величина задержки коммутаторов работающих «на лету» при высокой нагрузке объясняется тем, что в этом случае выходной порт часто бывает занят приемом другого пакета, поэтому вновь поступивший пакет для данного порта все равно приходится буферизовать. Коммутатор, работающий «на лету», может выполнять проверку некорректности передаваемых кадров, но не может изъять плохой кадр из сети, так как часть его байт (и, как правило, большая часть) уже переданы в сеть. В то же время при небольшой загрузке коммутатор, работающий «на лету», существенно уменьшает задержку передачи кадра, а это может быть важным для чувствительного к задержкам трафика. Поэтому некоторые производители, например Cisco, применяют механизм адаптивной смены режима работы коммутатора. Основной режим такого коммутатора — коммутация «на лету», но коммутатор постоянно контролирует трафик и при превышении интенсивности появления плохих кадров некоторого порога переходит на режим полной буферизации.
Использование различных классов сервиса Эта функция позволяет администратору назначить различным типам кадров различные приоритеты их обработки. При этом коммутатор поддерживает несколько очередей необработанных кадров и может быть сконфигурирован, например, так, что он передает один низкоприоритетный пакет на каждые 10 высокоприоритетных пакетов. Это свойство может особенно пригодиться на низкоскоростных линиях и при наличии приложений, предъявляющих различные требования к допустимым задержкам.
333
Часть десятая. Модернизация локальных сетей Так как не все протоколы канального уровня поддерживают поле приоритета кадра, например, у кадров Ethernet оно отсутствует, то коммутатор должен использовать какой-либо дополнительный механизм для связывания кадра с его приоритетом. Наиболее распространенный способ — приписывание приоритета портам коммутатора. При этом способе коммутатор помещает кадр в очередь кадров соответствующего приоритета в зависимости от того, через какой порт поступил кадр в коммутатор. Способ несложный, но недостаточно гибкий — если к порту коммутатора подключен не отдельный узел, а сегмент, то все узлы сегмента получают одинаковый приоритет. Примером подхода к назначению классов обслуживания на основе портов является технология РАСЕ компании 3Com. Более гибким является назначение приоритетов МАС-адресам узлов, но этот способ требует выполнения большого объема ручной работы администратором.
Поддержка виртуальных сетей Кроме своего основного назначения — повышения пропускной способности связей в сети — коммутатор позволяет локализовывать потоки информации в сети, а также контролировать эти потоки и управлять ими, используя пользовательские фильтры. Однако, пользовательский фильтр может запретить передачи кадров только по конкретным адресам, а широковещательный трафик он передает всем сегментам сети. Так требует алгоритм работы моста, который реализован в коммутаторе, поэтому сети, созданные на основе мостов и коммутаторов иногда называют плоскими — из-за отсутствия барьеров на пути широковещательного трафика. Технология виртуальных сетей (Virtual LAN, VLAN) позволяет преодолеть указанное ограничение. Виртуальной сетью называется группа узлов сети, трафик которой, в том числе и широковещательный, на канальном уровне полностью изолирован от других узлов сети. Это означает, что передача кадров между разными виртуальными сегментами на основании адреса канального уровня невозможна, независимо от типа адреса — уникального, группового или широковещательного. В то же время внутри виртуальной сети кадры передаются по технологии коммутации, то есть только на тот порт, который связан с адресом назначения кадра. Говорят, что виртуальная сеть образует домен широковещательного трафика (broadcast domain), по аналогии с доменом коллизий, который образуется повторителями сетей Ethernet. Назначение технологии виртуальных сетей состоит в облегчении процесса создания независимых сетей, которые затем должны связываться с помощью протоколов сетевого уровня. Для решения этой задачи до появления технологии виртуальных сетей использовались отдельные повторители, каждый из которых образовывал независимую сеть. Затем эти сети связывались маршрутизаторами в единую интерсеть. При изменении состава сегментов (переход пользователя в другую сеть, дробление крупных сегментов) при таком подходе приходится производить физическую перекоммутацию разъемов на передних панелях повторителей или в кроссовых панелях, что не очень удобно в больших сетях — много физической работы, к тому же высока вероятность ошибки.
334
Часть десятая. Модернизация локальных сетей Поэтому для устранения необходимости физической перекоммутации узлов стали применять многосегментные повторители. В наиболее совершенных моделях таких повторителей приписывание отдельного порта к любому из внутренних сегментов производится программным путем, обычно с помошью удобного графического интерфейса. Примерами таких повторителей могут служить концентратор Distributed 5000 компании Bay Networks и концентратор Port Switch компании 3Com. Программное приписывание порта сегменту часто называют статической или конфигурационной коммутацией. Однако, решение задачи изменения состава сегментов с помощью повторителей накладывает некоторые ограничения на структуру сети — количество сегментов такого повторителя обычно невелико, поэтому выделить каждому узлу свой сегмент, как это можно сделать с помощью коммутатора, нереально. Поэтому сети, построенные на основе повторителей с конфигурационной коммутацией, по-прежнему основаны на разделении среды передачи данных между большим количеством узлов, и, следовательно, обладают гораздо меньшей производительностью по сравнению с сетями, построенными на основе коммутаторов. При использовании технологии виртуальных сетей в коммутаторах одновременно решаются две задачи: • повышение производительности в каждой из виртуальных сетей, так как коммутатор передает кадры в такой сети только узлу назначения; •
изоляция сетей друг от друга для управления правами доступа пользователей и создания защитных барьеров на пути широковещательных штормов.
Для связи виртуальных сетей в интерсеть требуется привлечение сетевого уровня. Он может быть реализован в отдельном маршрутизаторе, а может работать и в составе программного обеспечения коммутатора. Технология образования и работы виртуальных сетей с помощью коммутаторов пока не стандартизована, хотя и реализуется в очень широком спектре моделей коммутаторов разных производителей. Положение может скоро измениться, если будет принят стандарт 802.1Q, разрабатываемый в рамках института IEEE. В виду отсутствия стандарта каждый производитель имеет свою технологию виртуальных сетей, которая, как правило, несовместима с технологией других производителей. Поэтому виртуальные сети можно создавать пока на оборудовании одного производителя. Исключение составляют только виртуальные сети, построенные на основе спецификации LANE (LAN Emulation), предназначенной для обеспечения взаимодействия ATM-коммутаторов с традиционным оборудованием локальных сетей. При создании виртуальных сетей на основе одного коммутатора обычно используется механизм группирования в сети портов коммутатора. Это логично, так как виртуальных сетей, построенных на основе одного коммутатора, не может быть больше, чем портов. Если к одному порту подключен сегмент, построенный на основе повторителя, то узлы такого сегмента не имеет смысла включать в разные виртуальные сети — все равно трафик этих узлов будет общим.
335
Часть десятая. Модернизация локальных сетей Создание виртуальных сетей на основе группирования портов не требует от администратора большого объема ручной работы — достаточно каждый порт приписать к нескольким заранее поименованным виртуальным сетям. Обычно такая операция выполняется путем перетаскивания мышью графических символов портов на графические символы сетей. Второй способ, который используется для образования виртуальных сетей основан на группировании МАС-адресов. При существовании в сети большого количества узлов этот способ требует выполнения большого количества ручных операций от администратора. Однако, он оказывается более гибким при построении виртуальных сетей на основе нескольких коммутаторов, чем способ группирования портов. Проблема, возникающую при создании виртуальных сетей на основе нескольких коммутаторов, поддерживающих технику группирования портов в следующем; если узлы какой-либо виртуальной сети подключены к разным коммутаторам, то для соединения коммутаторов каждой такой сети должна быть выделена своя пара портов. В противном случае, если коммутаторы будут связаны только одной парой портов, информация о принадлежности кадра той или иной виртуальной сети при передаче из коммутатора в коммутатор будет утеряна. Таким образом, коммутаторы с группировкой портов требуют для своего соединения столько портов, сколько виртуальных сетей они поддерживают. Порты и кабели используются при таком способе очень расточительно. Кроме того, при соединении виртуальных сетей через маршрутизатор для каждой виртуатьной сети выделяется в этом случае отдельный кабель, что затрудняет вертикальную разводку, особенно если узлы виртуальной сети присутствуют на нескольких этажах. Группирование МАС-адресов в сеть на каждом коммутаторе избавляет от необходимости их связи несколькими портами, однако требует выполнения большого количества ручных операций по маркировке МАС-адресов на каждом коммутаторе сети, Описанные два подхода основаны только на добавлении дополнительной информации к адресным таблицам моста и не используют возможности встраивания информации о принадлежности кадра к виртуатьной сети в передаваемый кадр. Остальные подходы используют имеющиеся или дополнительные поля кадра для сохранения информации и принадлежности кадра при его перемещениях между коммутаторами сети. При этом нет необходимости запоминать в каждом коммутаторе принадлежность всех МАС-адресов интерсети виртуальным сетям. Если используется дополнительное поле с пометкой о номере виртуальной сети, то оно используется только тогда, когда кадр передается от коммутатора к коммутатору, а при передаче кадра конечному узлу оно удатяется. При этом модифицируется протокол взаимодействия «коммутатор-коммутатор», а программное и аппаратное обеспечение конечных узлов остается неизменным. Примеров таких фирменных протоколов много, но общий недостаток у них один — они не поддерживаются другими производителями. Компания Cisco предложила использовать в качестве стандартной добавки к кадрам любых протоколов локальных сетей заголовок протокола 802.10, предназначенного для поддержки функций безопасности вычислительных сетей. Сама компания использует этот метод в тех случаях, когда коммутаторы объединяются между собой по протоколу FDDI. Однако, эта инициатива не была поддержана другими ведущими производителями коммутаторов, поэтому до при336
Часть десятая. Модернизация локальных сетей нятия стандарта 802.IQ фирменные протоколы маркировки виртуальных сетей будут преобладать. Существует два способа построения виртуальных сетей, которые используют уже имеющиеся поля для маркировки принадлежности кадра виртуальной сети, однако эти поля принадлежат не кадрам канальных протоколов, а пакетам сетевого уровня или ячейкам технологии ATM. В первом случае виртуальные сети образуются на основе сетевых адресов, то есть той же информации, которая используется при построении интерсетей традиционным способом — с помощью физически отдельных сетей, подключаемых к разным портам маршрутизатора. Когда виртуальная сеть образуется на основе номеров сетей, то каждому порту коммутатора присваивается один или несколько номеров сетей, например, номеров IP-сетей. Каждый номер IP-сети соответствует одной виртуальной сети. Конечные узлы также должны в этом случае поддерживать протокол IP. При передаче кадров между узлами, принадлежащими одной виртуальной сети, конечные узлы посылают данные непосредственно по МАС-адресу узла назначения, а в пакете сетевого уровня указывают IP-адрес своей виртуальной сети. Коммутатор в этом случае передает кадры на основе МАС-адреса назначения по адресной таблице, проверяя при этом допустимость передач по совпадению IP-номера сети пакета, содержащегося в кадре, и IP-адресу порта назначения, найденному по адресной таблице. При передачах кадра из одного коммутатора в другой, его IPадрес переносится вместе с кадром, а значит коммутаторы могут быть связаны только одной парой портов для поддержки виртуальных сетей, распределенных между несколькими коммутаторами. В случае, когда нужно произвести обмен информацией между узлами, принадлежащими разным виртуальным сетям, конечный узел работает так же, как если бы он находился в сетях, разделенных обычным маршрутизатором. Конечный узел направляет кадр маршрутизатору по умолчанию, указывая его МАС-адрес в кадре, а IP-адрес узла назначения — в пакете сетевого уровня. Маршрутизатором по умолчанию должен быть внутренний блок коммутатора, который имеет определенный МАС-адрес и IP-адрес, как и традиционный маршрутизагор. Кроме того, он должен иметь таблицу маршрутизации, в которой указывается выходной порт для всех номеров сетей, которые существуют в общей интерсети, В отличие от традиционных маршрутизаторов, у которых каждый порт и мест свой номер сети, коммутаторы, поддерживающие сетевой протокол для образования виртуальных сетей, назначают один и тот же номер сети нескольким портам. Кроме того, один и тот же порт может быть связан с несколькими номерами сетей, если через него связываются коммутаторы. Часто коммутаторы не поддерживают функции автоматического построения таблиц маршрутизации, которые поддерживаются протоколами маршрутизации, такими как RIP или OSPF. Такие коммутаторы называют коммутаторами 3го уровня, чтобы подчеркнуть их отличие от традиционных маршрутизаторов. При использовании коммутаторов 3-го уровня таблицы маршрутизации либо создаются администратором вручную (это тоже часто приемлемо при небольшом количестве виртуальных сетей и маршруте по умолчанию к полноценному маршрутизатору), либо загружаются из маршрутизатора. По последней схеме взаимодействует коммутатор Catalist 5000 компании Cisco с маршрутизаторами этой же компании. 337
Часть десятая. Модернизация локальных сетей Если же коммутатор не поддерживает функций сетевого уровня, то его виртуальные сети могут быть объединены только с помощью внешнего маршрутизатора. Некоторые компании выпускают специальные маршрутизаторы для применения совместно с коммутаторами. Примером такого маршрутизатора служит маршрутизатор Vgate компании RND. Этот маршрутизатор имеет один физический порт для связи с портом коммутатора, но этот порт может поддерживать до 64 МАС-адресов, что позволяет маршрутизатору объединять до 64 виртуальных сетей. Последний способ организации виртуальных сетей связан с применением в сети ATM-коммутаторов. Этот способ основан на использовании для передачи кадров каждой виртуальной сети через коммутаторы ATM с помощью отдельного виртуального соединения.
Глава 17: Управление коммутируемыми сетями Коммутаторы — это сложные многофункциональные устройства, играющие ответственную роль в современных сетях. Поэтому поддержка функций централизованного контроля и управления, реализуемого протоколом SNMP и соответствующими агентами, практически обязательна для всех классов коммутаторов (кроме, может быть, настольных коммутаторов, предназначенных для работы в очень маленьких сетях). Для поддержки SNMP-yправления коммутаторы имеют модуль управления, в котором имеется агент, ведущий базу данных управляющей информации. Этот модуль часто выполняется на отдельном мощном процессоре, чтобы не замедлять основные операции коммутатора.
Наблюдение за трафиком Так как перегрузки процессоров портов и других обрабатывающих элементов коммутатора могут приводить к потерям кадров, то функция наблюдения за распределением трафика в сети, построенной на основе коммутаторов, очень важна, Однако, если сам коммутатор не имеет отдельного агента для каждого своего порта, то задача слежения за трафиком, традиционно решаемая в сетях с разделяемыми средами с помощью установки в сеть внешнего анализатора протоколов, очень усложняется. Обычно в традиционных сетях анализатор протоколов {например, Sniffer компании Network General) подключался к свободному порту концентратора и видел весь трафик, передаваемый между любыми узлами сети. Если же анализатор протокола подключить к свободному порту коммутатора, то он не увидит почти ничего, так как ему кадры передавать никто не будет, а чужие кадры в его порт также направляться не будут. Единственный вид трафика, который будет видеть анализатор — это трафик широковещательных пакетов, которые будут передаваться всем узлам сети. В случае, когда сеть разделена на виртуальные сети, анализатор протоколов будет видеть только широковещательный график своей виртуальной сети. Для того, чтобы анализаторами протоколов можно было по-прежнему пользоваться и в коммутируемых сетях, производители коммутаторов снабжают 338
Часть десятая. Модернизация локальных сетей свои устройства функцией зеркального отображения трафика любого порта на специальный порт. К специальному порту подключается анализатор протоколов, а затем на коммутатор подается команда через его модуль SNMP-управления для отображения трафика какого-либо порта на специальный порт. Наличие функции зеркализации портов частично снимает проблему, но оставляет некоторые вопросы. Например, как просмотреть одновременно трафик двух портов, или как просматривать трафик порта, работающего в полнодуплексном режиме, Более надежным способом слежения за трафиком, проходящим через порты коммутатора, является замена анализатора протокола на агенты RMON MIB для каждого порта коммутатора. Агент RMON выполняет все функции хорошего анализатора протокола для протоколов Ethernet и Token Ring, собирая детальную информацию об интенсивности трафика, различных типах плохих кадров, о потерянных кадрах, причем самостоятельно строя временные ряды для каждого фиксируемого параметра. Кроме того, агент RMON может самостоятельно строить матрицы перекрестного трафика между узлами сети, которые очень нужны для анализа эффективности применения коммутатора. Так как агент RMON, реализующий все 9 групп объектов Ethernet, стоит весьма дорого, то производители для снижения стоимости коммутатора часто реализуют только первые несколько групп объектов RMON MIB.
Управление виртуальными сетями Виртуальные сети порождают проблемы для традиционных систем управления на SNMP-платформе как при их создании, так и при наблюдении за их работой. Как правило, для создания виртуальных сетей требуется специальное программное обеспечение компании-производителя, которое работает на платформе системы управления, такой как, например, HP Open View. Сами платформы систем управления этот процесс поддержать не могут, в основном из-за отсутствия стандарта на виртуальные сети. Можно надеяться, что появление стандарта 802.1Q изменит ситуацию в этой области. Наблюдение за работой виртуальных сетей также создает проблемы для традиционных систем управления. При создании карты сети, включающей виртуальные сети, необходимо отображать как физическую структуру сети, так и ее логическую структуру, соответствующую связям отдельных узлов виртуальной сети. При этом по желанию администратора система управления должна уметь отображать соответствие логических и физических связей в сети, то есть на одном физическом канале должны отображаться все или отдельные пути виртуальных сетей. К сожалению, многие системы управления либо вообще не отображают виртуальные сети, либо делают это очень неудобным для пользователя способом.
339
Часть десятая. Модернизация локальных сетей
Глава 18: Типовые схемы применения коммутаторов в локальных сетях Коммутатор или концентратор? При построении небольших сетей, составляющих нижний уровень иерархии корпоративной сети, вопрос о применении того или иного коммуникационного устройства сводится к вопросу о выборе между концентратором или коммутатором. При ответе на этот вопрос нужно принимать во внимание несколько факторов. Безусловно, немаловажное значение имеет стоимость за порт, которую нужно заплатить при выборе устройства. Из технических соображений в первую очередь нужно принять во внимание существующее распределение трафика между узлами сети. Кроме того, нужно учитывать перспективы развития сети; будут ли в скором времени применяться мультимедийные приложения, будет ли модернизироваться компьютерная база. Если да, то нужно уже сегодня обеспечить резервы по пропускной способности применяемого коммуникационного оборудования. Использование технологии intranet также ведет к увеличению объемов трафика, циркулирующего в сети, и это также необходимо учитывать при выборе устройства. При выборе типа устройства— концентратор или коммутатор — нужно еще определить и тип протокола, который будут поддерживать его порты (или протоколов, если идет речь о коммутаторе, так как каждый порт может поддерживать отдельный протокол). Сегодня выбор делается между протоколами двух скоростей — 10 Мб/с и 100 Мб/с. Поэтому, сравнивая применимость концентратора или коммутатора. необходимо рассмотреть вариант концентратора с портами на 10 Мб/с, вариант концентратора с портами на 100 Мб/с, и несколько вариантов коммутаторов с различными комбинациями скоростей на его портах. Пользуясь техникой применения матрицы перекрестного трафика для анализа эффективности применения коммутатора, можно оценить, сможет ли коммутатор с известными пропускными способностями портов и общей производительностью поддержать трафик в сети, заданный в виде матрицы средних интенсивностей трафика. Рассмотрим теперь эту технику для ответа на вопрос о применимости коммутатора в сети с одним сервером и несколькими рабочими станциями, взаимодействующими только с сервером. Такая конфигурация сети часто встречается в сетях масштаба рабочей группы, особенно в сетях NetWare, где стандартные клиентские оболочки не могут взаимодействовать друг с другом. Матрица перекрестного трафика для такой сети имеет вырожденный вид. Если сервер подключен, например, к порту 4, то только 4-я строка матрицы и 4-й столбец матрицы будут иметь отличные от нуля значения, Эти значения соответствуют выходящему и входящему трафику порта, к которому подключен сервер, Поэтому условия применимости коммутатора для данной сети сводятся к возможности передачи всего трафика сети портом коммутатора, к которому подключен сервер.
340
Часть десятая. Модернизация локальных сетей Если коммутатор имеет все порты с одинаковой пропускной способностью, например, 10 Мб/с, то в этом случае пропускная способность порта в 10 Мб/с будет распределяться между всеми компьютерами сети. Возможности коммутатора по повышению общей пропускной способности сети оказываются для такой конфигурации невостребованными. Несмотря на микросегментацию сети, ее пропускная способность ограничивается пропускной способностью протокола одного порта, как и в случае применения концентратора с портами 10 Мб/с, Небольшой выигрыш при использовании коммутатора будет достигаться лишь за счет уменьшения количества коллизий — вместо коллизий кадры будут просто попадать в очередь к передатчику порта коммутатора, к которому подключен сервер. Для того, чтобы коммутатор работал в сетях с выделенным сервером более эффективно, производители коммутаторов выпускают модели с одним высокоскоростным портом на 100 Мб/с для подключения сервера и несколькими низкоскоростными портами на 10 Мб/с для подключения рабочих станций. В этом случае между рабочими станциями распределяется уже 100 Мб/с, что позволяет обслуживать в неблокирующем режиме 10-30 станций, в зависимости от интенсивности создаваемого ими трафика. Однако с таким коммутатором может конкурировать концентратор, поддерживающий протокол с пропускной способностью 100 Мб/с, например, Fast Ethernet. Стоимость его за порт будет несколько ниже стоимости за порт коммутатора с одним высокоскоростным портом, а производительность сети примерно та же. Очевидно, что выбор коммуникационного устройства для сети с выделенным сервером достаточно сложен. Для принятия окончательного решения нужно принимать во внимание перспективы развития сети в отношении движения к сбалансированному трафику. Если в сети вскоре может появиться взаимодействие между рабочими станциями, или же второй сервер, то выбор необходимо делать в пользу коммутатора, который сможет поддержать дополнительный трафик без ущерба по отношению к основному. В пользу коммутатора может сыграть и фактор расстояний — применение коммутаторов не ограничивает максимальный диаметр сети величинами в 2500 м или 210 м, которые определяют размеры домена коллизий при использовании концентраторов Ethernet и Fast Ethernet.
Коммутатор или маршрутизатор? При построении верхних, магистральных уровней иерархии корпоративной сети проблема выбора формулируется по-другому — коммутатор или маршрутизатор? Коммутатор выполняет передачу трафика между узлами сети быстрее и дешевле, зато маршрутизатор более интеллектуально отфильтровывает трафик при соединении сетей, не пропуская ненужные или плохие пакеты, а также надежно защищая сети от широковещательных штормов. В связи с тем, что коммутаторы корпоративного уровня мотуг поддерживать некоторые функции сетевого уровня, выбор все чаше делается в пользу коммутатора. При этом маршрутизатор также используется, но он часто остается в локальной сети в единственном экземпляре. Этот маршрутизатор обычно служит и ддя связи локальной сети с глобальными, и для объединения виртуальных сетей, построенных с помощью коммутаторов. 341
Часть десятая. Модернизация локальных сетей В центре же сетей зданий и этажей все чаще используются коммутаторы, так как только при их использовании возможно осуществить передачу нескольких гигабит информации в секунду за приемлемую цену,
Глава 19: Стянутая в точку магистраль на коммутаторе При всем разнообразии структурных схем сетей, построенных на коммутаторах, все они используют две базовые структуры — стянутую в точку магистраль и распределенную магистраль. На основе этих базовых структур затем строятся разнообразные структуры конкретных сетей. Стянутая в точку магистраль (collapsed backbone) — это структура, при которой объединение узлов, сегментов или сетей происходит на внутренней магистрали коммутатора. Преимуществом такой структуры является высокая производительность магистрали. Так как для коммутатора производительность внутренней шины или схемы обшей памяти, объединяющей модули портов, в несколько Гб/с не является редкостью, то магистраль сети может быть весьма быстродействующей, причем ее скорость не зависит от применяемых в сети протоколов и может быть повышена с помощью замены одной модели коммутатора на другую. Положительной чертой такой схемы является не только высокая скорость магистрали, но и ее протокольная независимость. На внутренней магистрали коммутатора в независимом формате одновременно могут передаваться данные различных протоколов, например, Ethernet, FDD1 и Fast Ethernet. Подключение нового узла с новым протоколом часто требует не замены коммутатора, а просто добавления соответствующего интерфейсного модуля, поддерживающего этот протокол. Если к каждому порту коммутатора в такой схеме подключен только один узел, то такая схема будет соответствовать микросегментированной сети.
Глава 20: Распределенная магистраль на коммутаторах В сетях больших зданий или кампусов использование структуры с коллапсированной магистралью не всегда рационально или же возможно. Такая структура приводит к протяженным кабельным системам, которые связывают конечные узлы или коммутаторы сетей рабочих групп с центральным коммутатором. шина которого и является магистралью сети. Высокая плотность кабелей и их высокая стоимость ограничивают применение стянутой в точку магистрали в таких сетях. Иногда, особенно в сетях кампусов, просто невозможно стянуть все кабели в одно помещение из-за ограничений на длину связей, накладываемых технологией (например, все реализации технологий локальных сетей на витой паре ограничивают протяженность кабелей в 100 м). Поэтому в локальных сетях, покрывающих большие территории, часто используется другой вариант построения сети — с распределенной магистралью. Распределенная магистраль —• это разделяемый сегмент сети, поддерживающий
342
Часть десятая. Модернизация локальных сетей определенный протокол, к которому присоединяются коммутаторы сетей рабочих групп и отделов. На примере распределенная магистраль построена на основе двойного кольца FDDI, к которому подключены коммутаторы этажей. Коммутаторы этажей имеют большое количество портов Ethernet, трафик которых транслируется в трафик протокола FDDI, когда он передается по магистрали с этажа на этаж. Распределенная магистраль упрощает связи между этажами, сокращает стоимость кабельной системы и преодолевает ограничения на расстояния. Однако, скорость магистрали в этом случае будет существенно меньше скорости магистрали на внутренней шине коммутатора. Причем скорость эта фиксированная и не превышает в настоящее время 100 Мб/с. Поэтому распределенная магистраль может применяться только при невысокой интенсивности трафика между этажами или зданиями.
Глава 21: Локальная сеть из двух компьютеров Многие пользователи Windows считают проведение локальной сети мероприятием дорогостоящим и крайне сложным, и при этом обеспечивающим не такие уж большие преимущества перед традиционной трехдюймовой дискетой. Однако даже дома все чаше поселяется второй компьютер (скажем, ноутбук или игровой), и возникает необходимость использовать общие ресурсы в двух системах (например, привод CD-ROM, принтер, жесткий диск или внешние носители информации). Неужели вы предпочтете дублировать дорогостоящие внешние устройства или мучиться с крайне ненадежными и «тощими» дискетами? Кстати, флоппи-дисковод тоже можно оставить только один, если, конечно, вы не боитесь частых «падений» системы, Не пугайтесь! Простые смертные тоже могут объединить в сеть два компьютера, причем с минимальными усилиями.
Непосредственное кабельное соединение Если вы не желаете приобретать сетевые карты (которые, между прочим, в последнее время часто встраивают непосредственно в материнские платы) или вас пугают слова типа NETBEUI, IPX/SPX, TCP/IP или DNS, то совершенно бесплатный вариант, встроенный в Windows — DCC (или Direct Cable Connection — прямое кабельное соединение) — предоставит вам нужные сетевые возможности и не потребует для этого особых технических знаний. Единственная вещь, на которую вам придется потратиться, это специальный нуль-модемный параллельный или последовательный кабель. Их можно купить в любом компьютерном магазине или спаять самому. В DCC реализована так называемая идеология «гость/хозяин» (guest/host) (или «ведущий/ведомый» в русской версии), которая позволит вам работать с обеими системами одновременно, с одной клавиатуры. Вы можете определить как «ведомый» и еще один дисковод в гостевой системе. А вот хост-система («ведомая») не имеет доступа к гостевой («ведущей»), то есть полученная сеть будет иметь только одностороннее управление. Программное обеспечение для непосредственного кабельного соединения не устанавливается в ходе типового (Typical) процесса инсталляции (доступ к нему можно получить в разделе Communications — средства связи из меню Add/Remove Programs — установка и удаление программ). Только после этого вы сможе343
Часть десятая. Модернизация локальных сетей те временно подключать какой-либо компьютер (например, портативный) в качестве клиента к другой машине. Итак, в период действия соединения «ведомый» компьютер разделяет свои каталоги и ресурсы с «ведущим». Используя стандартные графические инструменты, такие как Explorer (Проводник) и Network Neighborhood (Сетевое окружение), вы можете работать с разделяемыми каталогами и ресурсами со своего компьютера-клиента так. как будто они находятся на его собственном жестком диске. Если при этом «ведомая» машина подключена к сети, то клиент имеет доступ и к сетевым ресурсам. DCC-соединение осуществляется по четырехразрядному кабелю, подобному тому, что применялся для соединений типа LapLink, по специальному нуль-модемному кабелю для последовательного или параллельного (ЕРС) порта.
Порядок работы Установив DCC, выберите пункт Program/Accessories (Программа/Реквизиты), чтобы запустить коммуникационный модуль для непосредственного кабельного соединения. Если вы используете DCC впервые, то процессом установки управляет программа-«мастер», которая может потребовать у вас выполнения определенных шагов с помощью других модулей Windows. Например, нужно установить один и тот же сетевой протокол на обоих компьютерах и разрешить совместное использование принтеров и файлов (обратитесь к диалоговому окну Networking dialog — настройка сетевого оборудования панели управления, чтобы подтвердить выбор обоих этих условий). После этого DCC потребует, чтобы вы определили одну систему в качестве «ведомой» машины, а другую в качестве «ведущей», но впоследствии эту конфигурацию можно будет поменять.
Г ,in--p|
Вам также нужно определить, какие ресурсы «хозяина» вы хотите использовать совместно с клиентом. Чтобы установить разделяемые ресурсы на главной машине, запустите на ней программу Explorer (Проводник), выделите каталог, который хотите назначить для совместного использования, выберите пункт File/Properties (Файл/Характеристики) и перейдите к закладке Sharing (Разделение) появившегося диалогового окна. Переключатель Shared As (Разделять как...) позволяет вам указать разделяемое имя, которое будет воспринято клиентом. Если же вы подключены к сети NetWare, то нажав кнопку Add (Добавить), можно
344
Часть десятая. Модернизация локальных сетей просмотреть на экране имеющуюся на сервере информацию о пользователях и групповой безопасности, которой вы можете воспользоваться для управления сетевым доступом к совместно используемым ресурсам вашего компьютера. Программа-* мастер» DCC Wizard позволит вам при необходимости защитить с помощью пароля «ведомую» машину от несанкционированного внешнего доступа, После того как вы должным образом установили DCC и соединили компьютеры специальным параллельным или последовательным кабелем, запустите программу, устанавливающую соединение сначала на «ведомом», а затем и на «ведущем» компьютере. Если для доступа необходим пароль, диалоговое окно выдаст запрос на его ввод; появятся также приглашения на регистрацию в сети. После установления соединения «ведомая» машина будет показана как сервер в сетевом окружении (Network Neighborhood) клиента. Свойства этого компьютера покажут совместно используемые ресурсы, которые вы задали с помошью программы Explorer главной машины. Теперь можно переносить файлы с любой из этих систем в другую простыми средствами drag-and-drop. Если вы используете соединение DCC для более сложных операций, нежели просто обмен файлами, то вам следует отобразить совместно используемые ресурсы «ведомой» машины на диски управляющего компьютера. Это необходимо сделать, например, если вы хотите использовать 16-разрядные прикладные программы для доступа к файлам на «ведомой» машине. Чтобы определить новые диски, откройте Network Neighborhood (Сетевое окружение), выберите нужный вам ресурс (любой каталог, например), выберите пункт View/Toolbar и по кнопке Map Network Drive (Распределить сетевой диск) выберите букву для диска из ниспадающего списка (необходимо также ввести точный путь UNC (Universal Naming Convention — универсальное соглашение об именовании) для данного ресурса, так как средства просмотра .здесь отсутствуют). Распределение дисков может быть сохранено и в дальнейшем, если вы установите флажок Reconnect (Выполнить повторное соединение) для процедуры входа в систему. Может быть, непосредственное кабельное соединение — не самое простое средство в Windows, но способность DCC отображать ресурсы «ведомого» компьютера на диски клиента позволяет рассматривать его не только как удобное средство для передачи данных, но и практически как настоящее сетевое соединение.
Простая одноранговая сеть из двух компьютеров Итак, можно соединить компьютеры нуль-модемным кабелем и переписывать файлы с одной машины на другую ил и наслаждаться сетевыми играми. Нотакос решение проблемы не очень удобно: во-первых, скорость передачи данных по параллельным, а тем более последовательным портам довольно низкая, во-вторых, к занятому порту уже нельзя будет подключить какое-либо периферийное устройство, и, наконец, таким образом нельзя соединить больше двух компьютеров. Рассмотрим установку малобюджетной одноранговой (то есть лишенной сервера) сети из двух компьютеров, работающих опять же под управлением Windows. (В дальнейшем вы можете добавлять в эту сеть и другие компьютеры.) В одноранговой сети Windows вы можете разделять (совместно использовать) файлы и внешние устройства с другими клиентами, работающими в любой среде: Windows for Workgroups, Windows NT, OS/2 Warp Connect. Однако прежде чем предоставить свой жесткий диск, накопитель CD-ROM или принтер для совмест-
345
Часть десятая. Модернизация локальных сетей ного использования, следует ознакомиться с процессом сетевого взаимодействия, с тем чтобы иметь точное представление о возможных последствиях. Итак, вы создаете сеть у себя дома. Первым делом вам понадобятся сетевые платы Ethernet 10 или 100 Мбит (по одной на каждый компьютер) и соответствующие сетевые кабели. Понятно, что из всех типов сети для домашнего использования можно порекомендовать только два: на коаксиальном кабеле либо на витой паре (ТР или Twisted Pair). Сетевые платы для этих типов сетей обычно отличаются, однако существуют и универсальные, так называемые комбинированные варианты. Коаксиальный сетевой кабель похож на кабель телевизионной антенны, однако не вздумайте использовать последний для организации сети! Волновое сопротивление сетевого кабеля составляет 50 Ом, а телевизионного — 75 Ом, поэтому его использование будет вызывать постоянные ошибки передачи и сильно испортит вам жизнь. Из двух разновидностей коаксиального кабеля — «тонкого» (thin coax) и «толстого» (thick coax) для домашнего использования предпочтительнее первый, так как для второго потребуется дополнительное оборудование — как для организации, так и для функционирования (для добавления компьютера в сеть потребуется, например, трансивер).
Сеть на «тонком» коаксиальном кабеле самая дешевая, но... и самая неудобная. Во-первых, в случае повреждения одного из соединений выходит из строя вся цепочка (а контактная база ВNC-коннекторов — самая ненадежная); во-вторых, невозможно подключить новый компьютер «налету», без перегрузки; и наконец, любая реорганизация рабочих мест вызывает глобальную перепланировку.
346
Часть десятая. Модернизация локальных сетей
Соединения коаксиального кабеля выполняются с помощью специальных разъемов BNC (Bayonet Nut Connector) и Т-образных разъемов. Для соединения двух компьютеров в сеть необходим один отрезок кабеля, для трех — два отрезка, Разъем BNC закрепляется на конце коаксиатьного кабеля, а затем с помощью Тобразного разъема, к которому прикрепляется BNC-разъем, кабель присоединяется к сетевой плате. Свободный контакт Т-образного разъема может быть использован для подключения коаксиального кабеля, идущего на следующий сетевой компьютер. В случае если на данном компьютере сеть заканчивается., на свободный контакт надевается «терминатор» — специальное сопротивление-заглушка в 50 Ом. Терминаторы нужны для того, чтобы гасить отраженную от концов кабеля электромагнитную волну. Такое соединение — самое дешевое, но, как уже говорилось, самое ненадежное. Hub
Hub
•
Поэтому удобнее создавать сеть на витой паре (UTP — Unshielded Twisted Pair). И хотя кабели для витой пары дороже, соединение это не в пример надежнее. Наиболее распространены кабели категорий 3 и 5. Они различаются между собой в основном шагом завивки проводников и электрическими характеристиками. Кабель пятой категории- можно использовать для сети со скоростью 100 Мбит/с, а кабель третьей категории — только для сети 10 Мбит/с. Для сетевых соединений на витой паре, как правило, требуется специальное устройство — Hub. или концентратор, и каждая сетевая плата соединяется именно с ним, а не непосредственно с сетевой платой другого компьютера. У данного способа соединения только один недостаток — вам придется приобретать еще и концентратор (Hub), который сам по себе стоит недешево (в зависимости от количества гнезд для подключения витой пары). Однако в случае соединения в сеть только двуч компьютеров существует возможность обойтись без концентратора — необходимо лишь изменить разводку проводов в витой паре, и тогда сетевые платы можно соединить напрямую. Такой кабель называется Crossover Cable. Некоторые фирмы могут изготовить такой кабель на заказ; можно также воспользоваться специальным переходником, который позволяет из двух кабелей категории 5 изготовить один Crossover.
347
Часть десятая. Модернизация локальных сетей
Организация сети Итак, вы приобрели и оснастили компьютеры сетевыми платами и соединили соответствующим кабелем. Теперь, чтобы организовать одноранговую сеть, вызовите диалоговое окно Network (Сеть) из Панели управления, перейдите к закладке Configuration (Конфигурация), щелкните клавишей мыши на кнопке Add и выберите пункт Client (Клиент). В появившемся диалоговом окне Select Network Client (Выбор сетевого клиента) следует выделить пункт Client for Microsoft Network (Клиент для сети Microsoft) и щелкнуть клавишей мыши на кнопке ОК. После того как вы перезапустите свою машину, в вашем сетевом окружении будут показаны все клиенты вашей рабочей группы, которые совместно используют свои файлы. В сетевом окружении также перечислены домены Microsoft, Warp Connect и IBM LAN Server, рабочие группы Microsoft и серверы NetWare — по их именам, соответствующим универсальному соглашению об именовании (UNC), но не по распределению дисков. Нуот.-явдвяхмйз!»Й»ль езцпкт дммедиисинн двгакковьютертж wspei яослгдвиаильныл или иорпы. Ет» гижю цгивзпив«и* AimX*p, пдивичюшшя щЁфвряаияк к создания некав
Дяя й»с™довмедькых(СОМ) поцтая: рмъемм на 2S шгырьквв.рльемына 9 штарьказ
Если вы хотите разделять свои собственные файлы, активизируйте функции File Sharing (Разделение файлов) и Print Sharing (Разделение принтеров) под закладкой Configuration и выберите пункт Share-Level Access Control (Управление доступом уровня разделения) под закладкой Access Control (Управление доступом). Чтобы составить конфигурацию средств разделения ресурсов, нужно вернуться к Рабочему столу или Explorer, щелкнуть правой клавишей мыши на пиктограмме выделяемого для совместного использования ресурса (жестком диске или накопителе CD-ROM, например) и вызвать диалоговое окно Sharing (Разделение). Если вы не подключены к сети NetWare, то доступ к вашим файлам может быть предоставлен либо всем пользователям, подключенным к вашей сети, либо никому из них. Если вы разделяете ваши файлы с пользователями сети, соединенной с Internet, получить доступ к вашему жесткому диску сможет любой человек в любой части света. Windows предупредит вас, если вы попытаетесь осуществить разделение файлов по сети с протоколом IP, и предложит запретить совместное использование файлов. Вы можете разрешить доступ только для чтения или полный доступ и защитить свои разделяемые файлы с помощью пароля, однако это не будет надежной гарантией безопасности. Вы можете также использовать средства управления доступом пользовательского уровня в сетях NetWare, но разделение файлов и принтеров в них не может выполняться одновременно с разделением файлов в среде Windows.
348
Часть десятая. Модернизация локальных сетей
Глава 22: Модернизация и поиск неисправностей Для систем уровня выше начального, когда требуется объединить большое количество компьютеров, обменивающихся большими объемами информации, требуются другие решения, основанные прежде всего на специальной аппаратуре — высокоскоростных сетевых картах, концентраторах и коммутаторах. Рассмотрим наиболее типичный случай: небольшая вначате система (1 сервер, 1 концентратор, 12 рабочих станций) по мере своего разрастания (2 сервера, 5 концентраторов, 46 рабочих станций) стала испытывать трудности, связанные с сетевым трафиком. Все оборудование приобреталось по мере необходимости, поэтому концентраторы не объединены в группу (stack). Из схемы видно, что узким местом является вся сеть, так как любой кадр, переданный любой рабочей станцией или сервером, передается через концентраторы всем остальным устройствам. Самое очевидное решение — установить на серверы сетевые платы по количеству концентраторов — не годится, поскольку потребуется восемь плат, которые займут восемь розеток в концентраторах, и, что самое неприятное, часть трафика между рабочими станциями будет проходить через серверы. Очевидно, что сеть необходимо поделить на отдельные подсети с изолированным трафиком другим способом. В данном случае наиболее простое решение — применение моста или лучше коммутатора вместо концентратора. При этом кадр, переданный рабочей станцией через концентратор, к которому она присоединена, попадает на коммутатор, пересылающий кадр серверу. Если идет обмен на уровне одноранговой сети, кадр пересылается на тот концентратор, к которому подсоединена рабочая станция -адресат. Для радикального повышения производительности сетевые карты на серверах следует заменить на более производительные — 100Base-TX. Коммутатор также должен поддерживать стандарт 10/300 Мбит/с. При такой конфигурации пакеты от станций, передаваемые с тактовой частотой 10 МГц, пересылаются к серверам с тактовой частотой 100 МГц, благодаря чему узкое место становится в 10 раз шире. Настройка коммутатора в данном случае весьма проста и сводится к указанию портов, к которым присоединены серверы, не как магистральных (trunk), а как одноадресных (dedicated). Тем самым весь трафик между рабочими станциями изолируется от серверов. Необходимо еше раз подчеркнуть, что механическая замена концентратора и серверных сетевых карт на более скоростные ничего не даст для увеличения производительности, поскольку сеть будет работать с частотой, определяемой наименее быстрыми устройствами. На уровне большого предприятия корпоративная сеть может состоять из набора подсетей, подобных описанной, которые объединяются при помощи коммутаторов второго уровня или просто путем соединения коммутаторов друг с другом. Для подсоединения сегментов, находящихся на значительном удалении. можно применять оптоволоконную связь. Во многих коммутаторах есть специальные гнезда, куда устанавливаются сменные модули, которые служат для связи с сетями, имеющими другую среду передачи (коаксиальный кабель, оптоволокно, FDDI). Вообще говоря, аппаратура, использующая в качестве среды передачи оптоволоконный кабель, но работающая по канальным протоколам Ethernet, существует как альтернатива стандартам, применяющим медный кабель (100Base-T, 10Base-T, lOOVGAnyLan, Token Ring, ARCnct). .И наоборот, для FDDI, изначально базирующейся на оптоволоконной технологии, существуют решения на основе медного кабеля. Разные комбинации сред позволяют, не изменяя в целом стан349
Часть десятая. Модернизация локальных сетей дарта, по которому построена сеть, выбрать наилучшее решение для каждой конкретной ситуации. Медный кабель используется там, где не требуется высокая помехоустойчивость и невелики расстояния (то есть в большинстве случаев), а оптоволоконный — в противных случаях. Применение коммутаторов не ограничивается связью подсетей между собой. Они могут использоваться вместо концентраторов, если необходимо обеспечить интенсивный обмен данными между несколькими устройствами сразу; причем основное здесь — не способность коммутаторов направлять нужные кадры по нужному адресу, а скорее их умение поддерживать сразу несколько параллельных каналов обмена информацией. Суммарная пропускная способность такой виртуальной сети составляет гигабиты в секунду! Но в большинстве случаев узким местом является сервер, чья сетевая карта должна пропустить почти весь трафик, а сервер должен его обслужить. Таким образом, требуется, чтобы мощность сервера, пропускная способность сетевой карты и сетевой трафик были сбалансированы. Однако сети, построенные на коммутаторах, в той или иной степени подвержены «широковещательным штормам», когда кадры, направленные «всем, всем, всем», проходят по сети, достигая каждого устройства. Для изоляции подсетей применяются маршрутизаторы (router). Работая на более высоком, чем мосты и коммутаторы, уровне модели OSI (сетевом), маршрутизаторы эффективно изолируют широковещательные кадры, так как имеют дело не с отдельными кадрами, а с пакетами — единицами информации сетевого уровня, которые собираются из кадров На входе и выходе маршрутизатора физически происходят прием и передача кадров, но внутри него работа осуществляется на сетевом уровне — из принятых кааров собираются пакеты, и анализируются их логические сетевые адреса. Затем пакеты снова разбираются на кадры и передаются далее, но включаемый в эти кадры физический адрес соответствует уже получателю либо маршрутизатору, через который идет кратчайший путь к получателю. Широковещательные кадры, которые относятся к протоколам канального уровня, не несут в себе никакой информации сетевого уровня, поэтому автоматически отсекаются, не попадая со входа на выход, Конечно, на канальном уровне маршрутизатор генерирует широковещательные пакеты на выходе, но они не передаются со входа, а относятся к другой части сети. Кадры отправляются в соответствии с канальным протоколом. На входе и выходе канальные протоколы могут быть различными, то есть маршрутизатор может соединять сети с существенно различающейся архитектурой, например Ethernet и Token Ring. На самом деле функции маршрутизаторов гораздо шире, чем просто изоляция широковещательных пакетов. Работая на сетевом уровне модели OSI, они направляют пакеты в соответствии с логическими адресами. Маршрутизаторы строят свои таблицы (подобно тому, как это делают коммутаторы на канальном уровне), однако они создаются не для всей сети (представьте себе таблицу Internet), а по мере необходимости. Для каждого неизвестного сетевого адреса производится поиск маршрута путем опроса ближайших соседей, которые, в свою очередь, опрашивают собственных соседей. Маршрут считается построенным, если найден конечный адресат или промежуточный маршрутизатор знает весь остаток маршрута. Маршрутизаторы обычно основываются на микропроцессорах обшего применения типа Motorola 68040 или PowerPC. От них требуется гораздо большая
350
Часть десятая. Модернизация локальных сетей вычислительная мощность, чем от коммутаторов, так как они не только анализируют физические адреса, положение которых в кадре жестко фиксировано, но и осуществляют сборку/разборку и анализ пакетов. Наиболее мощные модели производства Bay Networks, например, имеют симметричную многопроцессорную архитектуру, и в них может устанавливаться до восьми процессоров. Мощность, источника литания превышает 600 Вт. Такой ценой достигается производительность порядка 1 млн. пакетов в секунду. В мощных маршрутизаторах часто предусматривается резервирование не только оборудования, например источников питания, но и соединении, то есть на канальном уровне поддерживаются протоколы восстановления целостности сети, Работой маршрутизаторов обычно управляет адаптированная многозадачная сетевая операционная система на основе UNIX. Под управлением этой ОС могут быть запущены различные приложения, в силу чего маршрутизаторы способны решать помимо собственно задач маршрутизации и другие, в частности служить брандмауэрами. Такой возможностью обладают маршрутизаторы производства Bay Networks.
Глава 23: Методы масштабирования производительности рабочих групп Увеличения производительности рабочих групп в локальных и корпоративных сетях удается добиться за счет перехода от разделяемого Ethernet к коммутируемому Ethernet и разделяемому Fast Ethernet. Использование коммутируемого Fast Ethernet и Gigabit Ethernet пока достаточно дорого, а главное, такой высокой производительности, которую обеспечивают эти технологии, для подавляющего большинства приложений пока не требуется. Кроме того, важной задачей является сохранение и использование имеющегося оборудования и коммуникаций. Приобретение дополнительного оборудования становится оправданным только в том случае, когда это позволяет значительно улучшить пропускную способность критических участков сети или увеличить их функциональность. Вашему вниманию предлагаются решения, базирующиеся на активном сетевом оборудовании корпорации 3Com. Причем упор делается на последние модели концентраторов Dual Speed Hub 500 и коммутаторов Switch 1100 и 3300, поддерживающих технологии Ethernet и Fast Ethernet. Если в сети присутствуют концентраторы Hub 10, 100, 40 или 50 и коммутаторы Switch 1000 и 3000, то отказываться от них, естественно, не придется: главное — правильно определить их место в новой сетевой структуре. Модернизация сети часто будет сводиться лишь к замене сетевых карт серверов и рабочих станций и к частичным изменениям кабельной системы. Например, обязателен переход к витой паре категории 3 или 5. Прежде чем приступать к модернизации, необходимо проанализировать работу существующей сети, определить узкие места, наметить пути повышения производительности. Очень важно точно знать те приложения, которые будут эксплуатироваться пользователями сети.
Принципы модернизации вычислительных сетей Вычислительная сеть — неотъемлемая часть практически любой организации, независимо от профиля ее деятельности. В настоящее время коллективная быстрая и качественная обработка информации возможна только на базе совре351
Часть десятая. Модернизация локальных сетей менных сетевых технологий. Все новые информационные технологии ориентированы на широкое использование вычислительных сетей, которые предполагают групповую обработку данных. Поскольку количество информации удваивается каждый год, справиться с информационным потоком можно лишь с помощью автоматических средств передачи, поиска и обработки данных. Следует отметить, что современные коммуникации позволяют передавать в едином информационном потоке обычные данные, видео и голос. Задача заключается в правильной организации обработки этой информации. Составными элементами любой серьезной информационной системы являются локальные сети. Они объединяются в корпоративные, а те, в свою очередь, — в глобальные. Провести четкие грани между ними не всегда удается. Принято считать, что к локшшным относятся сети, развернутые в одном или нескольких рядом расположенных помещениях, число рабочих станций которых составляет не более 20. Корпоративные сети обычно занимают ряд этажей большого здания или состоят из объединенных в единое целое локальных сетей филиалов одной организации. Количество рабочих станций в корпоративных сетях может достигать нескольких сотен. В любом случае, если число компьютеров (серверов и рабочих станций) превышает 40, можно сказать, что мы имеем дело с корпоративной сетью. Укажем некоторые качественные характеристики, свидетельствующие о том, что речь идет о корпоративной сети: наличие нескольких серверов, организация связи по коммутируемым линиям с широкой полосой пропускания. Корпорация 3Com разработала технологические решения для организации как локальных, так и корпоративных сетей. Практически каждый год выпускается новое семейство продуктов, ориентированное на основные потребности рынка. Говоря о продуктах, которые пользуются популярностью в России, нельзя не отметить SuperStack II и OfficeConnect. SuperStack II — мощное семейство активного сетевого оборудования, позволяющее сформировать любую корпоративную и локаньную сеть, интегрируя в случае необходимости устройства других производителей сетевого оборудования. Семейство OfficeConnect на 100% покрывает потребности проектировщиков локальных сетей. Устройства этого семейства отличают компактность, простота использования, надежность. К несомненным достоинствам OfficeConnect относится и программа сотрудничества с другими производителями сетевого оборудования — Open Fanners Program, в рамках которой разработан полный спектр устройств для локальных сетей. Если учесть наличие мощной системы администрирования и контроля Transcend Manager, то у заказчиков, ориентирующихся на оборудование 3Com, есть все необходимое для формирования полноценной локальной сети. Отметим, что большинство устройств корпорации 3Com поддерживает технологию виртуальных сетей (VLAN), поэтому изменения состава рабочих групп можно производить на программном уровне с помощью системы Transcend, имеющей удобный графический интерфейс. Важнейшей проблемой, стоящей перед руководителями предприятий и администраторами корпоративных и локальных сетей, является увеличение пропускной способности всей сети или отдельных ее участков. Эта проблема обусловлена несколькими факторами: •
ростом информационных потоков, подлежащих анализу и обработке;
352
Часть десятая. Модернизация локальных сетей появлением программных средств, для нормального функционирования которых требуется широкая полоса пропускания (программы, базирующиеся на технологии «клиент/сервер», мультимедиа, видеоконференции): ростом производительности микропроцессоров и в целом компьютеров, увеличением скоростей доступа к массовой памяти; •
размещением серверов в одном месте для повышения их управляемости и обеспечения безопасности, что требует создания широкополосных каналов для связи серверов с многочисленными рабочими группами и отдельными мощными пользователями.
Для того чтобы определить правильную стратегию развития корпоративной сети, необходимо ответить на следующие вопросы: 1 1. Каковы показатели загруженности каждого сегмента сети'. 2. Каковы планы расширения числа пользователей сети? 3. Какие программные средства планируется использовать и кто именно их будет эксплуатировать? 4. Каким образом планируется организовать доступ к Internet? 5. В каких местах размещаются серверы и каковы их функции? 6. Какая кабельная система имеется в наличии? 7. Как планируется организовать управлению сетью, в том числе администрирование и контроль за ее состоянием? 8. Какие средства могут быть выделены на модернизацию сети? Когда ответы на все эти вопросы получены, необходимо систематизировать собранную информацию, представив ее, например, в форме таблицы или в любом другом наглядном виде. Далее требуется проанализировать основные способы повышения производительности корпоративных сетей, Эти способы опираются на основные стандарты и протоколы (Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, FDDI, Gigabit Ethernet) и на использование разделяемых и коммутируемых методов организации сетей. Мы остановимся только на технологиях Ethernet и Fast Ethernet, наиболее распространенных и не требующих значительных средств для реализации. Кроме того, выбор именно этих технологий позволит в большинстве случаев обеспечить при модернизации сети сохранение ранее вложенных средств.
Сегментируемый разделяемый Ethernet Типичная рабочая группа использует обычный 10 Мбит/с концентратор, к которому подключаются все рабочие станции. К этому же концентратору может быть подключен и локальный сервер рабочей группы. Пользователи группы постоянно конкурируют между собой с целью захвата всей полосы пропускания. Многосегментные концентраторы позволяют разбить рабочую группу на сегменты, каждому из которых предоставляется полоса пропускания 10 Мбит/с. Но для организации связи между пользователями, относящимися к разным сегментам, остается доступной все та же одна на все сегменты полоса в 10 Мбит/с. Естественно, эта полоса используется и для связи с магистральным каналом, В последнее время в одном стеке объединяют многосегментный концентратор и коммутатор, что дает возможность проводить коммутацию на уровне сег-
353 12-410
Часть десятая. Модернизация локальных сетей ментов. Тогда общая полоса пропускания сети увеличивается в несколько раз. Если в сети есть приоритетный пользователь, которому часто требуется вся полоса пропускания, то его можно непосредственно подключить к центральному коммутатору.
Коммутируемый Ethernet Этот режим назначает каждому пользователю полосу пропускания 10 Мбит/с и уничтожает конкуренцию за канал связи. Для его реализации применяются коммутаторы — в распоряжении рабочей группы в зависимости от ее численности находится либо один коммутатор, либо их стек. Если у коммутатора есть высокоскоростной порт, он служит для связи с сервером. Коммутируемый Ethernet идеален для использования в режиме реального времени сервисов Internet и для работы с мультимедиа-приложениями. Некоторые сетевые адаптеры поддерживают технологию, позволяющую компьютеру параллельно принимать и передавать данные. Таким образом, скорость обычного Ethernet может быть увеличена до 20 Мбит/с, правда, только в том случае, если коммутатор также способен работать в дуплексном режиме.
Разделяемый Fast Ethernet Как известно, технология Fast Ethernet увеличивает пропускную способность сети приблизительно в 10 раз. В этом случае очень часто нет необходимости отказываться от применения концентраторов (но уже Fast Ethernet) на уровне рабочих групп. Разделяемый небольшой рабочей группой канал в 100 Мбит/с вполне достаточен для большинства приложений. Иногда серверу может понадобиться выделенный канал НЮ Мбит/с, но тогда необходимо использовать коммутатор с портом Fast Ethernet. Интересны результаты тестов, которые характеризуют суммарную пропускную способность сетей, использующих сегментируемый разделяемый Ethernet, коммутируемый Ethernet и разделяемый Fast Ethernet. Тестирование проводилось известной тестовой компанией Tolly Group и было организовано таким образом, что обмен информацией шел в основном между сервером и рабочими станциями. В случае коммутируемого Ethernet был организован канал связи с сервером 100 Мбит/с, что необходимо для корректного сопоставления возможностей коммутируемого Ethernet и разделяемого Fast Ethernet. Если число клиентов невелико, Fast Ethernet обеспечивает бли жую к пиковой полосу пропускания 90 Мбит/с даже тогда, когда к серверу имеет доступ только один клиент, но с мошным трафиком. В случае коммутируемого Ethernet каждый пользователь может заполнять лишь полосу в 10 Мбит/с. Но когда число клиентов коммутируемого Ethernet превосходит 10, ситуация меняется, и Ethernet обеспечивает ту же производительность, что и Fast Ethernet. Тогда в сети с Ethernet появляется узкое место, связанное с пропускной способностью канала связи с сервером. Попытаемся сделать некоторые выводы. Если проблемы в сети связаны с тем. что небольшое количество пользователей время от времени передает или принимает большое количество информации, то лучше всего применять разделяемый Fast Ethernet. Если же проблема состоит в том, что большое количество пользователей одновременно обращается к серверу, то можно использовать как коммутируемый Ethernet, так и разделяемый Fast Ethernet. Тогда для выбора са-
354
Часть десятая. Модернизация локальных сетей мого эффективного варианта необходимо сопоставить другие предоставляемые этими решениями возможности: управление сетью, защиту и безопасность, стоимость. При использовании серверного пула, состоящего из двух и более серверов, картина принципиально изменится. Суммарная пропускная способность коммутируемого Ethernet возрастет во столько раз, сколько серверов в пуле, а пропускная способность разделяемого Fast Ethernet не изменится.
Анализ инфраструктуры сетей Нас интересует в первую очередь такой переход к более эффективным сетевым топологиям, который позволяет максимально сохранить ранее вложенные в сеть средства. В этом случае сначала необходимо проанализировать существующую инфраструктуру сети. Заранее оговоримся, что речь идет о сетях, использующих как среду передачи только экранированную и неэкранированную витую пару и, возможно, волоконно-оптический кабель, а в качестве активного сетевого оборудования — концентраторы и коммутаторы Ethernet и Fast Ethernet. Если доступны две витые пары категории 3, то речь может идти только об Ethernet; если же четыре пары категории 3 или две пары категории 5. то — Fast Ethernet. Оптоволоконный канал следует применять только для высокоскоростной передачи — Fast Ethernet. Несколько слов о сетевых адаптерах. Если вы пользуетесь адаптером ISA. то реальная полоса пропускания не превосходит 25 Мбит/с и прибегать к Fast Ethernet не имеет смысла. Если в вашем распоряжении находится адаптер EISA (что встречается все реже и реже), то полоса пропускания может достигать 64 Мбит/с и Fast Ethernet допустим. В случае PCI-адаптера пропускная способность возрастает до 264 Мбит/с (а теоретически — до 1 Ебит/с) и Fast Ethernet желателен. Сейчас широко используются сетевые адаптеры, рассчитанные как на 10, так и на 100 Мбит/с (например. Fast EtherLink XL и Fast ServerLink); если новые сетевые адаптеры все же требуются, разумно приобретать именно их. Следующий фактор, подлежащий анализу, — тип сервера. Разобьем все серверы на две большие группы. К первой отнесем обычные ПК с мощным процессором, достаточно большой оперативной памятью и несколькими жесткими дисками. В распоряжении таких серверов обязательно должен быть л ибо выделенный канал Ethernet, либо разделяемый с рабочей группой канал Fas-t Ethernet. Ко второй группе можно отнести высокопроизводительные серверы с двумя шинами, одним или несколькими процессорами Pentium Pro или Pentium 11 и мощным дисковым контроллером — SCSI или RAID. В зависимости от производительности подобных серверов они подключаются к отдельному порту Fast Ethernet коммутатора либо из них создается группа (2-4 сервера), которая разделяет один канал Fast Ethernet. Наконец, перейдем к тому, что является наиболее важным для определения структуры сети, — к используемым в сети приложениям. Перечислим основные типы приложений и отметим, какие способы организации рабочих групп позволят нормально эксплуатировать эти приложения. Необходимо пояснить, каким образом коммутируемый Ethernet может справляться с широкополосными приложениями. Этому способствует технология РАСЕ, основанная на управлении приоритетами доступа. В соответствии с данной технологией в одном физическом канале выделяются два логических подка355
Часть десятая. Модернизация локальных сетей нала — один с высоким, другой — с низким приоритетом. Приложение, требующее высокой полосы пропускания, например САПР, занимает канал с высоким приоритетом, а все остальные приложения — канал с низким приоритетом. РАСЕ-технологию должны поддерживать оба конечных устройства канала-и коммутатор (концентратор), и сетевой адаптер. В сетевых адаптерах EtherLink XL технология РАСЕ реализована. Таким образом, технология РАСЕ позволяет быстрее передавать трафик приложений «клиент/сервер» и мультимедиа-данные, включающие в себя голос, видео и данные. Итак, конкретные рекомендации по переходу к коммутируемому Ethernet или разделяемому Fast Ethernet зависят от имеющегося оборудования (кабельной системы, сетевых адаптеров, рабочих станций, серверов, активного сетевого оборудования), используемых и планируемых для ввода в эксплуатацию в сети приложений, а также от величины средств, выделенных на модернизацию. В любом случае можно утверждать, что необходимо переходить к адаптерам 10/100, витой паре и по мере возможности использовать коммутаторы. Даже в случае Fast Ethernet для мощного сервера или группы серверов желательна выделенная линия. Нельзя не отметить еще один возможный путь постепенного перехода от 10 Мбит/с сетей к 100 Мбит/с. 3Com выпускает концентратор Hub 500, относящийся к семейству Super Stack I I , который разрешает каждому порту работать со скоростью 10 либо 100 Мбит/с. Это позволяет подключать как медленных пользователей, так и пользователей и/или устройства, работающие на скорости 100 Мбит/с. Hub 500, во-первых, обеспечивает использование всех старых каналов и устройств, а во-вторых, облегчает переход от Ethernet к Fast Ethernet. Надо отметить, что в ряде случаев Hub 500 способен самостоятельно выбирать максимально возможную скорость, анализируя характеристики имеющихся каналов связи и адаптеров. Кроме того, это устройство решает все проблемы обмена данными между 10 и 100 Мбит/с пользователями. Говоря о масштабировании производительности рабочих групп, нужно упомянуть и о возможности создания VLAN — виртуальных рабочих групп. Технология VLAN позволяет сетевому администратору динамически формировать рабочие группы с помощью только программных средств, без физического изменения инфраструктуры сетей. Трафик внутри VLAN коммутируется со скоростью работы линии практически без задержек. VLAN легко создаются с помощью коммутаторов Switch 1100 и 3300. Технология VLAN реализует высокий уровень секретности и избавляет сетевого администратора от перекоммутации линий в случае изменения состава рабочих групп. Физическое подключение необходимо только для организации нового рабочего места. Поэтому очень часто коммутируемому Ethernet отдается предпочтение перед разделяемым Fast Ethernet, который не обеспечивает необходимой гибкости при формировании рабочих групп. Мультисегментные концентраторы Hub 40 и Hub 50 Hub 40 выпускается в двух модификациях — с 12 и 24 UTP-портами. Hub50 — только с 24 портами. Кроме того, Hub 40 имеет два дополнительных слота, в которые вставляются модули для подключения к любому физическому каналу Ethernet (оптоволокно, витая пара, коаксиальные кабели), a HubSO — один слот для Ethernet либо Fast Ethernet. Каждый концентратор способен формировать от одного до четырех сетевых сегментов. Концентраторы могут объединяться в стек, содержащий до 10 устройств. Таким образом, возможно формирование
356
Часть десятая. Модернизация локальных сетей 104-портового стека, содержащего 40 сегментов. Естественно, это позволяет увеличить полосу пропускания каждого пользователя до 10 Мбит/с. Структуры рабочих групп легко меняются путем перемещения пользователей из одного сегмента в другой. Поддерживаются VLAN на основе портов, причем разбиение на VLAN осуществляется как вручную, так и с помощью специализированного ПО. Многоканальная внутренняя структура концентраторов обеспечивает разделение потоков данных и управления. Концентратор с автоматическим определением скорости Dual Speed Hub 500 Dual Speed Hub 500 выпускается в двух модификациях-на 12 и 24 порта. Допускается объединение до восьми устройств в стек, которым можно управлять как единым устройством. Hub 500 позволяет подключать устройства, работающие со скоростями 10 и 100 Мбит/с, по витым парам категорий 3 и 5. Каждый порт автоматически определяет максимально возможную скорость передачи данных. Концентратор реализует обмен данными между пользователями Ethernet и Fast Ethernet, не прибегая к внешней коммутации. Специальный управляющий модуль обеспечивает эффективные средства защиты сети и полную поддержку SNMP и девяти групп RMON. Средства защиты включают в себя шифрование пакетов, передаваемых всем узлам, кроме узла назначения, и отключение устройства при несанкционированном доступе к кон центратору. Дополнительные модули позволяют подключать Hub 500 к внешней волоконно-оптической магистрали (длиной до 2 км) или к медному кабелю. Особенность состоит в том, что модули работают в полнодуплексном режиме. Использование специального каскадного блока дает возможность добавлять или удалять устройства из стека, не преры вая работу сети. К устройству могут быть подключены резервный источник питания и ИБП. Управление Hub 500 осуществляется как локально, так и удаленно. Особо следует отметить Web-управление, которое реализует все без исключения функции администрирования. Коммутаторы второго уровня Switch 1100 и 3300 Число портов Ethernet у Switch ПОО равно либо 12, либо 24, Switch 3300 имеет 24 порта Fast Ethernet. С помощью дополнительного модуля Switch 100 Base FX могут быть созданы одноканальный и двухканальный оптоволоконные порты. Чтобы добиться удвоения количества портов, нужно поместить в стек два устройства и связать их с помощью матричного кабеля. Для увеличения числа портов в 4 раза нужно сформировать стек из четырех устройств, использовав для сопряжения коммутирующую матрицу, помещаемую в Switch 3300, и кабели. В этом случае между коммутаторами, входящими в стек, поддерживается связь со скоростью 1 Гбит/с. Порты ориентированы на скорости 10 и 100 Мбит/с, что позволяет создавать универсальные решения. Возможно подключение коммутаторов к высокоскоростным магистралям ATM и Gigabit Ethernet. Число МАС-адресов для Switch 1100 равно 6000, для Switch 3300 - 12 000. Оба коммутатора позволяют создавать VLAN, поддерживая новый стандарт 802.1Q. Полная поддержка всех девяти групп RMON дает возможность предупреждать появление любых проблем в сети и обеспечивать своевременную реакцию на все же возникшие проблемы. В состав коммутаторов могут входить резервные источники питания и ИБП.
357
Часть десятая. Модернизация локальных сетей 3Com разработала специальное программное обеспечение, позволяющее с помощью Web-браузера, установленного на любой станции сети, контролировать работу коммутатора; поддерживается и графическое ПО сетевого управления Transcend. Управление потоками на основе стандартов IFM и 802.Зх предотвращает потерю пакетов. Для приложений мультимедиа используется эффективная РАСЕ-технология.
Глава 24: Примеры модернизации сети Рассмотрим возможные способы модернизации сети, где все рабочие группы разбиты на сегменты и имеют в качестве локального узла один концентратор или стек концентраторов Hub 40, возможно, дополненный коммутатором Switch 1000 или 1100. Каждая рабочая группа снабжена локальным сервером, соединенным каналом связи либо с коммутатором, либо с концентратором. В первом случае канал для сервера является выделенным. Кроме того, имеется общий для всех рабочих групп файл-сервер, подключенный к центральному концентратору Hub 10. Считается, что обращения к общему серверу происходят эпизодически. В сети такой конфигурации можно достаточно эффективно выполнять следующие приложения: электронная почта, офисные приложения, работа с локальными серверами в режиме «клиент/сервер». Перечислим недостатки этой конфигурации, которые приводят к замедлению работы пользователей и препятствуют модернизации сети, например появлению новых рабочих мест и новых приложений: •
небольшая пропускная способность канала, связывающего файл-сервер с центральным концентратором;
•
недостаточная защищенность серверов рабочих групп;
•
недостаточно быстрый обмен данными между пользователями различных сегментов и тем более различных рабочих групп там, где не используются коммутаторы;
•
для надежного функционирования рабочих групп, удаленных от центрального узла, нужны либо оптоволоконные канаты, либо дополнительные концентраторы.
Можно предложить решение, базирующееся на коммутируемом Ethernet. Тогда каждая рабочая группа должна обязательно иметь в качестве локального узла коммутатор Switch 1100. Сегменты, в которые входят пользователи, не требующие полной полосы пропускания 10 Мбит/с, могут быть подключены к коммутатору через имеющиеся концентраторы Hub 40. Все локальные серверы переносятся в одно защищенное место и связываются с центральным коммутатором через концентратор Hub 100 по каналу Fast Ethernet. Другое решение основано на использовании разделяемого Fast Ethernet. Рабочие группы будут подключаться к концентратору Hub 500, что позволит обычным пользователям разделять между собой полосу пропускания 100 Мбит/с. Кроме того, можно объединить «медленных» пользователей в небольшие сегменты с полосой пропускания 10 Мбит/с, а наиболее критичных — непосредственно подключать к коммутатору Fast Ethernet Switch 3300. Желательно подключать серверы по выделенным каналам непосредственно к центральному коммутатору Switch 3300. 358
Часть десятая. Модернизация локальных сетей
Глава 25: Сеть с технологией Х.25 Сети с технологией Х.25, несмотря на свой возраст и очевидные недостатки, такие, как низкая скорость и большая избыточность, широко используются до сих пор. Сеть Х.25 — это сеть с коммутацией пакетов. Для передачи данных от одного пользователя к другому устанавливается постоянное или коммутируемое (виртуальное) соединение. Сеть Х.25 позволяет соединять нескольких пользователей посредством одного физического канала. Благодаря развитым механизмам перезапроса ошибочных кадров, действующим на каждом участке между соседними узлами, технология Х.25 гарантирует безошибочную доставку данных, В общем случае сеть состоит из центров коммутации пакетов (ИКЛ, или Packet Switch) и сборщиков-разборщиков пакетов (ПДД, или Packet Assembler Disassembler). ПАД, как правило, имеет несколько асинхронных и один синхронный порт. Данные, приходящие по асинхронным портам, упаковываются в пикеты и передаются к ЦКП. ЦКП связаны друг с другом синхронными каналами и осуществляют маршрутизацию входящих пакетов. Сеть Х.25 может применяться не только для соединения отдельных компьютеров, но и для соединения локальных сетей, правда, при этом необходимо использовать маршрутизаторы или мосты. В этом случае маршрутизатор (мост) подключается по синхронному каналу прямо к ЦКП. Обмен данными между этими устройствами ведется по протоколу HDLC (High-level Data Link Control), Процесс взаимодействия устройств в сети Х.25 включает протоколы первых трех уровне и семиуровневой модели взаимодействия открытых систем OSI — физического, канального и сетевого. Перезапрос кадров производится на канальном уровне с помощью протокола LAPB (Link Access Procedure-Balanced protocol). Существует целый ряд средств для анализа сетей Х.25. Анализаторы серий RC-8&, RC-100, Prism Lite и Prism 200 имеют полный спектр инструментов для мониторинга и генерации трафика. Для того чтобы посмотреть, что же собственно «бежит» в сети, нужно подключить анализатор в разрыв какого-либо канала с помощью так называемого Y-кабеля. Причем подключиться можно как к синхронному (например, между двумя ЦКП, ЦКП и ПАД или между ЦКП и маршрутизатором), так и к асинхронному (между компьютером и ПАД) каналу, предварительно указав параметры асинхронного канала (скорость, четность/ нечетность, количество стоповых бит). После настроек физического порта и типа протокола можно переходить к декодированию данных. Декодируя данные, анализатор предоставляет информацию о номерах логической группы (LGN) и логического канала (LCN), а также о служебных битах. Кроме того, можно увидеть, что происходит и на физическом уровне: информацию о работе интерфейсов (скорость порта, состояние линий — «высокое» или «низкое»), количестве ошибок циклического кода (CRC). При помощи специальных средств можно производить анализ сетевого трафика по ряду критериев. Это позволяет установить, что в данный момент происходит с сетью. Анализируя доли пакетов того или иного типа, можно сделать определенные выводы. Например, если преобладает тип RNR (Receive Not Ready — получатель не готов), очевидно, что у получателя какие-то проблемы. 359
Часть десятая. Модернизация локальных сетей Анализ трафика можно также провести по логическим группам и каналам. Кроме всего прочего, предоставляется информация об обшем количестве переданных и принятых байтов и кадров, максимальное и минимальное количество байтов в кадре. При локализации различных проблем в сети иногда возникает необходимость генерации трафика с определенными параметрами. Для решения подобных задач анализатор имеет специальную функцию генерации трафика Х.25. Для того чтобы начать генерацию, необходимо задать параметры трафика, а именно: адрес вызывающей и вызываемой стороны, номер логического канала и группы, размер окна, размер пакета. Кроме параметров трафика есть возможность задания полей данных. Следует еще раз отметить, что анализатор в режиме мониторинга или генерации трафика Х.25 имеет возможность при помощи системы триггеров синхронизировать свою работу с различными событиями, а также осуществлять декодировку данных, определенных при помощи системы фильтров. Кроме того, все графики и декодированные данные могут быть записаны в текстовом формате, что позволяет использовать их в различных внешних документах. В настоящее время интенсивно развиваются сети с технологией ретрансляции кадров (Frame Relay), которые имеют ряд преимуществ перед сетями Х.25. Однако, поскольку сети Frame Relay «очень молоды», для них еще не накоплен богатый опыт локализации и устранения неисправностей, как скажем для сетей Х.25. В связи с этим для поддержки сетей Frame Relay сетевой анализатор будет особенно полезен.
Глава 26: Технологии антивирусной защиты сети Вирусы и безопасность данных Компьютерные вирусы являются одной из причин потери данных, которую нельзя игнорировать. Но человеческая природа такова, что о проблеме зачастую начинают думать только после того, как она возникает. В настоящее время число известных вирусов вместе с модификациями примерно равно 16 000. Из них наибольшее распространение в мире имеют примерно 300 вирусов и их модификаций. В последнее время наибольший прирост отмечается среди макровирусов, распространяющихся с файлами Microsoft Word, Excel и Microsoft Access. Следствием такого бурного роста числа вирусов является увеличение числа поражений ими вычислительных сетей.
Пути распространения вирусов Сменные носители информации Этот способ передачи зараженных файлов является самым старым. Особенно благодатную почву он обретает при распространении вместе с пиратским программным обеспечением. В последнее время этот способ распространения вирусов отступает на второй план.
360
Часть десятая. Модернизация локальных сетей Сеть Internet Каждое нововведение в сетевых и коммуникационных технологиях открывает новые пути для распространения вирусов. До недавнего времени вирусы распространялись в основном через дискеты и другие сменные носители, но рост популярности сети Internet открыл для вирусов новую широкую магистраль. Internet обусловливает два пути проникновения вирусов в сети. Первый способ — это загрузка зараженных файлов по протоколу FTP. Демонстрационные версии программного обеспечения, документация и прейскуранты в форматах Microsoft Word и Excel, свободно распространяемые программы — вся эта информация, загружаемая с Internet-серверов, в любой момент может притащить на себе вирус. Более того, в последнее время появляется все больше вирусов, распространяющихся с приложениями, написанными на Java или с применением технологии Active-X. Электронная почта представляет собой второй путь заражения вирусами через Internet. Многие почтовые системы обеспечивают возможность присоединения файлов к письмам. Соответственно гарантировать отсутствие вирусов в этих файлах невозможно. Средства коллективной работы Средства коллективной работы, такие как Lotus Notes, Microsoft Exchange. Novell GroupWise, также представляют собой благодатную почву для распространения вирусов. Поскольку такие системы строятся на принципе совместной работы с документами из базы данных, эти документы представляют собой основу для передачи макровирусов. Кроме того, средства групповой работы не только являются хранилищами разделяемых документов, но и содержат средства передачи файлов внутри рабочей группы и обеспечивают внутри корпоративную почту, что существенно повышает вероятность заражения узлов сети вирусами. Таким образом, можно сделать вывод, что основным путем проникновения вирусов в сеть являются Internet и системы электронной почты. Системы коллективной работы могут сыграть роковую роль при распространении вирусов внутри сети.
Способы проникновения вирусов в сеть Вирусы могут проникать в сеть через ее различные компоненты. Как правило, вирусы проникают в сеть через следующие ее компоненты: •
Рабочие станции. Как правило, на рабочую станцию вирус попадает с привнесенного носителя информации или при открывании зараженного файла, присоединенного к сообщению из электронной почты. Другим способом занесения вируса на рабочую станцию является загрузка файлов из Internet.
•
Шлюзы и брандмауэры. Через эти компоненты сети вирусы могут попадать в нее из других сетей, в первую очередь — из глобальных. Серверы электронной почты. Через них проходит вся электронная почта, которая может содержать присоединенные файлы, зараженные вирусами.
•
Серверы резервного копирования. Проникнув в архивы данных. вирус может «переждать» в них многие версии антивирусной
361
Часть десятая. Модернизация локальных сетей программы, а потом, при восстановлении информации из архива, вновь проникнуть в сеть. •
Серверы Internet и файловые серверы. Современные Internetсерверы позволяют пользователям сети Internet загружать информацию на файловые серверы, что открывает лазейку для вирусов. Исходя из этого система антивирусной зашиты должна как можно более полно защишать те узлы сети, через которые возможно проникновение вирусов.
Механизмы обнаружения вирусов Простейшие старые вирусы просто присоединяли свой код в неизменном виде к файлу и поэтому легко обнаруживались антивирусными пакетами. В настоящее время разработчики вирусов реализуют алгоритмы, направленные на сокрытие своих созданий от антивирусных программ, благодаря чему все большее распространение получают следующие типы вирусов: Полиморфные (Polymorphic) вирусы при каждом запуске изменяют свой код, вследствие чего антивирусные программы, ориентированные на поиск вируса по неизменному коду, не обнаруживают их. •
Вирусы-невидимки (Stealth) пытаются скрыть свое присутствие в оперативной памяти компьютера путем подмены собой обработчиков прерываний. Исходя из этого современное антивирусное программное обеспечение должно поддерживать различные методы для обнаружения вирусов. Основными методами обнаружения вирусов являются следующие: Сканирование сигнатур представляет собой идентификацию вирусов по неизменным кодам. Этот метод опирается на базу, содержащую сигнатуры вирусов, так называемую базу сигнатур. Он хорош для поиска вирусов с неизменным кодом, но не справляется с полиморфными вирусами и вирусами-невидимками.
•
Проверка целостности основывается на сравнении контрольной суммы файла и контрольной суммы этого же файла, хранящегося в некоторой базе. Несовпадение этих сумм свидетельствует о возможном заражении файла. Этот метод неэффективен для поиска вирусов-невидимок.
•
Эвристические методы осуществляют анализ поведения программы на предмет неординарных действий, например, подмены обработчика прерывания или форматирования жесткого диска.
•
Полиморфный анализ направлен на поиск полиморфных вирусов. Этот алгоритм осуществляет запуск подозрительной программы в специальной защищенной области и при этом анализирует ее поведение.
•
Анализатор макровирусов осуществляет поиск макроопределений в файлах офисных приложений и затем проверяет их на наличие вирусов.
362
Часть десятая. Модернизация локальных сетей
Требования к системе сетевой антивирусной защиты Проанализировав основные черты современных вирусов, способы их проникновения в сеть и методы борьбы с ними, можно приступить к определению требований к системе сетевой антивирусной защиты. Эти требования базируются на опыте построения, внедрения и сопровождения комплексных систем -зашиты данных. Сертификация Выбор антивирусного пакета отличается от выбора программного обеспечения других типов. Например, при выборе офисного пакета или средства разработки покупателю достаточно выяснить у продавца их основные возможности, посмотреть их или получить ограниченную по времени версию. Основным показателем качества антивирусного пакета является количество вирусов, которое он опознает. На практике эту характеристику определить практически невозможно, поэтому версия, ограниченная по времени, не даст покупателю информации об этом параметре пакета. Заявления продавцов антивирусного программного обеспечения и его создателей тоже следует воспринимать с определенной долей скепсиса, Исходя из этого единственным источником получения информации о количестве вирусов, обнаруживаемых антивирусным пакетом, могут служить независимые тесты. Ассоциация ICSA занимается такой сертификацией антивирусных систем. Для того чтобы пройти сертификацию ICSA, антивирусный пакет должен: •
обнаруживать все 300 наиболее распространенных вирусов и все их модификации; обнаруживать по меньшей мере 90% из остальных известных 10 тысяч вирусов и их модификаций.
При тестировании каждый вирус заносится в компьютер несколько раз по различным путям и различными способами: со сменного носителя, по протоколу FTP через Internet, внутри сжатого файла и так далее. Такая сертификация проводится для пакета каждые два месяца по мере появления новых вирусов. По опыту внедрения антивирусных систем известно, что благодаря Internet вирусы, созданные в любой стране мира, мгновенно распространяются по всему свету, поэтому антивирусная программа, прошедшая сертификацию ICSA, предохраняет ото всех вирусов - - как импортных, так и отечественных. Таким образом, антивирусный пакет должен иметь независимую сертификацию. Единственной известной из подобных является сертификация ICSA, которая служит лучшей гарантией для покупателя, Функционирование по технологии «клиент/сервер» Применительно к системам сетевой антивирусной защиты технология «клиент/сервер» подразумевает: •
управление с одного компьютера (или с нескольких) компонентами системы на группе узлов сети;
•
централизованное обновление базы сигнатур вирусов;
•
ведение единого журнала событий. 363
Часть десятая. Модернизация локальных сетей Гетерогенность Современная сеть, как правило, является гетерогенной, то есть на компьютерах в ней используются различные операционные системы. Соответственно и система сетевой антивирусной защиты должна быть гетерогенной, то есть ее компоненты должны функционировать под управлением различных систем. В принципе, функционирование по технологии «клиент/сервер* и гетерогенность системы антивирусной зашиты являются залогом ее гибкости и простоты расширения и обновления.
Защита различных узлов сети и предотвращение распространения по ней вируса Вирусы могут попадать в сети через различные ее компоненты: рабочие станции, серверы электронной почты и другие. Исходя из этого система сетевой антивирусной защиты должна обеспечивать защиту от проникновения вирусов с различных узлов сети. Отдельно следует отметить, что, попав на один из компьютеров сети, вирус быстро распространяется по ней. Как правило, такое распространение происходит через: •
систему коллективной работы; файловые серверы;
Я
внутрикорпоративную почту.
Соответственно антивирусная система должна не только предотвращать проникновение вирусов в сеть, но и пресекать их распространение по ней. В случае обнаружения вируса желательно определить источник заражения сети, чтобы принять соответствующие меры.
Развитые алгоритмы обнаружения вирусов Выше отмечалось, что при создании вирусов зачастую используются различные ухищрения с целью затруднить антивирусным программам их обнаружение и идентификацию. Учитывая это, программы защиты от вирусов должны применять разнообразные алгоритмы для поиска вирусов различных типов. Современный антивирусный пакет должен обеспечивать как поиск вирусов по базе сигнатур, так и использование других методов, в первую очередь направленных на полиморфные вирусы и вирусы-невидимки. Кроме того, все более актуальной становится защита сетей от макровирусов, поскольку по данным ICSA эта группа развивается наиболее активно.
Работа в различных режимах Многие антивирусные пакеты производят поиск вирусов при каждом своем запуске. Такой режим работы называется сканированием. Обычно поиск вирусов в режиме сканирования производится по расписанию. Недостатком этого метода является то, что вирус, проникнув в сеть между очередными запускам и антивирусного пакета, может натворить много бед или осесть в архивах данных на внешних носителях, тем самым спрятавшись от программы поиска. Но, несмотря на это, режим сканирования необходим: он может быть использован при проверке компьютера на вирусы перед его подключением к сети.
364
Часть десятая. Модернизация локальных сетей При работе в режиме реального времени антивирусное программное обеспечение все время находится в оперативной памяти компьютера и «на лету» проверяет все входящие данные на наличие вирусов. Этот режим работы является наиболее важным, ибо он позволяет обнаруживать вирусы до того, как они попадут в компьютер. Вплотную к нему примыкает возможность отслеживания всей информации, выходящей с компьютера, и сканирование сетевых пакетов, что предотвращает распространение вирусов по сети. Таким образом, антивирусная система должна работать как в режиме сканирования, так и в режиме реального времени. В ряде случаев файл, зараженный вирусом, может быть избавлен от него, или «вылечен», без потери нужной информации. Исходя из этого антивирусная программа должна уметь удалять вирусы с зараженных файлов.
Автоматизация работ и незаметность для пользователя Любой антивирусный пакет является сервисной программой, поэтому он не должен каким-либо образом стеснять пользователя, требовать от него каких-то дополнительных рутинных действий, ограничивать его в чем-либо. Другими словами, работа антивирусного пакета должна быть полностью скрыта от пользователя. Аналогично этому работа администратора сети по обслуживанию антивирусного пакета также должна быть максимально упрощена. Например, администратор не должен заботиться о своевременном обновлении базы сигнатур вирусов. — сам пакет обязан осуществлять это автоматически через глобальные сети или иным путем. Другим примером автоматизации работ может служить выполнение сканирования узлов сети по расписанию или сканирование информации, сохраняемой в архив и восстанавливаемой из него. Антивирусный пакет при обнаружении вирусов должен также выполнять все действия по их уничтожению автоматически, а не спрашивать об этом администратора или пользователя. В целом максимальная автоматизация работ является залогом низкой стоимости владения продуктом.
Развитые средства мониторинга и управления Для управления работой сетевого антивирусного пакета и отслеживания его состояния он должен обеспечивать; •
графические средства мониторинга и управления как на сервере, так и на клиенте;
•
широкий набор средств оповещения о событиях.
Выбор антивирусного пакета В настоящий момент на рынке программного обеспечения сформировался круг производителей антивирусных пакетов. Это Computer Associates со своим пакетом InocuLAN (ранее принадлежавший Cheyenne), McAfee с VirusScan, Symantec с Norton Antivirus и другие зарубежные и отечественные компании.
365
Часть десятая. Модернизация локальных сетей При выборе антивирусного пакета были приняты в расчет все требования, изложенные выше, основным из которых была сертификация ICSA. Из отечественных разработок только Antiviral ToolKit Pro Лаборатории Касперского имеет такую сертификацию, причем только для платформ DOS и Windows. Поскольку требовать сертификации ICSA от всех отечественных разработок было бы наивно, то при рассмотрении программ российских компаний учитывались другие критерии, основными из которых являлись: автоматизация работ, упрощение администрирования, полная незаметность и отсутствие ограничений для пользователя. К сожалению, ведущие отечественные разработчики антивирусных программ плохо справились с этой проблемой и рекомендуют дополнительно к своим продуктам предпринимать ряд административных мер: ограничение на пользование устройствами компьютера (приводы CD-ROM и дискет) и сетью Internet, рекомендация не сохранять файлы Microsoft Word и Excel в основных форматах этих систем, выработка различных памяток для пользователя, специальная подготовка специалистов.
Глава 27: Беспроводной доступ к ЛВС Современную коммерческую компанию трудно представить без интенсивного использования ею сетевых технологий- Различные клиент-серверные прилож е н и я , документооборот, компьютерная телефония, использование Интернет требуют как постоянного увеличения мощности сетевого оборудовании, так и рационального выбора топологии сети. Если попытаться выделить типовые задачи компании по организации собственной информационной инфраструктуры, то получится следующий список: •
подключение к центральному офису филиала или склада готовой продукции;
•
поддержка мобильных абонентов сети внутри помещении и на ограниченной территории;
•
построение кампусных сетей; автоматизированный учет продукции склада (магазина);
•
подключение к провайдеру услуг Интернет.
Большой удельный вес малых предприятий в России, где государственные инвестиции в развитие экономики близки к нулю, а крупный частнЕ>ш капитал еше отсутствует, заставляет считаться с характерными особенностями таких предприятий. Это, во-первых, «кочевой» образ жизни центрального офиса, филиалов и складов компании, во-вторых, ее непрерывное развитие и, в-третьих, ограниченность финансовых средств для решения перечисленных выше задач. Именно поэтому беспроводные технологии являются единственным и весьма популярным инструментом, позволяющим быстро и дешево строить, переносить и масштабировать вычислительную сеть компании. Что же нового приобретает компания, избравшая беспроводный доступ в качестве основного пути развития своей сети?
366
Часть десятая. Модернизация локальных сетей
Подключение к центральному офису филиала или склада Большинство торговых компаний сталкиваются с проблемой оперативного обмена данными между своими подразделениями. Наиболее типична ситуация, когда филиалы компании разбросаны по городу, а склад находится за его чертой. Расстояние между точками может достигать 10-20 км. Решить проблему помогает оборудование радио-Ethernet серии RangeLAN2 фирмы Proxim (США), с помошью которого все удаленные точки объединяются в единую ЛВС. При этом в полном объеме реализуется доступ сотрудников филиала и склада ко всем ресурсам сети: серверу баз данных, файл-серверу, сетевым принтерам. В центральном офисе и филиале располагаются точки доступа Ethernet RL2 7520, которые подключаются либо прямо к ЛВС, л ибо через маршрутизатор. Удаленная рабочая станция склада снабжена ISA-радиоадаптером RL2 7100 и подключается к ЛВС центрального офиса через дуплексный ретранслятор RL2 7540. При таком подключении связь между складом и центральным офисом происходит без потери скорости передачи данных.
Поддержка мобильных абонентов сети внутри помещения и на ограниченной территории Оборудование Proxim, благодаря развитым функциям роуминга, позволяет легко осуществить удаленный доступ перемещающихся абонентов к ресурсам территориально распределенной ЛВС. Например, врач, совершая обход больных по территории больницы, при помощи ноутбука с радиокартой RL2 7400 получает оперативный доступ к истории болезни пациента. Сотрудник фирмы, имея ручной компьютер с установленной радиокартой RL2 7410 и переходя из одного помещения в другое, также является полноправным пользователем распределенной сети офиса. Чрезвычайно облегчается труд работников складских помещений и крупных магазинов. Применение портативных компьютеров (например. Dolphin RF) с радиоинтерфейсом позволяет полностью автоматизировать учет продукции, Если количество таких компьютеров невелико, то возможна их работа непосредственно с главным сервером сети, что снижает стоимость системы беспроводного сбора данных. При значительном количестве портативных компьютеров (более 10) сеть дополняется терминальным сервером. Возможен вариант беспроводной сети типа peer-to-peer, когда абоненты могут связываться друг с другом непосредственно по радио. Такая конфигурация особенно актуальна, когда необходимо оперативно развернуть временную сеть, например, на выставке для демонстрации сетевых приложений, при обследовании строительных объектов, в игорном бизнесе. В этом случае один из узлов сети назначается мастером и является концентратором сети, подобно концентратору Ethernet. Остальные узлы назначаются станциями и автоматически синхронизируются по радио с узлом-маете ром.
Подключение к провайдеру услуг Интернет Кроме очевидного решения типа построения радиоканала Ethernet можно применить оригинальную схему подключения небольшой группы пользователей к точке присутствия провайдера с использованием семейства беспроводного оборудования Symphony. Все пользователи работают в радиосети, центром которой является беспроводный телефонный модем 4500-05. Молем имеет интерфейс с те-
367
Часть десятая. Модернизация локальных сетей лефонной линией и обеспечивает по ней связь с провайдером со скоростью 56 кбит/с в соответствии со спецификацией V.90. Компьютеры пользователей снабжены радиокартами с интерфейсами ISA, PCI или PCMCIA в зависимости от типа компьютера. Таким образом, все пользователи сети имеют доступ в Интернет по одному аккаунту провайдера.
368
Вопросы и ответы
Вопросы и ответы Системные платы Как описать системную плату Прежде всего — привести ее фирменное название. В случае, если его нет — привести надписи на плате, которые могут быть похожи на название. Описать основные признаки платы (под какой процессор, какие шины, сколько разъемов каждой шины, сколько каких разъемов под кэш/память, что написано на больших микросхемах). В случае, если плата не имеет фирменного названия, имеет смысл привести строку идентификации BIOS, которая выводится при перезагрузке внизу экрана, и тип самого BIOS (AMI, AWARD, Phoenix, Acer). Чем больше информации — тем выше вероятность верного опознания платы другими и получения ответов на заданные вопросы.
Chipset Chip Set — набор микросхем. Это одна или несколько микросхем, специально разработанных для «обвязки» микропроцессора. Они содержат в себе контроллеры прерываний, прямого доступа к памяти, таймеры, систему управления памятью и шиной — все те компоненты, которые в оригинальной IBM PC были собраны на отдельных микросхемах. Обычно в одну из микросхем набора входят также часы реального времени с CMOS-памятью и иногда — клавиатурный контроллер, однако эти блоки могут присутствовать и в виде отдельных чипов. В последних разработках в состав микросхем наборов для интегрированных плат стали включаться и контроллеры внешних устройств. Внешне микросхемы Chipset'a выглядят, как самые большие после процессора, с количеством выводов от нескольких десятков до нескольких сотен. Название набора обычно происходит от маркировки основной микросхемы OPTi495SLC, SJS471, UMC491, 182C437VX. При этом используется только код микросхемы внутри серии: к примеру, полное наименование SiS471 — SSS85C471. Последние разработки используют и собственные имена; в ряде случаев это фирменное название (Neptun, Mercury, Triton. Viper), либо собственная маркировка чипов третьих фирм (ExpertChip, PC Chips). Тип набора в основном определяет функциональные возможности платы: типы поддерживаемых процессоров, структура/объем кэша, возможные сочетания типов и объемов модулей памяти, поддержка режимов энергосбережения, возможность программной настройки параметров. На одном и том же наборе может выпускаться несколько моделей системных плат, от простейших до довольно сложных с интегрированными контроллерами портов, дисков, видео.
IRQ и DMA IRQ (Interrupt ReQuest — запрос прерывания) — сигнал от одного из узлов компьютера, требующий внимания процессора к этом узлу. Возникает при на369
Вопросы и ответы ступлении какого-либо событии (к примеру, нажатии клавиши, завершении операции чтения/записи на диске). На PC AT предусмотрено 15 (на XT — 8) линий IRQ, часть которых используется внутренними контроллерами системной платы, а остальные заняты стандартными адаптерами либо не используются: •
0 — системный таймер I — контроллер клавиатуры
•
2 — сигнал возврата по кадру (EGA/VGA), на AT соединен с IRQ 9
•
3 - обычно СОМ2/СОМ4
«
4 - обычно СОМ1/СОМЗ
•
5 — контроллер HDD (XT), обычно свободен на AT 6 — контроллер FDD
•
7 — LPT1, многими LPT-контроллерами не используется
•
8 — часы реального времени с автономным питанием (RTC) 9 — параллельна IRQ 2
•
10 — не используется
•
11 — не используется
•
12 — обычно контроллер мыши типа PS/2
•
13 — математический сопроцессор 14 — обычно контроллер IDE HDD (первый канал)
•
15 — обычно контроллер IDE HDD (второй канал)
На AT и всех современных платах сигнал IRq 2 схемно поступает на вход, соответствующий IRq 9 и вызывает запуск обработчика прерываний, связанного с IRq 9, который программно эмулирует прерывание по IRq 2. Таким образом. программы, работающие с IRq 9, будут работать всегда, а использующие IRq 2 — могут не работать, если не установлен правильный обработчик TRq 9. В современных системах IRq 5 традиционно используется звуковыми адаптерами, 9 —музыкальными (интерфейс MIDI), IRq 10 и выше делятся между адаптерами ISA и PCI. DMA (Direct Memory Access — прямой доступ к памяти) — способ обмена данными между внешним устройством и памятью без участия процессора, что может заметно снизить нагрузку на процессор и повысить общую производительность системы. Режим DMA позволяет освободить процессор от рутинной пересылки данных между внешними устройствами и памятью, отдав эту работу контроллеру DMA; процессор в это время может обрабатывать другие данные или другую задачу в многозадачной системе. На PC AT есть 7 (на XT — 4) независимых каналов контроллера DMA: •
0 — регенерация памяти на некоторых платах
•
1 — не используется
•
2 — контроллер FDD 3 — контроллер HDD на XT, на AT не используется 370
Вопросы и ответы 5 — не используется •
6 — не используется
•
7 — не используется
Каналы 0-3 — восьмиразрядные, каналы 5-7 — шестнадцатиразрядные. В современных системах DMA 0/1 обычно используется звуковыми анаптерами, 3 — параллельным портом в режиме ЕСР. DMA 5 используется серией звуковых адаптеров Sound Blaster 16 (SB16, Vibral6, AWE32, SB32, AWE64) и совместимых с ними (микросхемы CMI8330, Avance Logic ALS100 и старше). С учетом этого, новые адаптеры следует настраивать прежде всего на полностью свободные каналы IRQ (10, 11) и DMA (1, 5-7). а затем — на свободные в конкретной системе (к примеру, IRQ 5 или 12, DMA 3). Возможность использования одного IRQ несколькими адаптерами зависит от типа шины и требует поддержки со стороны драйверов этих адаптеров. Использование разными адаптерами одного канала DMA в принципе возможно, но связано со множеством проблем и потому не рекомендуется,
BIOS и зачем он нужен Это Basic Input/Output System — основная система ввода/вывода, зашитая в ПЗУ (отсюда название ROM BIOS). Она представляет собой набор программ проверки и обслуживания аппаратуры компьютера, и выполняет роль посредника между DOS и аппаратурой. BIOS получает управление при включении и сбросе системной платы, тестирует саму плату и основные блоки компьютера — видеоадаптер, клавиатуру, контроллеры дисков и портов ввода/вывода, настраивает Chipset платы и загружает внешнюю операционную систему. При работе под DOS/Windows BIOS управляет основными устройствами, при работе под OS/2, UNIX, Windown-9x/NT/2000 BIOS практически не используется, выполняя лишь начальную проверку и настройку. Обычно на системной плате установлено только ПЗУ с системным (Main, System) BIOS, отвечающим за саму плату и контроллеры FDD, HDD, портов и клавиатуры; в системный BIOS практически всегда входит System Setup — проi-рамма настройки системы. Видеоадаптеры и контроллеры HDD с интерфейсом ST-506 (MFM) и SCSI имеют собственные BIOS в отдельных ПЗУ; их также могут иметь и другие платы — интеллектуальные контроллеры дисков и портов, сетевые карты. Обычно BIOS для современных системных плат разрабатывается одной из специализирующихся на этом фирм — Award Software, American Megatrends Inc. (AMI), реже — Phoenix Technology, Microid Research; в данное время наиболее популярен Award BIOS 4,5IG. Некоторые производители плат (к примеру, IBM, Intel, Acer) сами разрабатывают ВЮ5'ы для них. Иногда для одной и той же платы имеются версии BIOS от разных производителей — в этом случае допускается копировать прошивки или заменять микросхемы ПЗУ; в общем же случае каждая версия BIOS привязана к конкретной модели платы. Раньше BIOS зашивался в однократно программируемые ПЗУ либо в П ЗУ с ультрафиолетовым стиранием; сейчас в основном выпускаются платы с электрически перепрограммируемыми ПЗУ (Flash ROM), которые допускают пере-
371
Вопросы и ответы шивку BIOS средствами самой платы. Это позволяет исправлять заводские ошибки в BIOS, изменять заводские умолчания, программировать собственные экранные заставки. Тип микросхемы ПЗУ обычно возможно определить по маркировке: 27кххх — обычное ПЗУ, 28хххх или 29хххх — flash. В случае, если на корпусе микросхемы 27хххх есть прозрачное окно — это ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием, которое возможно -«перешить» программатором; если окна нет — это однократно программируемое ПЗУ, которое в общем случае возможно лишь заменить на другое.
Bus Mastering Bus Mastering — это способность внешнего устройства самостоятельно, без участия процессора, управлять шиной (пересылать данные, выдавать команды и сигналы управления). На время обмена устройство захватывает шину и становится главным, или ведущим (master) устройством. Такой подход обычно используется для освобождения процессора от операций пересылки команд и/или данных между двумя устройствами на одной шине. Частным случаем Bus Mastering является режим DMA, который осуществляет только внепроиессорную пересылку данных; в классической архитектуре PC этим занимается контроллер DMA, обший для всех устройств. Каждое же Bus Mastering-устройство имеет собственный подобный контроллер, что позволяет избавиться от проблем с распределением DMA-каналов и преодолеть ограничения стандартного DM А-контроллера (16разрядность, способность адресовать только первые 16 Мб ОЗУ, низкое быстродействие).
Отличие шин XT-Bus, ISA, EISA, VLB, PCI, PCMCIA и MCA XT-Bus — шина архитектуры XT — первая в семействе IBM PC. Относительно проста, поддерживает обмен 8-разрядными данными внутри 20-разрядного (1 Мб) адресного пространства (обозначается как «разрядность 8/20»), работает на частоте 4.77 МГц. Совместное использование линий IRQ в общем случае невозможно. Конструктивно оформлена в 62-контактных разъемах, ISA (Industry Standard Architecture — архитектура промышленного стандарта) — основная шина на компьютерах типа PC AT (другое название — AT-Bus). Является расширением XT-Bus, разрядность — 16/24 (16 Мб), тактовая частота — 8 МГц, предельная пропускная способность — 5.55 Мб/с. Разделение IRQ также невозможно. Возможна нестандартная организация Bus Mastering, но для этого нужен запрограммированный 16-разрядный канал DMA. Конструктив — 62-контактный разъем XT-Bus с прилегающим к нему 36-контактным разъемом расширения, EISA (Enhanced ISA — расширенная ISA) — функциональное и конструктивное расширение ISA. Внешне разъемы имеют такой же вид, как и ISA, и в них могут вставляться платы ISA, но в глубине разъема находятся дополнительные ряды контактов EISA, а платы EISA имеют более высокую ножевую часть разъема с дополнительными рядами контактов. Разрядность — 32/32 (адресное пространство — 4 Гб), работает также на частоте 8 МГц. Предельная пропускная способность — 32 Мб/с. Поддерживает Bus Mastering — режим управления шиной со стороны
372
Вопросы и ответы любого из устройств на шине, имеет систему арбитража для управления доступом устройств у шине, позволяет автоматически настраивать параметры устройств, возможно разделение каналов IRQ и DMA. MCA (Micro Channel Architecture — микроканальная архитектура) — шина компьютеров PS/2 фирмы IBM. He совместима ни с одной другой, разрядность — 32/32, (базовая — 8/24, остальные — в качестве расширений). Поддерживает Bus Mastering, имеет арбитраж и автоматическую конфигурацию, синхронная (жестко фиксирована длительность цикла обмена), предельная пропускная способность — 40 Мб/с. Конструктив — одно-трехсекционный разъем (такой же, как у VLB). Первая, основная, секция — 8-разрядная (90 контактов), вторая — 16-разрядное расширение (22 контакта), третья — 32-разрядное расширение (52 контакта). В основной секции предусмотрены линии для передачи звуковых сигналов. Дополнительно рядом с одним из разъемов может устанавливаться разъем видеорасширения (20 контактов). EISA и МСА во многом параллельны, появление EISA было обусловлено собственностью IBM на архитектуру МСА. VLB (VESA Local Bus — локальная шина стандарта VESA) — 32-разрядное дополнение к шине ISA. Конструктивно представляет собой дополнительный разъем (116-контактный, как у МСА) при разъеме ISA. Разрядность — 32/32, тактовая частота — 25,.50 МГц, предельная скорость обмена — 130 Мб/с. Электрически выполнена в виде расширения локальной шины процессора — большинство входных и выходных сигналов процессора передаются непосредственно VLB-платам без промежуточной буферизации, Из-за этого возрастает нагрузка на выходные каскады процессора, ухудшается качество сигналов на локальной шине и снижается надежность обмена по ней. Поэтому VLB имеет жесткое ограничение на количество устанавливаемых устройств: при 33 МГц — три, 40 МГц — два, и при 50 МГц — одно, причем желательно — интегрированное в системную плату. PCI (Peripheral Component Interconnect — соединение внешних компонент) — развитие VLB в сторону EISA/MCA. He совместима ни с какими другими, разрядность —• 32/32 (расширенный вариант — 64/64). тактовая частота — до 33 МГц (PCI 2.1 — до 66 МГц), пропускная способность — до 132 Мб/с (264 Мб/с для 32/32 на 66 МГц и 528 Мб/с для 64/64 на 66 МГц), поддержка Bus Mastering и автоконфигурации. Количество разъемов шины на одном сегменте ограничено четырьмя. Сегментов может быть несколько, они соединяются друг с другом посредством мостов (bridge). Сегменты могут объединяться в различные топологии (дерево, звезда). Самая популярная шина в настоящее время, используется также на других компьютерах. Разъем похожа на MCA/VLB, но чуть длиннее (124 контакта). 64-разрядный разъем имеет дополнительную 64-контактную секцию с собственным ключом. Все разъемы и карты к ним делятся на поддерживающие уровни сигналов 5 В, 3.3 В и универсальные; первые два типа должны соответствовать друг другу, универсальные карты ставятся в любой разъем. Существует также расширение MediaBus, введенное фирмой ASUSTek дополнительный разъем содержит сигналы шины ISA. PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association — ассоциация производителей плат памяти для персональных компьютеров) — внешняя шина компьютеров класса NoteBook. Другое название модуля PCMCIA — PC Card, Предельно проста, разрядность — 16/26 (адресное пространство — 64 Мб), поддерживает автоконфигурацию, возможно подключение и отключение уст-
373
Вопросы и ответы ройств в процессе работы компьютера. Конструктив — миниатюрный 68-контактный разъем. Контакты питания сделаны более длинными, что позволяет вставлять и вынимать карту при включенном питании компьютера.
Типы микросхем памяти, использующиеся в системных платах Из микросхем памяти {RAM — Random Access Memory, память с произвольным доступом) используется два основных типа: статическая (SRAM — Static RAM) и динамическая (DRAM — Dynamic RAM), В статической памяти элементы (ячейки) построены на различных вариантах триггеров — схем с двумя устойчивыми состояниями. После записи бита в такую ячейку она может пребывать в этом состоянии столь угодно долго — необходимо только наличие питания. При обращении к микросхеме статической памяти на нее подается полный адрес, который при помощи внутреннего дешифратора преобразуется в сигналы выборки конкретных ячеек. Ячейки статической памяти имеют малое время срабатывания (единицы-десятки наносекунд), однако микросхемы на их основе имеют низкую удельную плотность данных (порядка единиц Мбит на корпус) и высокое энергопотребление. Поэтому статическая память используется в основном в качестве буферной (кэш-память). В динамической памяти ячейки построены на основе областей с накоплением зарядов, занимающих гораздо меньшую площадь, нежели триггеры, и практически не потребляющих энергии при хранении. При записи бита в такую ячейку в ней формируется электрический заряд, который сохраняется в течение нескольких миллисекунд: для постоянного сохранения заряда ячейки необходимо регенерировать — перезаписывать содержимое для восстановления зарядов. Ячейки микросхем динамической памяти организованы в виде прямоугольной (обычно — квадратной) матрицы; при обращении к микросхеме на ее входы вначале подается адрес строки матрицы, сопровождаемый сигналом RAS (Row Address Strobe — строб адреса строки), затем, через некоторое время — адрес столбца, сопровождаемый сигналом CAS (Column Address Strobe — строб адреса столбца). При каждом обращении к ячейке регенерируют все ячейки выбранной строки, поэтому для полной регенерации матрицы достаточно перебрать адреса строк. Ячейки динамической памяти имеют большее время срабатывания (десятки-сотни наносекунд), но большую удельную плотность (порядка десятков Мбит на корпус) и меньшее энергопотребление. Динамическая память используется в качестве основной. Обычные виды SRAM и DRAM называют также асинхронными — потому, что установка адреса, подача управляющих сигналов и чтение/запись данных могут выполняться в произвольные моменты времени — необходимо только соблюдение временных соотношений между этими сигналами. В эти временные соотношения включены так называемые охранные интервалы, необходимые для стабилизации сигналов, которые не позволяют достичь теоретически возможного быстродействия памяти. Существуют также синхронные виды памяти, получающие внешний синхросигнал, к импульсам которого жестко привязаны моменты подачи адресов и обмена данными; помимо экономии времени на охранных интервалах, они позволяют более полно использовать внутреннюю конвейеризацию и блочный доступ. 374
Вопросы и ответы FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM —динамическая память с быстрым страничным доступом) активно использовалась в середине 90-х годов. Память со страничным доступом отличается от обычной динамической памяти тем, что после выбора строки матрицы и удержании RAS допускает многократную установку адреса столбца, стробируемого CAS, а также быструю регенерацию по схеме «CAS прежде RAS». Первое позволяет ускорить блочные передачи, когда весь блок данных или его часть находятся внутри одной строки матрицы, называемой в этой системе страницей, а второе — снизить накладные расходы на регенерацию памяти. EDO (Extended Data Out — расширенное время удержания данных на выходе) фактически представляют собой обычные микросхемы FPM, на выходе которых установлены регистры-защелки данных. При страничном обмене такие микросхемы работают в режиме простого конвейера: удерживают на выходах данных содержимое последней выбранной ячейки, в то время как на их входы уже подается адрес следующей выбираемой ячейки. Это позволяет примерно на 15% по сравнению с FPM ускорить процесс считывания последовательных массивов данных. При случайной адресации такая память ничем не отличается от обычной. BEDO (Burst EDO — EDO с блочным доступом) — память на основе EDO, работающая не одиночными, а пакетными циклами чтения/записи. Современные процессоры, благодаря внутреннему и внешнему кэшированию команд и данных, обмениваются с основной памятью преимущественно блоками слов максимальной ширины. В случае памяти BEDO отпадает необходимость постоянной подачи последовательных адресов на входы микросхем с соблюдением необходимых временных задержек — достаточно стробировать переход к очередному слову отдельным сигналом. SDRAM (Synchronous DRAM — синхронная динамическая память) — память с синхронным доступом, работающая быстрее обычной асинхронной (FPM/EDO/BEDO). Помимо синхронного метода доступа, SDRAM использует внутреннее разделение массива памяти на два независимых банка, что позволяет совмещать выборку из одного банка с установкой адреса в другом банке. SDRAM также поддерживает блочный обмен. Основная выгода от использования SDRAM состоит в поддержке последовательного доступа в синхронном режиме, где не требуется дополнительных тактов ожидания. При случайном доступе SDRAM работает практически с той же скоростью, что и FPM/EDO. РВ SRAM (Pipelined Burst SRAM — статическая память с блочным конвейерным доступом) — разновидность синхронных SRAM с внутренней конвейеризаиией, за счет которой примерно вдвое повышается скорость обмена блоками данных. Микросхемы памяти имеют четыре основные характеристики — тип, объем, структуру и время доступа. Тип обозначает статическую или динамическую память, объем показывает общую емкость микросхемы, а структура — количество ячеек памяти и разрядность каждой ячейки. Например, 28/32-выводные DIPмикросхемы SRAM имеют восьмиразрядную структуру (8k*8, I6k*8, 32k*8, 64k*8, 128k*8), и кэш для 486 объемом 256 Кб будет состоять из восьми микросхем 32К*8 или четырех микросхем 64k*8 (речь идет об области данных — дополнительные микросхем ы для хранения признаков (tag) могут иметь другую структуру). Две микросхемы по 128k*8 поставить уже нельзя, так как нужна 32-разрядная шина да н-
375
Вопросы и ответы ных, что могут дать только четыре параллельных микросхемы. Распространенные РВ SRAM в 100-выводных корпусах PQFP имеют 32-разрядную структуру 32k*32 или 64к*32 и используются по две или по четыре в платах для Pentuim. Аналогично, 30-контактные SIMM имеют 8-разрядную структуру и ставятся с процессорами 286, 386SX и 486SLC по два, а с 386DX, 486DLC и обычными 486 — по четыре. 72-контактные SIMM имеют 32-разрядную структуру и могут ставиться с 486 по одному, а с Pentium и Pentium Pro — по два. 168-контактные DIMM имеют 64-разрядную структуры и ставятся в Pentium и Pentium Pro по одному. Установка модулей памяти или микросхем кэша в количестве больше минимааьного позволяет некоторым платам ускорить работу с ними, используя принцип расслоения (Interleave — чередование). Время доступа характеризует скорость работы микросхемы и обычно указывается в наносекундах через тире в конце наименования. На более медленных динамических микросхемах могут указываться только первые цифры (-7 вместо 70, -15 вместо -150), на более быстрых статических «-15» или «-20» обозначают реальное время доступа к ячейке. Часто на микросхемах указывается минимальное из всех возможных времен доступа — к примеру, распространена маркировка 70 не EDO DRAM, как 50, или 60 не — как 45, хотя такой цикл достижим только в блочном режиме, а в одиночном режиме микросхема по-прежнему срабатывает за 70 ил и 60 не. Аналогичная ситуация имеет место в маркировке РВ SRAM: 6 не вместо 12, и 7 — вместо 15. Микросхемы SDRAM обычно маркируются временем доступа в блочном режиме (10 или 12 не). Ниже приведены примеры типовых маркировок микросхем памяти; в обозначении обычно (но не всегда) присутствует объем в килобитах и/или структура (разрядность адреса и данных). Статические: •
61256 - 32k*8 (256 Кбит, 32 Кб)
•
62512 - 64к*8 (512 Кбит, 64 Кб)
•
32С32 - 32k*32 (1 Мбит, 128 Кб)
•
32С64 - 64k*32 (2 Мбит, 256 Кб)
Динамические: •
41256 - 256k*l (256 Кбит, 32 Кб)
•
44256, 81С4256 - 256k*4 (1 Мбит, 128 Кб)
•
411000, 81С1000 - 1М*1 (1 Мбит, 128 Кб)
• •
441000, 814400- 1 ММ (4 Мбит, 512 Кб) 41С4000 —4М*4, (16 Мбит, 2 Мб)
•
МТ4С16257 - 256k*!6 (4 Мбит, 512 Кб)
•
MT4LC16M4A7 - 16М*8 (128 Мбит, 16 Мб)
•
MT4LC2M8E7 - 2М*8 (16 Мбит, 2 Мб, EDO)
•
МТ4С16270-256к*16(4Мбит, 512Кб, EDO)
376
Вопросы и ответы Микросхемы EDO часто (но далеко не всегда) имеют в обозначении «некруглые* числа: к примеру, 53С400 — обычная DRAM, 53C40S — EDO DRAM.
Обозначения корпусов микросхем и типов модулей памяти: DIP, SIP, SIPP, SIMM, DIMM, CELP, COAST DIP (Dual In line Package — корпус с двумя рядами выводов) — классические микросхемы, применявшиеся в блоках основной памяти XT и ранних AT, a сейчас — л блоках кэш-памяги. SIP (Single In line Package — корпус с одним рядом выводов) — микросхема с одним рядом выводов, устанавливаемая вертикально. SIPP (Single In line Pinned Package модуль с одним рядом проволочных выводов) — модуль памяти, вставляемый в панель наподобие микросхем DIP/SIP; применялся в ранних AT. SIMM (Single In line Memory Module — модуль памяти с одним рядом контактов) — модуль памяти, вставляемый в зажимающий разъем; применяется во всех современных платах, а также во многих адаптерах, принтерах и прочих устройствах. SIMM имеет контакты с двух сторон модуля, но все они соединены между собой, образуя как бы один ряд контактов. DIMM (Dual In line Memory Module — модуль памяти с двумя рядами контактов) — модуль памяти, похожий на SIMM, но с раздельными контактами (обычно 2 х 84), за счет чего увеличивается разрядность или число банков памяти в модуле. Применяется в основном в компьютерах Apple и новых платах Р5 и Р6. На SIMM в настоящее время устанавливаются преимущественно микросхемы FPM/EDO/BEDO, а на DIMM - EDO/BEDO/SDRAM. CELP (Card Egde Low Profile — невысокая карта с ножевым разъемом на краю) — модуль внешней кэш-памяти, собранный на микросхемах SRAM (асинхронный) или РВ SRAM (синхронный). По внешнему виду похож на 72-контактный SIMM, имеет емкость 256 или 512 Кб. Другое название COAST (Cache On A STick — буквально «кэш на палочке»). Модули динамической памяти, помимо памяти для данных, могут иметь дополнительную память для хранения битов четности (Parity) для байтов данных — такие SIMM иногда называют 9- и 36-разрядными модулями (по одному биту четности на байт данных). Биты четности служат для контроля правильности считывания данных из модуля, позволяя обнаружить часть ошибок (но не все ошибки). Другой разновидностью контроля является ЕСС (Error Correction Code) специальный дополнительный код, обнаруживающий и исправляющий большую часть ошибок в основном памяти. Для хранения ЕСС обычно требуется больше памяти, однако для несложных ЕСС могут использоваться биты четности. Модули с четностью имеет смысл применять лишь там, где нужна очень высокая надежность — для обычных применений подходят и тщательно проверенные модули без четности, при условии, что системная плата поддерживает такие типы модулей. Проще всего определить тип модуля по маркировке и количеству микросхем памяти на нем: к примеру, если на 30-контактном SIMM две микросхемы одного типа и одна — другого, то две первых содержат данные (каждая по четыре 377
Вопросы и ответы разряда), а третья — биты четности (она одноразрядная). В 72-контактном SIMM с двенадцатью микросхемами восемь из них хранят данные, а четыре — биты четности. Модули с количеством микросхем 2, 4 или 8 не имеют памяти под четность. Иногда на модули ставится так называемый имитатор четности микросхема-сумматор, выдающая при считывании ячейки всегда правильный бит четности. В основном это предназначено для установки таких модулей в платы, где проверка четности не отключается; однако, существуют модули, где такой сумматор маркирован как «честная» микросхема памяти — чаше всего такие модули производятся в Китае. 72-контактные SIMM имеют четыре специальных линии PD (Presence Detect — обнаружение наличия), на которых при помощи перемычек может быть установлено до L6 комбинаций сигналов. Линии PD используются некоторыми «Brand пате»-платами для определения наличия модулей в разъемах и их параметров (объема и быстродействия). Большинство универсальных плат производства «третьих фирм», как их выпускаемые ими SIMM, не используют линий PD. В модулях DIMM, в соответствии со спецификацией JEDEC, технология PD реализуется при помощи перезаписываемого ПЗУ с последовательным доступом (Serial EEPROM) и носит название Serial Presence Detect (SPD). ПЗУ представляет собой 8-выводную микросхему, размещенную в углу платы DIMM, а его содержимое описывает конфигурацию и параметры модуля. Системные платы с chiset'aMH 440LX/BX могут использовать SPD для настройки системы управления памятью. Некоторые системные платы могут обходиться без SPD, определяя конфигурацию модулей обычным путем — это стимулирует выпуск рядом производителей DIMM без ПЗУ, не удовлетворяющих спецификации JEDEC.
Что такое кэш и зачем он нужен Cache (запас) обозначает быстродействующую буферную память между процессором и основной памятью. Кэш служит для частичной компенсации разницы в скорости процессора и основной памяти — туда попадают наиболее часто используемые данные. Когда процессор первый раз обращается к ячейке памяти, ее содержимое параллельно копируется в кэш, и в случае повторного обращения в скором времени может быть с гораздо большей скоростью выбрано из кэша. При записи в память значение попадает в кэш, и либо одновременно копируется в память (схема Write Through — прямая или сквозная запись), либо копируется через некоторое время (схема Write Back — отложенная или обратная запись). При обратной записи, называемой также буферизованной сквозной записью, значение копируется в память в первом же свободном такте, а при отложенной (Delayed Write) — когда для помещения в кэш нового значения не оказывается свободной области; при этом в память вытесняются наименее используемая область кэша. Вторая схема более эффективна, но и более сложна за счет необходимости поддержания соответствия содержимого кэша и основной памяти. Сейчас под термином Write Back в основном понимается отложенная запись, однако это может означать и буферизованную сквозную. Память для кэша состоит из собственно области данных, разбитой на блоки (строки), которые являются элементарными единицами информации при работе кэша, и области признаков (tag), описывающей состояние строк (свободна, занята, помечена для дозаписи). В основном используются две схемы организа-
378
Вопросы и ответы ции кэша: с прямым отображением (direct mapped), когда каждый адрес памяти может кэшироватъся только одной строкой (в этом случае номер строки определяется младшими разрядами адреса), и n-связный ассоциативный (n-way associative), когда каждый адрес может оптироваться несколькими строками. Ассоциативный кэш более сложен, однако позволяет более гибко кэшировать данные; наиболее распространены 4-связные системы кэширования. Процессоры 486 и выше имеют также внутренний (Internal) кэш объемом 8-16 Кб. Он также обозначается как Primary (первичный) или L] (Level 1 — первый уровень) в отличие от внешнего (External), расположенного на плате и обозначаемого Secondary (вторичный) или L2. В большинстве процессоров внутренний кэш работает по схеме с прямой записью, а в Pentium и новых 486 (Intel P24D и последние DX4-IOO, AMD DX4-120, 5x86) он может работать и с отложенной записью. Последнее требует специальной поддержки со стороны системной платы, чтобы при обмене по DMA возможно было поддерживать согласованность данных в памяти и внутреннем кэше. Процессоры Pentium Pro имеют также встроенный кэш второго уровня объемом 256 или 512 Кб. В платах 386 чаще всего использовался внешний кэш объемом 128 Кб, для 486 — 128..256 Кб, для Pentium — 256..512 Кб. На платах 3S6,486 и ранних Pentium весь кэш набирался из асинхронных микросхем SRAM. Сейчас в последних используется конвейерный кэш с блочным доступом (РБС — Pipelined Burst Cache) на основе микросхем РВ SRAM; другое его название — синхронный кэш. Для хранения признаков по-прежнему используются асинхронные SRAM. Применение синхронного кэша совместно с обычной памятью примерно на 15% ускоряет последовательный обмен, однако использование совместно с EDO RAM часто не приводит к сколько-нибудь заметному выигрышу в скорости — для этого нужны достаточно крупные задачи, в которых постоянно пересылаются большие (сотни килобайт) массивы данных.
Теневая память Shadow Memory В адресах памяти от 640 Кб до 1 Мб (AGOOO-FFFFF) находятся «окна», через которые видно содержимое различных системных ПЗУ. Например, окно FOOOO-FFFFF занимает системное ПЗУ, содержащее системный BIOS, окно COGOO-C7FFF — ПЗУ видеоадаптера (видео-BIOS). При включении для каких-либо окон режима Shadow содержимое их ПЗУ копируется в участки ОЗУ, которые затем подключаются к этим же адресам вместо ПЗУ, «затеняя» их; запись в эти участки аппаратно запрещается для полной имитации ПЗУ. Это дает в первую очередь ускорение работы с программами/данными ПЗУ за счет более высокого быстродействия микросхем ОЗУ. Кроме этого, появляется возможность модифицировать видимое содержимое ПЗУ (почти все современные системные BTOS используют это для самонастройки). В области видео-BIOS возможно поменять экранные шрифты. Управлением теневой памятью занимается Chipset платы, поэтому не все платы позволяют это делать (хотя сейчас таких плат практически не осталось). Есть различные программы для создания средствами теневой памяти UMB-бдоков в MS DOS или для загрузки экранных шрифтов в область видео-BIOS (к примеру, S_FONT).
379
Вопросы и ответы
Что такое Memory Relocation Это перенос неиспользуемой памяти из системной области (640 Кб — 1 Мб) в область расширенной (Extended) памяти. В первых IBM PC устанавливалось 640 Кб основной памяти и отдельно — расширенная память, поэтому со старшими 384 Кб проблем не возникало. В современных платах вся память представляет собой непрерывный массив, поэтому системную область приходится аппаратно исключать, теряя при этом 384 Кб. Большинство Chipset'oB позволяют использовать часть этой памяти под Shadow Memory, однако некоторые (Neat, ОРТ1495, SiS471) могут переносить ее за пределы первого мегабайта, присоединяя к расширенной памяти. Одни Chipset'bi могут переносить все свободные от Shadow участки, другие — только все 384 Кб целиком (в этом случае должны быть отключены все Shadow).
Модуль регулятора напряжения VRM Служит для формирования нужных напряжений питания процессора. Разработан для того, чтобы существующие системные платы могли поддерживать новые типы процессоров, которые появятся в будущем. На платах, поддерживающих VRM, для него есть специальный двухрядный разъем с пластмассовым обрамлением, расположенный обычно рядом с процессором или его стабилизатором питания.
Системная плата с поддержкой энергосбережения «Green Motherboard» Chipset и BIOS платы поддерживают снижение частоты процессора при перерывах в работе, отключение винчестера и монитора при отсутствии обращений к ним. Отношение специалистов к данным режимам неоднозначное: при чрезмерно частом (десятки раз в сутки) отключении монитора или винчестера экономия энергии будет мизерной, зато заметно возрастет шанс выхода их из строя.
Расшифровка «RAS to MA Delay» и «DRAM Read WS» Это параметры управления внешним кэшем и системной памятью, описывающие временные диаграммы циклов чтения/записи. Все значения задаются в тактах — периодах системной тактовой частоты (частоты платы, а не внутренней частоты процессора). Простой цикл обращения к памяти выполняется за два такта, В пакетном цикле (burst) первый обмен занимает два такта, остальные — по одному такту. Например, диаграмма 2-1-1-1 обозначает четырехсловный пакетный цикл без дополнительных задержек, 3-1-1-1 — с одной задержкой после первого обращения, 32-2-2 — с задержками после каждого обращения. Поскольку задержки задаются дискретно, при увеличении системной тактовой частоты общая производительность иногда может упасть. Например, при частоте 40 МГц длительность такта — 25 не, что позволяет обмениваться с внешним кэшем 20 не без задержек, а при 50 М Гц такт занимает 20 не, и такой кэш может перестает успевать. Добавление же одного такта задержки резко снижает пиковую производительность системы, хотя средняя производительность за счет достаточно медленной памяти изменяется незначительно. Полный перечень всех возможных пунктов настройки слишком велик, к тому же он постоянно меняется. Кроме этого, для сознательного управления эти-
380
Вопросы и ответы ми параметрами нужно хорошо представлять себе механизмы работы статических и динамических микросхем памяти, организации страничного обмена, конвейеризации. Описание параметров конкретной платы обычно возможно найти на FTP/WWW-сервере производителя платы или се BIOS. Вкратце возможно сказать, что «WS» обозначает «Wait States» (такты задержки до или после операции), a «Clocks* или «Clk» — такты на саму операцию. Таким образом, увеличение параметров приводит к замедлению работы при возрастании надежности взаимодействия блоков платы, а уменьшение — к ускорению ценой снижения запаса по устойчивости (возможны значения, при которых плата не сможет работать вообще). Обычно ничем страшным слепой перебор параметров не грозит, так что возможно попробовать слегка ускорить работу платы, однако заметного реального выигрыша по сравнению с Auto Configuration это не даст.
Второстепенные параметры Setup ISA Clock Frequency Тактовая частота шины ISA. На большинстве плат она получается делением основной частоты платы (25/33/40/50 МГц) на указанный в параметре делитель. Стандартом предусмотрена частота 8 МГц, однако большинство плат успешно работает на 10-13 МГц. а некоторые — и на 16-20-25 МГц. Повышение частоты ускоряет обмен с платами (на другие шины она никак не влияет), но возрастает риск ошибок при работе (особенно это опасно для контроллеров дисков — могут искажаться передаваемые данные). COMn MIDI Для переключения портов СОМ1 или COM2 в режим совместимости с MIDI (Musical Instrument Digital Interface — цифровой интерфейс музыкальных инструментов). В этом режиме частота тактирования приемопередатчика порта повышается, чтобы при настройке на стандартную скорость 28800 бит/с (делитель частоты 4) порт фактически работал на стандартной для MIDI скорости 31250 бит/с. Однако это не делает последовательный порт программно совместимым с MIDI-портом звуковых карт — кроме адаптера, понадобится еще и программная поддержка обычного СОМ-порта. Memory Hole at 15-16 Mb Буквально — дыра в памяти в диапазоне 15-16 Мб, для чего в ней запрещается или переносится один мегабайт. Это нужно для совместимости со старыми картами, использующими отображение памяти на область под 16 Мб (к примеру, некоторые ранние видеокарты высокого разрешения). CPU Burst Write, PCI Read/Write Burst Режим блочных чтения/записи с памятью или РС1, В обычном режиме на каждое считываемое или записываемое слово выдается отдельный адрес, в блочном адрес выдается один раз, а затем подряд выполняется серия чтений/записей, что работает быстрее. IDE Prefetch Buffer Буфер предвыборки IDE. Служит для ускорения чтения из буфера диска, сокращая время занятия шины компьютера. На контроллере S1S496 (платы для процессоров 486) при одновременной работе двух устройств (неважно, на одном
381
Вопросы и ответы или разных каналах) возникают конфликты, приводящие к искажению передаваемых данных, Из-за этого новые BIOS стараются отключать этот буфер при обнаружении второго устройства, однако не все версии BIOS это проверяют. Похожие ошибки имеются в контроллерах RZ-1000 и CMD-640. CAS Before RAS Refresh Метод регенерации памяти, когда сигнал CAS устанавливается раньше сигнала RAS. В отличие от стандартного способа регенерации, это не требует перебора адресов строк извне микросхем памяти — используется внутренний счетчик адресов. Благодаря этому обеспечивается полная регенерация даже в том случае, когда конфигурация памяти не поддерживается Chipset'oM платы. Однако, этот способ регенерации должен поддерживаться микросхемами памяти (большинство микросхем его поддерживает). PCI Latency Timer Таймер, ограничивающий время занятия устройством-задатчиком шины PCI. По истечении заданного времени (в тактах шины) арбитр принудительно отбирает шину у задатчпка, передавая ее другому устройству. Полезен для систем с несколькими интенсивно работающими в режиме Bus Mastering PC I-устройствами. Passive Release Способность арбитра chipset'oB Triton VX/HX отбирать шину у Bus Mastering-устройств при отсутствии в течение какого-то времени запросов на передачу с их стороны. Для корректной работы ISA-карт, использующих DMA (звуковые карты, Arvid-1020) режим должен быть отключен (disabled).
Сбои при установке VLB-плат Основная причина — в перегрузке выходных каскадов процессора. Вначале возможно попробовать поискать на системной плате перемычки, управляющие работой VLB; если они не помогают — снизить входную частоту процессора, особенно если она равна 40 ил и 50 МГц, переставить VLB-платы в разъемах, заменить VLB-платы или сам процессор (иногда бывает, что у процессора «не тянет» один из выходных каскадов, или одна из входных цепей конкретной VLB- платы слишком нагружает шину). Поскольку память нередко располагается непосредственно на локальной шине — может помочь замена модулей на другие или сокращение их количества (к примеру, один модуль 16 Мб вместо четырех по 4 Мб).
Почему некоторые платы не любят SIMM по 512 Кб, 2и8Мб Потому, что это — так называемые «нечетные» модули. Память в SIMM организована в виде матрицы, и в идеале число строк и столбцов равно (к примеру. 30-контактный SIMM на 256 Кб имеет по 9 строк и столбцов, а 72-контактный на 4 Мб — по 10). В «нечетных>> модулях одной строки нет, что может приводить к ошибкам определения размера в платах, которые этого не предусматривают. Кроме этого, 72-контактные SIMM используют так называемую «двухбанковую» (Double Bank, Double Sided) систему, когда один модуль содержит как бы два независимых банка половинного размера, и работает, как два параллельных модуля (это не имеет никакого отношения к физическому расположению микросхем на 382
Вопросы и ответы сторонах модуля). Поддержка таких модулей, особенно в сочетании с другими, есть не во всех системных платах.
На что следует обратить внимание при покупке системной платы Прежде всего — на ее внешний вид. Детали должны быть установлены ровно и аккуратно, пайка — блестящей, ровной и однородной. Криво установленные детали, «пузыри» припоя и непропаяные выводы обычно встречаются на платах китайского производства и говорят об общем качестве работы. В случае, если плата заметно выгнута в одну сторону — есть вероятность наличия микротрещин в дорожках или кристаллах микросхем. Также могут быть неровно в п а я н ы разъемы для S I M M , что грозит плохим контактом или вообще невозможностью вставить некоторые модули, Желательно, чтобы на микросхемах Chipset'a были собственные обозначения {OPTi895, S1S496, UMC8881). Надписи типа «PC Chips» обычно наносятся на немаркированные микросхемы, полученные окольными путями —- здесь высока вероятность брака. Вообще, чем больше технических обозначений — тем лучше. Не приветствуются наклейки, особенно с надписями типа «Write Back» вместо названий. При сомнениях возможно снять наклейку, чтобы посмотреть настоящую маркировк>г чипа. Микросхемы кэша (для 386/486 — обычно 28/32-выводные DIP-корпуса) должны быть установлены на панельках и иметь правдоподобные обозначения (к примеру, UM6I256-15, 9512 — это означает микросхему UMC, 256 Кбит, 15 не, выпущенную на 12 неделе 95 года), В случае, если на плате для 486 микросхемы впаяны или на них что-то написано словами — это наверняка просто корпуса с выводами, и никакого кэша у вас не будет. Это не относится к платам для Pentium, которые часто имеют впаянные микросхемы синхронного кэша с выводами по четырем сторонам корпуса, однако и такие микросхемы помимо словесного должны иметь буквенно-цифровое обозначение. Для верности возможно запустить программу ССТ — при наличии кэша на графике должен быть линейный спад за его границей. На качество платы может косвенно указывать ее упаковка и документация. Хорошие платы обычно имеют названия, поставляются в коробках и снабжаются подробной документацией в хорошо оформленной книжке. Однако бывает и так, что безродная плата с невзрачной книжечкой по совокупности характеристик оказывается лучше, чем фирменная последнее слово должно быть за тестированием. Можно также обратить внимание на детали, установленные сразу же за разъемами шин; нередко они не позволяют нормально вставить платы в эти разъемы; с другой стороны, процессор и/или стабилизаторы питания могут мешать установке длинных плат. Имеется в продаже довольно большое количество плат с неработающим 16разрядным DMA (High DMA). Это не позволяет использовать платы Арвид модели 1020, звуковые платы Sound Blaster 16, GUS и ряд других. Проще всего проверить это установкой звуковой платы, использующей High DMA, и попробовать запись/воспроизведение 16-разрядного звука. Также в последнее время (1996 год) распространены платы, для которых в документации заявлена поддержка процессоров со внутренним WB-кэшем (Intel
383
Вопросы и ответы P24D, Intel 486 с обозначением «&EW», AMD DX4 с суффиксом «В», Cyrix, процессоры 5x86), но реально этой поддержки нет. Простейшая проверка — вставить такой пропессор (не забыв выставить перемычки), записать пару десятков мелких файлов-архивов на дискету, после чего вынуть дискету, вставить обратно, перечитать, проверить файловую структуру {командой Chkdsk) и целостность архивов (обычно ключом «t» или «-t»}. В случае, если поддержка WB-кэша не работает файловая структура почти наверняка окажется разрушенной, а сами файлы — записаны с ошибками.
Различия в информации на DX2-80 в Sysinfo Дело в различных настройках Chipset'a. Точно так же на DX4-100 (с WT-кэшем) максимум— 199, а бывает и 132. Поскольку Sysinfo измеряет пиковую производительность всей системы — процессора, кэша, памяти, Chipset'a — то один лишний такт ожидания на обращение к памяти или кэшу может сильно сказаться на результатах измерения. Реально потеря средней производительности ничтожна — от долей до единиц процентов, а иногда Sysinfo может и на более быстром (реатьно!) процессоре показать худшие результаты, чем на более медленном. Лучше всего измерять скорость на реальных задачах — к примеру, архивированием файлов, компиляцией больших программ (не забывая о влиянии скорости обмена с винчестером),
Если забыт пароль на Setup (на загрузку) В случае, если забыт пароль на Setup, возможно воспользоваться различными программами для снятия пароля типа AMIPASS, PASSCMOS. В случае, если забыт пароль на загрузку — придется открывать компьютер. Почти на всех современных системных платах рядом с батарейкой есть перемычка для сброса CMOSпамяти (обычно — 4 контакта, нормальное положение — 2-3, сброс — 1-2 или 34; иногда — 3 или 2 контакта). В случае, если такой перемычки найти не удалось, нужно взять кусок провода, один конец прижать к некрашеному участку корпуса, чтобы был хороший электрический контакт, а другим концом медленно провести по выводам всех больших микросхем (кроме процессора); если на плате есть микросхема с 24 выводами в два ряда — начать следует с нее. После этого включить компьютер CMOS-память с большой вероятностью будет сброшена вместе с паролем. Выпаивать и тем более замыкать батарейку не имеет смысла — это чаще всего не приводит к успеху из-за конструкции схемы питания CMOS-памяти, а замыкание батарейки сильно сокращает срок ее службы. В случае, если на плате нет батарейки, нужно поискать пластмассовый модуль с надписью «DALLAS» или «ODIN» (это монолитный блок с батарейкой и микросхемой CMOS) — перемычка может быть возле него. В случае, если перемычки нет — вам не повезло (к счастью, таких плат было выпущено не так много). Единственное, что в этом случае остается сделать — отключить FDD, HDD или вообще вынуть контроллер дисков; есть шанс, что BIOS, не найдя дисководов, сам предложит войти в Setup. На некоторых AMI BIOS возможно сразу после включения держать нажатой клавишу Ins — при этом в CMOS-память загружаются стандартные параметры. В случае, если на компьютере стоит Award BIOS 4.50G — возможно попробовать «инженерный» пароль AWARD_SW (большими буквами). В версиях с
384
Вопросы и ответы 4.51PG единого инженерного пароля нет — есть только возможность установить его в ПЗУ при помощи утилиты ModBin, а в ряде экземпляров BIOS производителем установлен пароль по умолчанию. Также может сработать комбинация CtrlAlt-Del, Ins, но довольно трудно уловить правильный момент для нажатия Ins.
Использование переключателя Turbo В компьютерах Turbo XT и ранних АТ-286 кнопка Turbo была предназначена для повышения тактовой частоты процессора сверх номинальной с целью ускорения его работы; при этом устойчивая работа на этой частоте не гарантировалась. На более поздних и быстрых АТ-286 и ранних 386 она, наоборот, снижала частоту, чтобы приблизить быстродействие к PC XT многие старые программы пользовались для измерения времени скоростными параметрами XT, отчего на AT начинали работать с ошибками. В начале 90-х годов, на последних АТ-286 и 386/486 был введен другой способ управления скоростью: частота системного генератора была постоянной, а при замыкании контактов Turbo принудительно замедлялась работа с внешним кэшем и памятью. Для большинства программ это не давало заметного эффекта, поскольку сам процессор и его внутренний кэш продолжали работать с обычной скоростью. На многих современных платах для Pentium и Pentium Pro контакты Turbo выполняют функцию Suspend — приостановки работы платы и внешних устройств путем перехода в режим энергосбережения (Green Mode). Suspend обычно может быть запрещен опцией в Setup — тогда кнопка Turbo не влияет на работу системы. На некоторых новых платах замыкание контактов снова понижает частоту системного генератора.
Что такое РпР Plug And Play — «вставь и играйся». Обозначает технологию, которая сводит к минимуму усилия по подключению новой аппаратуры. PnP-карты не имеют перемычек конфигурации или особых программ настройки; вместо этого общий для компьютера PnP-диспетчер (отдельная программа либо часть BIOS или ОС) сам находит каждую из них и настраивает на соответствующие адреса, линии IRQ, DMA, области памяти, предотвращая совпадения и конфликты. Поиск устройств в технологии РпР реализован не методом последовательного опроса известных портов, как при поиске обычных (legacy) устройств, а посредством специального аппаратного интерфейса (РпР enumerator), через который устройства сами сообщают о своем присутствии и характеристиках. Это позволяет PnP-диспетчеру надежно и однозначно находить любые, даже заранее неизвестные, устройства. РпР BIOS обычно обозначает BIOS с поддержкой такой настройки, однако настройка карт на различных шинах различается, и РпР BIOS на плате с шинами ISA/PCI, может уметь настраивать только PCl-карты, а для ISA потребуется поддержка со стороны ОС или отдельный настройщик (к примеру, ISA РпР Configuration Manager от Intel). РпР Manager записывает параметры конфигурации в ESCD (Extended System Configuration Data — данные расширенной системной конфигурации).
385 13-410
Вопросы и ответы Внешний PnP Manager использует для данных файл на диске, a PnP BIOS собственное Flash-ПЗУ. В случае, если в процессе конфигурации PnP-устройств обнаружены изменения — выдастся сообщение «Updating ESCD...» и делается попытка записать изменения в ПЗУ. В случае успеха выдается сообщение «Success», отсутствие которого означает невозможность перепрограммирования Flash-ПЗУ (не установлена перемычка, стоит ПЗУ обычного типа или неисправны цепи программирования Flash-ПЗУ на системной плате).
Импульсный и линейный стабилизаторы Классический л и н е й н ы й стабилизатор напряжения питания процессора представляет собой активный регулирующий элемент (транзистор или микросхему), компенсирующий избыток питающего напряжения и рассеивающий его в виде тепла. С ростом тока, потребляемого процессором, мощность рассеяния такого стабилизатора достигает 10-15 Вт, что требует установки радиатора большой площади, принудительного охлаждения от процессорного вентилятора и. к тому же, ухудшает температурную картину внутри корпуса. Характерной чертой линейного стабилизатора является один или несколько радиаторов приличного размера, на которых установлены регулирующие транзисторы и/или микросхемы. Импульсный стабилизатор содержит реактивно-индуктивный LC-фильтр, на который короткими импульсами подается полное напряжение питания, и за счет инерции емкости и индуктивности выравнивается до требуемой величины, причем бесполезных потерь энергии практически не происходит. Стабильность напряжения поддерживается путем управления частотой и шириной импульсов (широтно-импульсная модуляция. ШИМ), Характерной чертой импульсных стабилизаторов является наличие дросселей — катушек, намотанных толстым проводом на ферритовых кольцах. Ключевые транзисторы в этом случае обычно припаяны корпусом к самой плате, теплоемкости которой вполне хватает для рассеивания выделяющегося тепла. Применение импульсных стабилизаторов позволяет значительно сократить тепловыделение, однако создает дополнительный источник помех, который может влиять на работу видео- и звуковых адаптеров.
Что делать при неудачной попытке перешить Flash Прежде всего — выяснить, уцелел ли в ПЗУ так называемый Boot Block небольшая стартовая программа, позволяющая восстановить прошивку в подобных случаях. Boot Block работает только с простейшими устройствами — видеокартой ISA и контроллером FDD. В случае, если после установки видеокарт],! на экране появляются сообщения Boot Block'a нужно подготовить загрузочную дискету с DOS минимальной конфигурации (без config.sys и autoexec.bat), записать на нее заведомо работающую версию программы прошивки Flash и подходящую прошивку BIOS, после чего загрузить систему с дискеты и запустить программу прошивки. Иногда Boot Block может оказаться не в состоянии запустить клавиатурный контроллер платы — в этом случае придется создать на дискете autoexec.bat, запускающий программу в автоматическом режиме.
386
Вопросы и ответы В случае, если Boot Block не запускается — возможно воспользоваться следующим методом: берем любую работающую мать, поддерживающую флэш (совершенно необязательно, чтоб она была на том же чипсете, на который рассчитан BIOS, который мы хотим записать). Можно просто найти флэш или ПЗУ от матери, аналогичной той, флэш из которой мы будем переписывать, и временно поставить его (переставив, если нужно, джампера типа флэша). Или, если есть программатор, только он не умеет писать флэш — найти ПЗУ подходящего размера и записать его. Вынимаем флэш или ПЗУ из этой матери, обвязываем его с двух концов двумя кольцами МГТФа (чтоб возможно было его легко извлечь) и неплотно втыкаем назад в панельку. Загружаемся в «голый» ДОС, выдергиваем за эти два кольда стоящий в матери флэш или ПЗУ (все равно он нужен только при загрузке), если нужно, переставляем джампера типа флэша, и вставляем флэш, который нужно записать. Главное тут — ничего не замкнуть. Запускаем программу записи, рассчитанную на мать, на которой пишем, BIOS с которым грузились и флэш, который нужно записать (программа должна уметь переписывать флэш целиком, к примеру, из комплекта mr-bios или asusoscKHfi pflash). Пишем, выключаем питание и вынимаем готовый флэш. Все. При использовании этого способа нужна особая аккуратность в извлечении и вставлении микросхем в «горячий» разъем. Желательно это делать таким образом, чтобы контакт общего провода (последний в первом ряду) отключатся последним, а подключался — первым, наклоняя микросхему перед вставкой в сторону этого контакта.
Можно ли поставить процессор Intel 486 с суффиксом &W, AMD с суффиксом В, 5x86 В ряде случаев — возможно, i486 &W является аналогом P24D с питанием 3.3 В; AMD с суффиксом В и AMD/Cyrix 5x86 совместимы с ним, работая при напряжении питания 3.5-3.6 В. В случае, если плата поддерживает P24D — остается лишь установить напряжение питания. На тех платах, где перемычки напряжения питания не описаны отдельно, их возможно найти по таблице: к примеру, для Intel SX/DX/SX2/ DX2 и UMC U5S питание всегда 5 В, для Intel DX4 — 3.3 В, для AMD DX4 3.45 В: перемычки питания обычно выделены в отдельную группу и расположены вблизи стабилизатора. Для AMD 5x86 нужно также включить учетверение — перемычкой, которая задает удвоение для P24D. В случае, если в документации на плату не указан P24D, или указан, но плата на самом деле его не поддерживает — нужно установить перемычки для Intel DX4-100 и перевести внутренний кэш в режим сквозной записи, соединив вывод В-13 с землей (иногда это возможно сделать перемычкой, переключающей AMD DX4-100 в режим удвоения, либо найти нужную перемычку омметром, либо соединить соответствующие контакты разъема процессора). В этом режиме процессор будет работать несколько медленнее, чем в режиме обратной записи. Учетверсние в AMD 5x86 включается при соединении с землей вывода R-17 (перемычка режима удвоения для Intel DX4-100 и P24D), После установки нужно обязательно проверить правильность согласования внутреннего кэша с памятью — методом, описанным в рекомендациях по выбору системной платы.
387
Вопросы и ответы
Можно ли поставить на плату Р5-ххх, если в документации его нет Почти всегда возможно. Дело в том, что аппаратура системной платы никогда не знает, на какой внутренней частоте работает процессор — она поставляет ему только основную частоту (50, 60, 66, 75, 83,95, 100, 105, 112, 124, 133, 140, 150 МГц) и сигналы для выбора коэффициента умножения — BFO, BF1 и BF2 (Bus Frequency/Bus Factor). На платах, разработанных до появления процессора PSISO, возможно задавать только сигнал BFO (1.5-2.0), а на современных платах — и BF1/BF2 (2.5-5.5). Для того, чтобы запустить умножение на 2.5 или 3 на старой плате, достаточно подать низкий уровень на вывод BF1 (Х-34) в совокупности с установкой перемычки для BFO. Это возможно сделать, к примеру, соединив BF1 с ближайшим земляным выводом Х-36, предварительно убедившись, что BF1 не соединен напрямую с питанием +3.3 В (в противном случае поможет только разборка разъема, удаление контакта, и соединение выводов прямо на процессоре тонким проводом). В случае, если в документации на плату не выделены отдельно перемычки установки частоты и множителей — их возможно определить по таблице стандартных частот: • •
75-50x1.5 90-60x1.5 100-66x1.5
•
120-60x2
•
133-66x2
•
150-60x2.5
•
166-66x2.5
•
180-60x3
•
200 - 66 х 3
• •
• •
233-66x3.5 266 - 66 х 4
300-66x4.5 333 - 66 х 5
• 400 - 100 х 4
•
450- 100x4.5
•
500-100x5
Ш
550- 100x5.5
Единственная причина, по которой плата может аппаратно не поддерживать процессоры новых типов — несоответствие стабилизатора питания; малая мощность (особенно для AMD/Cyrix), отсутствие системы двойного питания, невозможность установки требуемых питающих напряжений.
388
Вопросы и ответы В большинстве современных плат, как с линейными, так и импульсными стабилизаторами, применяются схожие схемные решения. Например, для управления ключами в линейных стабилизаторах часто используются микросхемы LM2951 илиЬМ431 (National Semiconductor), а в импульсных HIP6003/6008 (Harris Semiconductor) или RC5036 (Raytheon). В персом случае опорное напряжение задается рядом внешних делителей, сочетание которых выбирается перемычками, во втором случае микросхема имеет несколько (обычно четыре) входов, комбинация логических уровней на которых преобразуется в опорное напряжение внутренним ЦАП. В стабилизаторах с микросхемами указанных типов активизация старшего входа дает напряжение около 2.8 В. младшего — около 2.2 В. Кроме аппаратной поддержки, для процессоров AMD K5/K6 и Cyrix/IBM М1/М2 необходима настройка режимов, которая в основном заключается во включении оптимизаций; это выполняет BIOS системной платы — при условии, что он «знает» этот процессор. Например, Cyrix М2/МХ, установленный на старую плату, будет опознаваться как 486 и работать с выключенным внутренним кэшем без оптимизаций. Для приведения процессора в оптимальный режим необходимо использовать программы инициализации M2_Opt, 6x86Opt и им подобные.
Нестабильность в работе процессоров AMD 5k86 на некоторых платах Причина, чаще всего — в недостаточности напряжения питания и плохом охлаждении процессора. Большинство процессоров 5k86 нуждается в напряжении питания не ниже 3,5 В, а многие платы с автоматическими регуляторами дают только 3.4 В. В то же время, у распространенных процессоров с суффиксами ABQ и ABR рабочая температура корпуса составляет 60 и 70 градусов — для се поддержания нужен плотно прилегающий радиатор с достаточно хорошим вентилятором.
USB, AGP, ACPI USB (Universal Serial Bus — универсальная последовательная магистраль) — новый интерфейс для подключения различных внешних устройств. Предусматривает подключение до 127 внешних устройств кодному USB-каналу (по принципу обшей шины), реализации обычно имеют по два канала на контроллер. Обмен по интерфейсу — пакетный, скорость обмена — 12 Мбит/с. AGP (Accelerated Graphics Port — ускоренный графический порт) интерфейс для подключения видеоадаптера к отдельной магистрали AGP, имеющей выход непосредственно на системную память. В системной памяти размещаются преимущественно текстуры трехмерных объектов, требующие быстрого доступа со стороны как процессора, так и видеоадаптера, ACPI (Advanced Configuration Power Interface — интерфейс расширенной конфигурации по питанию) — предложенная Microsoft единая система управления питанием для всех компьютеров, наподобие используемой в NoteBook. В частности, позволяет предусмотрено сохранение состояния системы перед отключением питания, с последующим его восстановлением без полной перезагрузки.
389
Вопросы и ответы
Разъем IR Connector Infrared Connector — разъем для инфракрасного излучателя/приемника. Подключен к одному из встроенных СОМ-портов (обычно — COM2) и позволяет установить беспроводную связь с любым устройством, снабженным подобным излучателем и приемником. Работает по тому же принципу, что и пульты управления бытовой радиоаппаратурой.
Отличие наборов Intel Triton FX, VX, HX и ТХ Название Triton объединяет семейство chipset'os J430FX/VX/HX/TX для пропессоров Pentium. Таблица основных характеристик наборов: VX ) нх FP/EDO/SD FP/EDO/SD Типы RAM FP/EDO FP/EDO DataStream2.0 Concurrent^. 1 Concurrent2.1 Concurrent2.1 PCI 128 Мб 512 Мб 128 Мб 256 Мб Макс RAM 64 Мб 64 Мб Кэшиоуемая RAM 64 Мб 512 Мб 6-3-3-3 6-3-3-3 7-3-3-3 6 6-3-3-3 Диаграмма FPM 5-2-2-2 5-2-2-2 7-2-2-2 6-2-2-2 Диаграмма EDO 7-1-1-1 6-1-1-1 Диаграмма SDRAM Есть Неп Нет ЕСС lei He Есть Есть Есть USB EIDE PIIX3 PIIX3 PIIX4 PIIX Диаграммы обмена с памятью приведены для случая отсутствия дополнительных тактов ожидания. В отношении внешнего кэша все наборы работают с диаграммой 3-1-I-1. В наборах Triton используется три типа контроллеров EIDE (PIIX PCI/ISA IDE Xcelerator): PIIX (1371FB) — ATA-2 без возможности раздельной установки режимов PIO/DMA для устройств Master/Slave (режим выбирается по наиболее медленному из устройств), РПХЗ (1371SB) АТА-2 с возможностью раздельной установки, и Р111X4 (1371АВ) — Ultra ATA с поддержкой режима Ultra DMA-33. Набор НХ поддерживает как микросхемы ЕСС в модулях памяти, так и формирование ЕСС из разрядов четности. Наборы VX и ТХ ориентированы Intel на офисные и домашние компьютеры, набор НХ — на серверы и мощные рабочие станции.
Отличие наборов VIA Apollo VPX, VP2, VP3 VPX
VP2
VPS
Макс RAM 512 Мб 512Мб 1 Гб Поддержка ЕСС Нет Есть Есть AGP Нет Нет Есть Максимальный объем внешнего кэша для всех наборов — 2 Мб, кэшируется полный объем системной памяти. Все наборы поддерживают SDRAM, микросхемы памяти объемом 64 Мбит, режим UDMA/33, ACPI, имеют контроллер USB, интегрированный контроллер клавиатуры (КВС) и контроллер часов реального времени с CMOS-памятью RTC). Для набора VPX декларирована поддержка системной частоты 75 МГц. 390
Вопросы и ответы Диаграммы работы с памятью для всех наборов: •
FPM/EDO - 4-2-2-2
•
SDRAM - 5-1-1-1, при двух банках - 3-1-1-1
Chipset'bi VX-Pro, HX-Pro, TX-Pro Наборы VX-Pro и HX-Pro производятся малоизвестными фирмами в ЮгоВосточной Азии (предположительно PC Chips), имеют низкую надежность и предназначены для установки в дешевые системные платы местного производства; названия наборов происходят исключительно из рекламных предпосылок и не имеют ничего общего с наборами Intel Triton. TX-Pro — перемаркированный теми же фирмами набор Aladin IV фирмы ALI.
Как лучше выбрать частоту платы и внутренний множитель процессора В случае, если одну и ту же внутреннюю частоту процессора возможно задать несколькими способами, то на более высокой входной частоте (на которой работает сама системная плата) обычно достигается более высокая производительность. Чаще всего это делается на недокументированных частотах — 75 или 83 МГц. Например, при работе программ, интенсивно пересылающих данные между памятью и шиной (анимация, игры, обработка больших баз данных) конфигурация 75 х 2.5 = 187 превосходит конфигурацию 66 х 3 = 200, а 83 х 2.5 = 208 превосходит 75 х 3 = 225. Однако выигрыш будет только в том случае, если системная плата и PCI-устройства стабильно работают на повышенной частоте; если, к примеру, на ней не успевает память или внешний кэш, то придется вводить дополнительные такты ожидания, которые могут свести на нет преимущество высокой частоты. Кроме этого, может потребоваться понижение на ступень скорости РЮ в связи с тем, что временные параметры РЮ вычисляются из системной частоты и при ее завышении могут выйти за допустимые пределы.
Подключение мыши PS/2 На многих современных платах есть разъем для мыши PS/2, однако в комплект не входит переходник для установки на заднюю стенку. Разводка разъема для мыши — 6-контактный разъем типа Female (гнездо) совпадает с разъемом для клавиатуры PS/2. Соединитель на плате обычно представляет собой один ряд из пяти или шести контактов; стандарта на его разводку не существует. В случае, если назначение сигналов не описано в документации, для определения соответствия достаточно найти контакты земли и питания, а сигналы Data и Clock возможно затем найти экс пери ментально — их перестановка на короткое время не опасна. На некоторых системных платах потребуется также включить поддержку интерфейса PS/2 в BIOS Setup (страницы BIOS Features, Advanced Chipset или Integrated Peripherals), а также проследить за тем, чтобы была свободна используемая интерфейсом линия IRq 12.
391
Вопросы и ответы
Подключение мыши с другим типом интерфейса Подключить обычную м ы ш ь для СОМ-порта (Serial Mouse) к порту PS/2 и наоборот в общем случае невозможно по причине разных типов интерфейса. Некоторые модели Serial Mouse (к примеру, Logitech) и PS/2 Mouse (MouseMan) имеют возможность работы по обоим интерфейсам и могут подключаться к интерфейсу другого типа через специальный переходник. Приблизительно определить поддержку двух интерфейсов возможно по количеству задействованных контактов в разъеме — для работы по каждому типу интерфейса используется четыре сигнала.
Плата, необходимая для работы процессора ММХ Для этого достаточно, чтобы плата обеспечивала двойное электропитание процессора напряжениями 2.5-2.9 В для ядра (core) и 3.3 В — для выходных буферов (I/O).
Использование режима DMA/Bus Master на контроллерах 1371 Установить драйверы Bus Master от Triones или Intel, взяв их с программной дискеты от любой платы с т а к и м же контроллером (FB или SB), или в Internet (файлы обычно называются ВМШЕ или BUSMASTE).
Интерфейс управления рабочим местом — DMI Desktop Management Interface — интерфейс управления рабочим местом. Служит для сбора информации о составе и работе компьютеров сети с целью накопления статистики или ведения базы данных по компьютерам организации. Поддержка DMI может быть также встроена в системный BIOS, что облегчает операционной системе отслеживание изменений в аппаратной конфигурации компьютера.
Режимы работы параллельного (LPT) порта SPP, ЕСР, ЕРР SPP (Standard Parallel Port — стандартный параллельный порт) — обычный интерфейс PC AT. Осуществляет 8-разрядный вывод данных с синхронизацией по опросу или по прерываниям. Максимачьная скорость вывода — около 80 Кб/с. Может использоваться для ввода информации по л и н и я м состояния, максимальная скорость ввода — примерно вдвое меньше. ЕРР (Enhanced Parallel Port — расширенный параллельный порт) скоростной двунаправленный вариант интерфейса. Изменено назначение некоторых сигналов, введена возможность адресации нескольких логических устройств и 8разрядного Ешода данных, 16-байтовый аппаратный FIFO-буфер. Максимальная скорость обмена — до 2 Мб/с. ЕСР (Enhanced Capability Port — порт с расширенными возможностями) интеллектуальный вариант ЕРР. Введена возможность разделения передаваемой информации на команды и данные, поддержка DMA и сжатия передаваемых данных методом RLE (Run-Length Encoding — кодирование повторяющихся серий).
392
Вопросы и ответы
Изменение умолчаний и заставки в AWARD BIOS В версиях, начиная с 4.50G — возможно. Для этого нужно считать прошивку ПЗУ при помощи любой подходящей утилиты (PFlash, AwdFlash, 28COIO) либо обычного программатора, и воспользоваться программами AwardBin или ModBin. Таким образом возможно изменить стандартные временные параметры для различных системных частот, умолчания, устанавливаемые командой «Load BIOS Defaults», инженерный пароль, заставку «Energy Star» (утилитой CBROM, работает не для всех версий BIOS) и прочее. Полученную в результате обновленную прошивку остается записать н ПЗУ утилитой или программатором. Комплект утилит для работы с прошивками вначале свободно распространялся на сайте AWARD Software, однако теперь фирма предоставляет его только OEM-партнерам.
Использование на плате прошивки BIOS от другой платы Чаще всего — возможно, если обе платы собраны на одинаковом Chipset'e и имеют одинаковые универсальные контроллеры ввода/вывода (Super I/O), Однако возможны несоответствия в нумерации разъемов PCI, SIMM, назначении сигналов внешнего контроллера 8042 и других тонкостях построения плат.
Form factor Так обозначается физическая конструкция и типоразмер системных плат и компьютерных корпусов. Сейчас выпускаются платы трех основных конструкций: •
Baby AT — классическая плата, общий вид которой сформировался в конце 80-х, предназначенная для установки в стандартный корпус типа Baby Desktop или Tower. Имеет гнездо для подключения клавиатуры в правой верхней части, разъемы для плат расширения расположены в середине и слева, разъемы для памяти — справа, процессор находится в нижней части платы. Разъемы портов внешних устройств выносятся на заднюю стенку корпуса и подключаются к плате при помощи кабелей.
•
Slim — плата, предназначенная для установки в «узкий» корпус типа Slim Desktop. Основная конструкция совпадает с Baby, вместо нескольких разъемов расширения имеет один, в который устанавливается переходник. Карты расширения устанавливаются в переходник параллельно плате. АТХ — плата стандарта ATX. AT Extension (расширение AT) — стандарт корпуса и системной платы для настольных компьютеров. Корпус представляет собой доработанный вариант корпуса Slim; плата (стандартный размер — 305 х 244) располагается в нем длинной стороной вдоль задней стенки. Блок питания имеет приточную систему вентиляции, процессор устанавливается в непосредственной близости от него для минимизации длины питающих цепей и охлаждения от встроенного вентилятора (для мощных процессоров все же требуется собственный вентилятор). Некоторые блоки имеют автоматическую регулировку скорости вращения вентилятора в зависимости от температуры.
393
Вопросы и ответы Блок питания АТХ, кроме стандартных для AT напряжений и сигналов, обеспечивает также напряжение 3.3 В и имеет возможность включения и отключения основного питания по сигналу с платы, которая имеет для этого программный интерфейс. Имеется также отдельная линия слаботочного питания 5 В, напряжение на которой поддерживается постоянно и используется в цепях управления основным питанием для отслеживания внешних сигналов запуска по сети, модему. Для соединения блока питания с платой используется единый 20-контактный разъем. В стандарте АТХ оговорен также необязательный разъем, через который с блока питания на плату подается информация о частоте вращения вентилятора, а с платы в блок питания — сигнал управления вентилятором и контрольный уровень напряжения 3.3 В для более точной его стабилизации. Наружные интерфейсные разъемы располагаются в области верхнего правого угла платы и могут устанавливаться друг над другом. Для разъемов расширения отведена левая половина платы (до семи разъемов); за счет вынесения процессора на правую сторону ограничения на длину устанавливаемых плат отсутствуют. Разъемы для модулей памяти расположены посередине, а интерфейсные разъемы дисков — в правом нижнем углу, в непосредственной близости от самих дисков. Выпускаются также стандартные платы формата AT, имеющие разъем для блока питания АТХ и поддерживающие управление сетевым питанием.
Виды разъемов — Socket n и Slot n Виды разъемов для процессора и класс интерфейса процессора с системной платой. Socket — плоский разъем для установки микросхемы с выводами, перпендикулярными корпусу. Slot — щелевой разъем для установки платы с контактами по краю. Socket I (PGA-169) - процессоры типа 486SX/DX/DX2 (5 В). Socket 2 (PGA-238) - процессоры типа 486SX/DX/DX2/DX4 (5 В). Socket 3 (PGA-237) - процессоры типа 486SX/DX/DX2/DX4 (5/3.3 В). •
Socket 4 (PGA-273) - процессоры Pentium-60/66 (5 В).
•
Socket 5 (SPGA-320) — процессоры Pentium-75. 120 (3.3 В). Socket 6 (PGA-235) — процессоры типа 486DX4 (3.3 В). Socket 7 (SPGA-32I) — процессоры типа Pentium-75. 333 (2.2,.3.3 В).
•
Socket 8 (PGA/SPGА-387) - процессоры Pentium Pro (P6).
•
Socket 370 (PPGA-370) - процессоры Celeron PPGA.
•
Slot 1 (SEC-242) — процессоры типа Pentium II/Celeron. Slot 2 (SEC-330) — процессоры типа Pentium II Xeon.
Для каждого типа разъема, помимо физического расположения и количества контактов, имеется своя схема соответствия контактов электрическим сигналам. Поэтому, несмотря на то, что процессоры 486 физически могут быть установ394
Вопросы и ответы лены в любой из разъемов это серии, а процессоры Pentium в любой из разъемов Socket 5/7, правильная, безопасная и полноценная работа процессора в «чужом» разъеме возможна лишь в том случае, когда существующая разводка сигналов совместима с типом установленного процессора. Это касается выводов коэффициента умножения, управления внутренним кэшем, автоматического определения напряжения питания, имеющих различное расположение и назначение в процессорах разных типов и серий.
Стандарт системных плат Super? Стандарт системных плат с Socket 7 поддерживает внешнюю частоту 100 МГц и интерфейс AGP. Классические платы с Socket 7 поддерживают частоты до 66 (реже до 75/83) МГи.
Отличие многопроцессорной платы от обычной На многопроцессорную плату возможно устанавливать более одного процессора (обычно — два) типа Pentium и старше. Процессоры разделяют общую память и системную ш и н у , работая на одной системной частоте. Для каждого процессора имеется свой внешний кэш. Процессоры устанавливаются либо непосредственно на плату, либо на специальные модул и-переходники. В отличие от асимметричной (AMP — Asymmetric Multi-Processor) архитектуры, в которой основной процессор выполняет код операционной системы, а дополнительный — пользовательские задачи, многопроцессорные системные платы IBM PC имеют симметричную (SMP) архитектуру, в которой оба процессора равноправны, и в равной мере способны выполнять код как ОС, так и приложений. Выигрыш от многопроцессорной системы возможно получить лишь при использовании систем, поддерживающих такую архитектуру — Windows NT, Solaris, SCO UNIX MPX, UNIXWare, Linux, FreeBSD 3.0. При этом различные подзадачи (threads) одного процесса, разделяющие его адресное пространство, могут независимо и одновременно вы подняться на различных процессорах. В случае однопроцессорной ОС или при отсутствии активных процессов с более чем одной подзадачей дополнительные процессоры выигрыша не дают. Большинство многопроцессорных плат может работать с меньшим кол ичеством процессоров, чем предусмотрено конструкцией. В этом случае неиспользуемые разъемы либо оставляются свободными, либо заполняются специальными заглушками.
Аппаратные протоколы PC/PCI и DDMA Это аппаратные протоколы для обеспечения совместимости PCI-карт с традиционным способом прямого доступа к памяти (DMA). В стандартной реализации контроллера DMA он не может обслуживать устройства шины PCI — для этого в каждом устройстве реализуется протокол Bus Master. Протоколы PC/PCI и DDMA разработаны для совмещения контроллера DMA с PCI-устройствами; в первую очередь это сделано для разработки звуковых PCI-карт, совместимых с Sound Blaster и Windows Sound System. Протокол PC/PCI основан на выборочном переназначении на шину РС1 сигналов запроса/выдачи данных, выведенных от каналов контроллера DMA на
395
Вопросы и ответы шину ISA, что позволяет PCI-устройству обмениваться с памятью под управлением основного контроллера DMA. Протокол DDMA (Distributed DMA — распределенный DMA) основан на выборочной передаче обращений к регистрам каналов контроллера DMA на шину PCI, где эти регистры эмулируются PCI-устройствами с поддержкой DDMA. Сам обмен с памятью в этом случае выполняется в режиме Bus Master, стандартном для PCI-устройств. Из распространенных chipsct'oB протоколы PC/PCI и DDMA поддерживается в Intel 430TX, ALI Aladdin 1V+, Aladdin V.
Расшифровка звуковых сигналов, выдаваемых BIOS при ошибках В настоящее время используется два универсальных звуковых сигнала BIOS; •
длинные непрерывные — неисправность системной памяти или ее цепей. Продолжение работы невозможно. один длинный, два коротких — неудача при инициализации видеоадаптера. Работа продолжается, все обращения к видеоадаптеру через BIOS игнорируются. Эти же сигналы выдаются при отсутствии монитора в случае поддержки картой автоматического опознания его наличия.
Источники информации по системным платам и их BIOS Ведущие производители плат и BIOS имеют свои серверы в Internet: •
ABIT — abit.com.tw
•
Ability (Elpina) — ability-tw.com
•
ACORP — acorp.com Л w
•
Acer Open — aopen.com.tw
•
AIR — airwebs.com AMI — megatrends.com
•
AsusTek — asus.com, asus.ru
•
Award Software — award.com, award.com.tw
•
A-Trend — atrend.com, atrend.com.tw
•
Chaintech — chaintech.com.tw, chaintech.de, chaintech.ru
•
Data Expert — dataexpert.com, dataexpert.com.tw
•
ELlite Group — ecsusa.com. www.ecs.com.tw
• FIC — fie.com,tw
• •
FKI — fkusa.com Full Yes — www.fyi.com.tw/html/index.htm
396
Вопросы и ответы •
Gigabyte — gigabyte,com.tw
•
IBM — chips.ibm.com
•
Intel — intel.com, intel.ru, www-cs.intel.com
•
Iwill — iwill.com.tw, iwillusa.com
•
Jet System — jet-way.com, j-mark.com
•
Lucky Star — www.lucky-star.com.tw
•
Microid Research — mrbios.com Micronics — micronics.com Microstar— msi.com.tw MoSys — mosys.com
•
Ocean — oceanhk.com
•
Pine Technologies — pinegroup.com
•
QDI Group — qdigrp.com Shuttle — spacewalker.com SiS — sis.com.tw, sisworld.com Soltek — soltek.com.tw Soyo — soyo.de, soyo.com, soyo.com.tw, soyo.nl
•
Supermicro — supermicro.com
•
Tyan — tyan.com
•
UMC — umc.com,tw VIA — via. com. tw
•
Zida (Tomato) — zida.com
Информацию по системным платам, новые версии BIOS и драйверов возможно также найти на: •
leo.org
•
ix.de sysdoc.pair.com
•
.iadfw.net .airmail.net
•
x86.org
•
www.ping.be/bios/bios.html
•
www.dallas.net/~ksm/drivers/
•
www.motherboards.org
•
www.faqs.org — большое собрание различных FAQ www.whatis.com — словарь терминов
397
Вопросы и ответы
Компьютерная память: чипы Контакты и их функциональное назначение микросхемы DRAM Микросхема DRAM (в данном случае — асинхронного) имеет следующие контакты: •
Линии ввода/вывода — служат непосредственно для передачи данных. Их количество, как правило, 1, 4, 8 или 16. Каждому адресу соответствует количество бит, равное числу линий ввода/вывода;
•
Адресные линии — служат для передачи адреса, по которому в чипе находятся считываемые/записываемые данные;
•
RAS — регистр строки, сигнал на этой линии означает, что на адресные л и н и и подается адрес строки, в которой содержатся данные; CAS — регистр столбца, сигнал на этой линии означает, что на адресные л и н и и подается адрес столбца, в котором содержатся данные;
•
Write Enable — сигнал на этой л и н и и означает, что возможна запись данных; Output Enable — сигнал на этой линии означает, что возможно считывание данных;
•
Еще 2 контакта служат для подачи питания (земля и рабочее напряжение).
Микросхема SDRAM имеет, помимо перечисленных выше, ряд дополнительных контактов, предназначенных, в частности, для ввода сигнала таймера и выбора внутричипового банка.
Значение цифр 1x4, 4x4, а также слова «четырехмегабитный» или «шестнадцатимегабитный» 4 мегабита — это емкость чипа (в английских источниках используется также термин «плотность»). Для чипов она традиционно измеряется именно в битах. Поскольку емкость модулей памяти традиционно измеряется в байтах, это может вызвать небольшое замешательство. Хотя такая конверсия и не совсем корректна, возможно перевести 4 мегабита в 0.5 мегабайта. В частности, память в видеокартах расширяется именно попарно взятыми четырехмегабитными чипами (мегабайт пара). Емкость чипа является одной из его важнейших характеристик, кроме того, это показатель технологического уровня, на котором он выполнен. Тем не менее просто указание емкости дает о чипе слишком мало информации. Вероятно, уместно будет привести аналогию с модулями SIMM. Информация о том, что предложенный на продажу SIMM имеет емкость 4 Мбайт, думается, даже менее важна для потенциального покупателя, чем информация о том, 30- или 72-пиновый модуль предложен. Точно так же и чипы могут иметь разное количество (обычно 1, 4, 8 или 16) линий ввода-вывода, что очень сильно влияет на область их применения. 398
Вопросы и ответы Обозначение 1x4 означает, что данный чип имеет 1 мегабит (более корректно обозначение 1Мх4, но в тысячу и более раз ошибиться, как правило, довольно трудно) адресного пространства (или попросту адресов), по каждому из которых возможно сохранить 4 бита информации (при чтении/записи каждый из этих битов требует отдельной линии ввода/вывода). Емкость чипа, таким образом, составляет 4 мегабит, то есть результат умножения в формуле 1x4. Чипы 1x4 в основном использовались ранее для производства модулей памяти. Точно так же чип 256x16 (256 в данном случае килобит) имеет емкость тс же 4 мегабит (это уже упомянутые выше ч и п ы для расширения видеопамяти). Наконец, шестнадцатимeraбитными являются, к примеру, чипы 4x4 и 1x16, используемые сейчас в производстве SIMM 72-пин 16/32 и 4/8 мегабайт соответственно.
Емкости чипов Как правило, емкость чипа (англоязычные источники используют также понятие «плотность») растет с инкрементом 4. Это вызвано тем, что добавление одной лишней адресной л и н и и позволяет увеличить количество строк (и столбцов) в адресной матрице вдвое, всего же ее размер возрастает вчетверо. Это. так сказать, логическое объяснение, вероятно, есть и какие-то технологические соображения. Или, скажем, закон Мура и слишком д л и н н ы й цикл разработки делают невыгодным производство промежуточных вариантов. Итак, ч и п ы емкостью меньше мегабита в настоящее время фактически не производятся и не применяются, хотя их и возможно найти в старых изделиях (впрочем, они в любом случае малополезны по причине больших времен доступа). Основной поток производимых чипов в настоящее время составляют 16Mb модели, 64Mb, 256Mb, 1Gb.
Имеет ли отношение к емкости размер и форма чипа Отношение к емкости — и да и нет. Как ни забавно, размер и форма чипа определяются в первую очередь количеством ножек, которые нужно на этом чипе разместить. А количество ножек — это опять же в первую очередь ширина ш и н ы (то есть, количество л и н и й ввода/вывода), а вовсе не емкость (число адресных линий у современных чипов примерно от 10 до 12). С другой стороны, утверждение, что чипы, выпускающиеся по новой технологии (то есть максимальной на сегодняшний день емкости), имеют тенденцию быть «большими» с последующим снижением размера по мере отработки технологии, также недалеко от истины. Классическим примером здесь являются чипы 4x4. Вот список относительно распространенных чипов с характерными размерами и количеством ножек. 300 mil — это примерно 7.5 мм, 400 — примерно 1 см, измеряется таким образом ширина чипа (то есть, его короткая сторона без контактов). Все данные для SOJ, цифра в скобках — «номинальное» количество контактов. • •
1x1 - 20(26)-контактный SOJ, 300 mil 1x4-20(26), 300 4x1 -20(26), 300
• •
256x16 — 40, 400 («длинный» чип) 4x4 - 24(26), 300 399
Вопросы и ответы •
1x16 — 42, 400 («длинный* чип)
• 2x8 - 28, 400
•
16x4-32,400
Размеры чипов 300 mil и 400 mil Это — наиболее часто встречающиеся размеры чипов в одном из измерений, а именно — в ширине. Вероятно, в том, что именно ширина чипа является «характерным» размером, заключена некая технологическая магия. Mil —- это одна тысячная дюйма, таким образом, 300 mil —это примерно 7.5 мм, а 400— 10мм. Напоминаю — речь идет о ширине чипа, для SOJ и TSOP — это размер свободной от ножек стороны. Длина при этом в зависимости от числа ножек может различаться более чем вдвое. В природе существуют, хотя сейчас практически и не выпускаются, более мелкие чипы (как правило, это однобитные чипы типа 1x1, применяемые в качестве чипов четности). Надо особо отметить, что чипы 4x4 (те, из которых делают 16- и 32-мегабайтные SIMM) на ранней стадии выпускались в 400 mil SOJ корпусе. Впоследствии все производители перешли на корпуса 300 mil. Так что имейте в виду — необычно большие чипы 4x4 почти наверняка очень старые.
Как определить емкость чипа «на глазок» Есть один приемчик, правда, прочитать маркировку специалисту ничуть не труднее. 300 mil SOJ организации 1 х4 (то есть 4Mb) и 4x4 (16МЬ), служащие (первые постепенно уступают место чипам 1x16) основным материалом для производства 72-pin SIMM 4/8 и 16/32 MB соответственно, визуально похожи как две капли воды, не считая того, что что первые имеют 20 контактов (дважды по 5 с каждой стороны), а вторые — 24 (дважды по 6). Отличить 5 контактов от 6 довольно просто, таким образом, отличить SIMM 8MB от 32MB способен даже первоклассник. Забавно, что формально и те, и другие SOJ являются 26-контактными, просто у первого отсутствуют 6 контактов (по 3 с каждой стороны), а у второго — всего 2 (по одному), так что возможно и не считать ножки, а смотреть на просвет посередине между ними, В принципе, довольно легко опознавать, скажем, чипы 1x16, но лишь в предположении, что 256x16 на нашем горизонте отсутствуют. Аналогично могут быть отличены, скажем, чипы 2x8 и 16x4, но и это потребует довольно скрупулезного подсчета ножек. Так что вышеприведенный пример в каком-то смысле единственный,
«Упаковка» чипа. Отличие SOJ, TSOP Упаковка применительно к чипам — не более, чем способ, которым полупроводниковая «вафля» запаяна в пластмассу, а также то, в какую сторону загнуты ножки у получившегося продукта. DRAM возможно встретить в упаковках типа DIP, ZIP и некоторых других, однако для производства модулей памяти используются преимущественно SOJ и TSOP. Первые встречаются чаще всего и отличаются «загнутыми в форме буквы J» ножками, что позволяет с успехом использовать их как для пайки, так и для вставления в гнезда без риска повредить контакты. TSOP имеют плоские корпуса с горизонтально выходящими из них контактами и пригодны только для пайки. 400
Вопросы и ответы Достоинства и недостатки обоих типов упаковки довольно очевидны. SOJ значительно более технологичны как при производстве, так и при последующей установке в изделие. TSOP экономят довольно много места, что зачастую имеет критическое значение, особенно для мобильных компьютеров. С другой стороны, неочевидно, что они способны должным образом рассеивать тепло. Надо отметить, что ч и п ы , рассчитанные на рабочее напряжение 3.3В, чаще всего выпускаются в упаковке TSOP. Вероятней всего, это дань традиции, поскольку низковольтная память применялась поначалу только в ноутбуках. В частности, это относится к SDRAM, который мне вообще не доводилось видеть в упаковке SOJ. Так что не исключено, что мы являемся свидетелями заката эры SOJ.
Информация, содержащаяся в маркировке чипа Как правило, маркировка чипа несет на себе такую информацию, как производитель чипа, страна происхождения и дата его изготовления. Кроме того, чаще всего присутствует некая «служебная» информация (к примеру, это может быть код технологической линии, выпустившей данный чип). Однако важнее всего, безусловно, информация о том, что именно за чип мы видим перед собой (то есть тип памяти, организация и как следствие емкость, время доступа, упаковка и некоторые другие архитектурные и технологические подробности). Такая информация на чипе обязательно присутствует в виде строки, как правило это наиболее длинная строка из всех имеющихся. Это, если возможно так выразиться, артикул продукта, зная его, всегда возможно получить подробнейшую информацию о нем из соответствующего databook. Информация о чипах, выпускаемых в данный момент, обычно доступна и на сайтах производителей. Тем не менее остается вопрос — что делать, если databook под рукой нет (что обычно и имеет место), а сайт недоступен/не отвечает/не содержит нужной информации? К счастью, подавляющее большинство производителей придерживается (по крайней мере для передачи организации чипа) более или менее стандартной нотации (исключение составляют Micron и Samsung). Имея некоторое представление об этой нотации, почти всегда возможно с высокой долей достоверности определить, что за чип перед вами, не прибегая к справочникам. Тем не менее некоторая справочная информация, которая может оказаться полезной, приведена в обновленной версии таблицы в уже упомянутом выше списке major-производителей.
Определение времени доступа по маркировке чипа В подавляющем большинстве случаев — да, причем однозначно (если, конечно, слишком не задаваться вопросом, соответствует ли промаркированное время реальному). «Длинная» строка артикула практически всегда заканчивается конструкцией вида: Х(ХХ)(-)п(0)(ХХХ)
где в скобках находятся необязательные элементы, X — буква, п — цифра (или 2 цифры, первая из которых 1). Такая маркировка означает, что данный чип имеет время доступа пО не. Иными словами — если строка артикула оканчивается группой букв — отбросим их. Для 60 не чипа после последней оставшейся группы букв должны стоять символы 6, -6, 60 или -60. В случае, если время доступа не оканчивается на 0 (к примеру, 55 не), оно обычно приводится без отбрасывания цифр (то есть, 55 или -55).
401
Вопросы и ответы Поскольку характерные времена доступа для асинхронного DRAM находятся в диапазоне от 50 до (для очень старых чипов) 150 не, мантиссы времен доступа не перекрываются, так что ошибка практически исключена. Не забудьте только убедиться, что перед вами именно асинхронный DRAM, а не, скажем, SRAM или SDRAM. Что касается SDRAM — ситуация тут несколько менее однозначная, скорее всего по причине недоотработаннести общего стандарта. В частности, разные производители могут применять для маркировки как время такта (наиболее часто), так и тактовую частоту. Можно, впрочем, быть более-менее уверенным, что SDRAM с маркировкой 10 является 10 не (а равно и 100 МГц), что, впрочем, не гарантирует его соответствия стандарту PC 100. Наконец, изредка возможно встретить нетрадиционную маркировку. Так, к примеру, NEC маркирует свои TSOP (и только их) по схеме типа ...G5-A60-7JD. Здесь время доступа — это группа цифр (60) после А, а все остальное имеет отношение к типу корпуса и ревизии. Определяя время доступа по указанному методу, вы не ошибетесь, в любых неоднозначных случаях рекомендуется обращаться к документам производителей.
Определение по маркировке чипа fast page или EDO Для начала не забудьте убедиться, что перед вами именно асинхронный чип. Найдите на чипе «длинную» строку артикула. В случае, если она оканчивается группой букв, их возможно проигнорировать. Далее, глядя справа налево, идет цифра или группа цифр, иногда отделенная дефисом от остальной маркировки, перед ними — одна или несколько букв. Перед этими буквами должна идти длинная (не меньше 4) группа цифр, нас интересует последняя из них (то есть, крайняя справа, непосредственно перед буквами). В случае, если эта цифра — 0 (крайне редко 1 или 2) — с подавляющей вероятностью перед вами fast page. В случае, если это другая цифра (чаще всего 5) — это скорее всего EDO. Относительно необычную нотацию применяет Micron (кстати, чип Micron может иметь не вышеупомянутую длинную группу цифр перед последними буквами, а смешанную буквенно-цифровую комбинацию), единых правил здесь нет, но маленькие (меньше 5) цифры скорее обозначают fp, а большие — EDO.
Отличие по маркировке и внешнему виду SDRAM Заведомо отличить чипы SDRAM по внешнему виду, по крайней мере «на глазок», невозможно, зато зачастую возможно отличить не-SDRAM. Дело в том, что чипы SDRAM выпускаются исключительно в исполнении TSOP, так что если перед вами SOJ, то он скорее всего SDRAM не является. Аналогично — если перед вами явно 5-вольтовый TSOP, то и это вряд ли SDRAM. Наконец, маркировка времени доступа типа 60, 70, 15(0) вряд ли принадлежит SDRAM, а. скажем, 67 (МГц), Шили 12 (вряд ли вы встретите TSOP 100 или 120 не) скорее всего принадлежит (но, скажем, о 7 ничего определенного сказать нельзя, разве что достоверно известно, что 70 не данный производитель пишет полностью).
402
Вопросы и ответы Что касается полной маркировки — безусловно, SDRAM (как, впрочем, и любой чип) возможно определить по маркировке при наличии databook изготовителя. В случае, если при этом не требуется знать подробностей о чипе, возможно обойтись и сокращенной информацией, приведенной в таблице major-производителей. Дело в том, что, как правило, асинхронный и синхронный DRAM относятся производителями к разным товарным группам. Информация о товарных группах содержится в цифре или группе цифр (реже с буквами), идущих непосредственно после кода производителя. Иногда код товара не меняется, просто внутри маркировки добавляется «лишняя* буква S.
Чипы с «встроенной» четностью Toshiba выпускала чипы организации 1x18 (маркированные TC5118180AJ), представлявшие собой чип 1x16 «в одном флаконе» с двумя чипами четности. Из двух таких чипов получался SIMM 1x36 (4MB 72-пин с четностью), из четырех — 2x36, причем это были SIMM с абсолютно честной четностью и полностью логически совместимые со стандартными. Не исключено, что такие чипы выпускали и другие производители, хотя, насколько возможно судить, сейчас они уже вряд ли делаются. Так что если вам покажут SIMM с четностью всего из двух чипов, не спешите крутить пальцем у виска, а попробуйте присмотреться к маркировке чипов (напомним, что «обычные» 1x16 были бы маркированы ТС5118160AJ).
«Чип четности» и как он отличается от остальных В 30-пиновых SIMM с четностью на 8 бит основной памяти приходился 1 бит для контрольной суммы, и эта схема была унаследована и 72-пиновыми SIMM (скорее всего, поначалу это было сделано, чтоб не перестраивать контроллеры, а дальше шло уже по инерции). Таким образом, чип, предназначенный для хранения этого самого бита контрольной суммы (и имеющий тем самым ширину шины 1) — этой есть чип четности. Это ч и п ы организации Ixl (SIMM 1x9, 1x36, 2x36) и 4x1 (SIMM 4x9, 4x36, 8x36) соответственно. На 30-пиновом SIMM такой чип всегда один, у 72-пинового — от 4 (1x36, 4x36) до 8 (2x36, 8x36). Иногда они отличаются меньшим размером (1x1 — 200 mil), в принципе же их всегда возможно отличить по маркировке, в том числе и не зная принципов ее чтения. Например, SIMM 1x36 состоит из 8 чипов 1x4 и 4 чипов 1x1, так что если вы видите 8 чипов с одной маркировкой и 4 -— с другой, то последние и есть чипы четности. По мере развития производства 72-пиновых SIMM чипы четности стали иногда объединять «в одном флаконе» по 2 (1x2 Duat-CAS) или 4 (1x4 Quad-CAS).
Чип «логической четности» и как его отличить Ч и п «логической четности» по существу не имеет ни малейшего отношения к памяти и представляет собой не более чем логический сумматор. Предназначен он для того, чтобы имитировать присутствие чипов четности. Напомним вкратце принцип действия контроллера четности — прежде, чем записать данные в память, он вычисляет для каждых 8 бит контрольную сумму (отбрасывая старшие разряды в двоичной системе), известную также как «четность», и записывает ее в чипе четности. При чтении контрольная сумма вычисляется повторно, и если она совпадает с контрольной суммой, хранящейся в чипе четности, данные считаются аутентичными. Одним из недостатков метода является необходимость тратить деньги на чипы четности (которые как правило еще и более дороги, так как при-
403
Вопросы и ответы надлежат к «вчерашней» технологии), так что общая стоимость памяти возрастает даже не на 12.5, а на десятки процентов. Во времена дорогой памяти это было очень существенно. Логические же схемы всегда стоили копейки. «Логическая четность» была разработана для того, чтобы «обмануть» устаревшие контроллеры памяти, не позволяющие отключить контроль четности. Действует она следующим образом — биты четности, вычисленные контроллером на стадии записи, в модуле не хранятся (негде), а на стадии чтения вычисляются еще раз чипом «логической четности» и предъявляются контроллеру, как если бы они хранились. Естественно, контроллер, работающий в паре сданным устройством, никогда не обнаружит ошибку четности, даже если данные в памяти и были повреждены. Надо отметить, что уметь распознать логическую четность немаловажно. Дело в том, что (как отчасти показано выше) область ее мато-мальски оправданного применения ограничена сравнительно небольшим количеством устаревших систем. К сожалению, многие торговцы памятью не устояли перед соблазном продавать память с «логической» четностью по цене четности истинной, что, очень мягко выражаясь, нечестно. Итак, основные признаки чипа «логической» четности следующие: •
Маркировка, не совпадающая с известными маркировками DRAM (никто из major-производителей никогда не выпускал «логических» чипов).
•
Наличие в маркировке букв типа ВР (bridge parity — один из синонимов «логической» четности).
•
Только один чип «четности» для однобанковых 72-пиновых SIMM (2 для двухбанковых). Внимание — это может быть и «честный» чип Quad-CAS, постарайтесь внимательно изучить маркировку.
•
Упаковка TQFP (для 72-пиновых SIMM).
Надо иметь в виду, что пошедшие по кривой дорожке производители модулей иногда перемаркировывают чипы «логической» четности, выдавая их за «истинные», так что (особенно это касается 30-пиновых SIMM) беглого осмотра может и не хватить. Существуют и другие способы маскировки — к примеру, подозрительные чипы заклеиваются «гарантийной наклейкой» или на модуль устанавливаются болванки с целью скрыть истинное количество чипов. Поэтому возможно порекомендовать трактовать наличие перечисленных подозрительных моментов в пользу того, что перед вами чип «логической четности».
Чип ЕСС Чип ЕСС — микросхема встроенного в модуль памяти контроллера ЕСС. Такого рода технология (под названием ECC-on-SIMM) непродолжительное время применялась некоторыми brand-name производителями серверов (Digital, HP, IBM) в своих старших моделях (в те времена это были примерно Pentium-133), Насколько возможно судить, автором технологии и производителем чипов была IBM, К сожалению, я не располагаю более подробными сведениями о маркировке этих чипов (память для мощных серверов, сами понимаете, обычно работает, а не валяется там, где ее возможно потрогать)...
404
Вопросы и ответы
Определение производителя чипа По маркировке чипов, изготовленных major-произвол и теля ми (если она сохранилась, конечно), производителя возможно определить практически всегда. Два ключа к определению — это логотип производителя, который обязательно присутствует в виде букв или рисунка, а также собственно маркировка чипа, особенно ее первые буквы и иногда цифры.
Чипы не-major производителей, присутствующие на рынке На рынке, не считая «настоящих» и «явно поддельных» чипов, присутствуют чипы еще как минимум 2-х разновидностей. Практически все они изначально (со времен дефицита DRAM) ведут свою родословную от бракованных или низкокачественных партий DRAM (как правило, в виде пластин), которые производителям выбрасывать было жалко, а продавать под своим именем означало нанести ущерб имиджу. В то же время всегда существовал спрос на DRAM «некомпьютерного» качества для некомпьютерных же применений. Другое дело, что недобросовестные продавцы, пользуясь недостаточной информированностью покупателей, направляли такие ч и п ы и на компьютерный рынок. Паковались такие чипы одним из двух способов: •
Low-grade (или C-grade) brands. Ярчайший пример — Spectek — подразделение Micron по реачизаиии низкосортных чипов. Использует маркировку Micron с заменой МТ на S и логотипом с буквой S же. Еще 2 кандидата (к сожалению, в данном случае утверждение делается с меньшей долей уверенности) в «низкосортные бранды» — это Laser и Vigour, хотя кому они принадлежат — неизвестно... Речь во всех случаях идет о марках. специально созданных принципалом для реализации низкосортного кремния. «Упаковочные бранды» — ряд предприятий (расположенных преимущественно в Азии), выпускающих чипы DRAM из кремниевых пластин, полученных «откуда подешевле вышло». Сюда, как правило, попадает отбраковка из региона Корея-Япония. Яркий пример — гонконгская компания ACT (ей также принадлежит марка CTS). Общее число возможных «брандов» такого рода исчислению не поддается, так как при натичии достаточно крупного заказа «упаковщики» с удовольствием нарисуют на чипах все, что угодно душе заказчика.
Что возможно сказать о чипах этих производителей? Начнем с того, что сами производители, как правило, ни в чем не виноваты. Они честно работают с низкокачественным исходным материалом, и непосредственные покупатели чипов всегда заранее осведомлены о, скажем, возможных отклонениях в характеристиках или высоком проценте брака. Другое дело, что те, кто изготавливают из таких чипов модули памяти и без должного тестирования (чтобы вышло еще дешевле) продают их как полноценные, мягко говоря, не совсем правы... Факт в том, что за время моей работы на рынке памяти мне неоднократно приходилось по просьбе знакомых тестировать отдельные экземпляры и партии даже не безымянных, а вот таких вот SIMM на базе Spectec или ACT, и результаты зачастую были
405
Вопросы и ответы катастрофическими — к примеру, 50% брака в коммерческой партии или безнадежно мертвые модули, присланные потенциальным продавцом как «образцы». К несчастью, существует такой бизнес, когда все посредники в цепочке осведомлены о том, что товар только прикидывается полноценным, и в неведении о причинах своих проблем находится лишь конечный пользователь. Впрочем, бывает, что ошибку совершает и менеджер по закупкам «универсальной» компьютерной конторы, привлеченный низкой ценой... С другой стороны, далеко не каждая партия «не-мажорных» чипов обязана иметь высокий процент брака, поскольку кремний, упакованный «не-мажором», может быть списан «мажором» по самым разным причинам. Но, рассматривая вопрос о покупке модулей памяти на базе «не-мажора», всегда имейте в виду, что вероятность столкнуться с браком, в том числе и неявным (скажем, проявляющимся после значительного прогрева чипов в рабочем режиме) значительно выше, чем для модулей на базе чипов major. Поэтому желательно иметь значительный выигрыш в цене плюс что-то вроде манибэка хотя бы на недельку-другую для тестов.
Отличие major-производителей от остальных Основным отличием является наличие собственного кремниевого производства. Это невозможно без значительных инвестиций, в том числе и в разработку, соответственно, фирм-однодневок на этом рынке не существует. Как следствие, major, имеющие определенный статус, меньше всего заинтересованы в его потере и практикуют жесточайший выходной контроль для своей продукции. В результате снижается риск приобретения брака конечным потребителем. Кстати, на «нормальном» потребительском рынке, не имеющем дела ни с кем кроме «мажоров» (речь не о сознательном выборе потребителя, выбор делает производитель модуля или торговец, потребителя обслуживающий), нормой является пожизненная гарантия на память. Брэнды же, не имеющие статуса major, собственных производств кремния не имеют, и либо специально созданы для реализации низкосортного кремния (тут комментарии излишни), либо в самом лучшем случае конечный потребитель не может быть уверен в происхождении и качестве кремния, упакованного в данные чипы (но в действительности возможно быть уверенным — кремний был «какой подешевле»). То есть сказать, что качество major и не-major отличаются как небо и земля,, может, и было бы преувеличением.., но разница безусловно есть.
Зачем отказываться от модулей, собранных из «левых» чипов, если стоят они дешевле и устраивают по качеству? Во-первых, не надо отказываться ни от чего, устраивающего вас по качеству! В любом случае высокое и низкое качество, скажем, определенной марки всегда есть понятие статистическое (грубо говоря, процент дошедшего до покупателя брака), так что вы можете являться счастливчиком, дешево купившим идеальный продукт. Опять же, поскольку память, как и большинство чисто электронных устройств, от старости не портится, сам факт долгой безупречной работы — это очень хорошо. Тем не менее вот некоторые соображения, по которым лучше «безымянную» память не покупать.
406
Вопросы и ответы На должной ли высоте планка качества? Сколько раз мы все слыхали о «маздайных» Windows, которые глючат, виснут и падают? На мой взгляд — да. бывает это с ними, но вовсе не настолько часто, чтобы делать из этого проблему. Есть серьезное подозрение, что вся та «маздайность», за которую не отвечают разогнанные процессоры и подозрительные материнские платы, находится на совести памяти (благо она сейчас без четности, сама не пожалуется). Да, Windows довольно-таки уродлива, но если она еще и неработоспособна — не спешите говорить, что с вашим железом все в порядке. В случае, если все в порядке — работает ли память в максимально напряженном режиме (к примеру, если она маркирована на 60 не — 66 ли Mm у вас на шине)? А будет работать? Нынешнее падение цен на память, с одной стороны, вызывает у производителей острейшее желание снизить издержки, не выбрасывая на помойку отбракованный кремний, а реализуя его «подвальным* (преувеличение, конечно) упаковщикам. С другой стороны, для потребителя в этих условиях разница между самой дешевой и самой дорогой (но аналогичной) памятью составляет ничтожную долю цены всего компьютера. Нужно ли рисковать работой машины (или во шть память на замену, если уж на то пошло) за несколько долларов? Вопрос ликвидности. Очень многие компьютеры являются предметом постоянного апгрейда, и «лишние» детали приходится реализовывать. Как вы думаете, что у вас купят с большим удовольствием (и за большие, как следствие, деньги) — Hitachi или «50 лет Народно-Освободительной Армии Китая»? Большинство приведенных выше рассуждений имеют и оборотную сторону, и в действительности не являются доказательством правоты. Девиз «приемлемая функциональность за минимальную пену» имеет право на существование. Так что выбор в конечном счете за вами.
Основные причины выхода чипов из строя Для начата исключим из рассмотрения как «тривиальные» причины поломки чипа (распилили пополам; подали 220 вольт из научного любопытства), так и чипы, которые не работали никогда (с момента упаковки в пластмассу). То есть будем считать, что вопрос относится к чипам, которые в своей ж и з н и успели проработать какое-то, пусть и относительно небольшое, время. Обратите также внимание — выход из строя модуля памяти не обязательно означает неисправность чипа DRAM — довольно часто виной этому дефекты пайки, к примеру, или трещина в печатной плате... Итак, причин, собственно, две с половиной: •
Нарушение условий эксплуатации. Хотя я и готов допустить существование чипов, вышедших из строя по причине чрезмерной жары внутри корпуса компьютера, чаще всего проблема — в рабочем напряжении. Так, считается, что работа 3.3-вольтовых чипов под напряжением питания 5В вполне может послужить причиной их выхода из строя, причем скорее всего это произойдет не сразу. Другие потенциальные источники проблем с напряжением — короткое замыкание в материнской плате (12В на микросхемах памяти, как правило, уничтожают их напрочь), а
407
Вопросы и ответы также скачки напряжения в сети (в том числе и микроскопической длительности), не отфильтрованные должным образом блоком питания. Низкокачественный или неисправный блок питания и сам на многое способен... •
Наличие внутри чипа микродефектов, которые первоначально не влияют на его работу, но растут по мере эксплуатации и рано или поздно выводят его из строя. То есть необнаруживаемый заводской брак. К счастью, такого рода разрушение либо происходит очень быстро, либо не происходит никогда. Хотя, конечно, всегда есть вероятность, что какой-то особо удачный образец будет работать часами или днями, прежде чем испустит дух, но на практике это встречается крайне редко.
•
Комбинация первых двух. С точки зрения покупателя модулей памяти — типичный случай 2, с точки зрения производителя чипов — безусловно, 1. Речь о нарушении технических условий (как правило, все тот же перегрев) на стадии пайки модуля (каковые нарушения и приводят к возникновению дефектов). Встречается, скорее всего, не так уж и редко, особенно при полукустарном (на старой или неисправной SMT-линии) производстве.
Что касается смерти чипа «от старости», то она сравнительно маловероятна (практически все чипы, имеющие внутреннюю предрасположенность к этому, разрушаются в течение непродолжительного срока после подачи напряжения). Скорее наоборот, безупречная работа в течение нескольких лет — очень хорошая характеристика для памяти, которая еще могла бы пригодиться. Другое дело, что моральная смерть чипов по истечению 5. тем более 10 лет, практически неизбежна по причине утраты совместимости с новыми технологиями практически по всем параметрам.
Определение напряжения питания чипа Универсальных правил тут, к сожалению, нет. Предполагается, что нужно отличить ч и п ы напряжением 5В от 3.3В. Штука тут заключается в том, что если взять два одинаковых чипа одного производителя, которые отличаются только напряжением, то отличить 5-вольтовый от 3-вольтового очень просто, ибо последний имеет в маркировке (речь об «основной» ее части, той, где организация чипа, тип корпуса и время доступа) одну лишнюю букву, как правило это L (low), V (voltage) или W (watt). To есть, по умолчанию (без лишней буквы) чип считается 5вольтовым. К сожалению, на этом простота и кончается. Буквы разные производители применяют разные, да еще ставят их в разные места. Как правило (но далеко не всегда) это место между кодом DRAM и организацией. Дополнительную сложность создает то, что вопрос о напряжении питания чаще встает для микросхем TSOP, которые сами по себе имеют многобуквенные и непривычные взгляду конструкции, описывающие тип корпуса. Наконец, производитель вполне может использовать букву, скажем, L в описании корпуса, поскольку для напряжения он использует W, но мы-то об этом не знаем... Итак, если не одной из 3-х указанных букв в маркировке не обнаружено — большие шансы, что это 5В. В случае, если буква есть, особенно в указанном ме-
408
Вопросы и ответы сте (первая же буква, не считая тех, что в самом начале артикула), и при этом у вас есть уверенность, что вы видели аналогичную маркировку данною производителя без такой буквы — скорее всего 3.3В. Все остальные случаи более или менее сомнительны, нужно справиться в databook производителя. Наконец — все вышеизложенное относилось к микросхемам типа fast page или EDO, для SDRAM напряжением по умолчанию является 3.3В, соответственно это может никак не отражаться в маркировке. Впрочем, шансы встретить 5В SDRAM не особенно велики. Тем не менее, прежде чем определять напряжение, проверьте, не SDRAM ли это. Последнее соображение — от SOJ более естественно ожидать 5-вольтовости, а от TSOP — 3.3. Это опять же не закон, а скорее традиция, но если предлагаемая гипотеза о напряжении чипа противоречит данному правилу — рекомендую проверять ее особо тщательно.
Допустимые отклонения в напряжении питания Стандартный диапазон напряжений питания, при которых производители гарантируют работу чипа с паспортным напряжением 5В — 4.5-5.5В, то есть плюсминус 10%. Примерно такое же положение лел с З.ЗВ-чипами. Казалось бы. это означает, что никакая замена невозможна. В действительности, ситуация вовсе не так трагична. Дело в том, что выдержать эти самые плюс-минус 10%, особенно в совковых сетях, способен далеко не каждый блок питания. Фактически память способна довольно долгое время работать в условиях значительного отклонения напряжения, и (по крайней мере в течение короткого срока) это не вызовет ни сбоев в работе, ни тем более выхода чипов из строя. Тем не менее производители материнских плат, рассчитанных на применение как 5В SIMM, так и 3.3В DIMM, обычно предостерегали, что совместное использование SIMM и DIMM (то есть, работа последних при напряжении 5В) может привести к постепенному разрушению чипов. Кстати, некоторые производители уже выпускают 3.3В чипы в исполнении voltage tolerance, то есть, гарантируется устойчивая работа при 5В чипов, номинально рассчитанных на 3.3В, Итак, использование «неправильных» чипов на коротком промежутке времени скорее всего никак себя не проявит. Несколько повышается вероятность сбоев, вызванных перепадами напряжения («не в ту» сторону). При более длительных сроках с 5В чипами также ничего не произойдет, а 3.3В могут быть повреждены работой в закритическом режиме (если они не являются voltage tolerant),
Допустимая температура чипа Существуют два диапазона допустимых температур — рабочий и «складской». Второй из них — это диапазон температур, при котором чипы возможно «хранить*, и производитель гарантирует, что они не испортятся. Как правило, это е -55 —+125°С. Рабочий диапазон, в свою очередь — это диапазон температур, при котором чип обязан работать нормально. Здесь стандартные значения — от 0 до +70°С. Кстати, это означает, что определять температуру работающей или только что работавшей памяти на ощупь надо крайне осторожно — возможно и обжечься.
409
Вопросы и ответы Естественно, надо иметь в виду еще два обстоятельства. Во-лервых, чипы высокого качества скорее всего будут работать и при температурах, несколько выходящих за пределы рабочего диапазона, хотя гарантий никто и не дает. Во-вторых, «левые» чипы могут начать сбоить и при более слабом прогреве.
Как отличить «перемаркированный» чип Условимся сразу, что мы пытаемся отличить «криминально» леремаркированный чип, то есть, что перемаркировка проводилась с целью ввести потребителя в заблуждение. Это означает, что подозрительный чип несет маркировку majorпроизводителя. В подавляющем большинстве случаев маркировка подделывается полностью (переделывать, скажем, только время доступа очень нетехнологично). Это означает, что уже имеющаяся маркировка спиливается вместе со слоем пластмассы, К. чему это приводит? Чип имеет аккуратную фаску (по крайней мере с одной стороны), в результате спиливания поверхности фаска становится как минимум асимметричной или удаляется вообще. Чип также имеет технологическое углубление (для маркировки 1-го пина), находящееся обычно ближе к краю чипа. Спиливание поверхности разрушает аккуратные края этого углубления. Многие чипы имеют также одно-два углубления (возможно, для защиты от подделки). Они, как правило, небольшой глубины, опять же с аккуратными краями, дно, в отличие от матовой поверхности чипа, блестящее (отражает свет). При глубоком спиливании они исчезнут, неглубокое приведет к разрушению краев и потере блеска, Поверхность нормального чипа не идеально гладкая, но и не имеет выраженной линейной структуры, свет отражает, но не «зеркально». Спиливание даст либо продольные царапины в направлении спиливания, либо поверхность станет заметно отражать свет после полирования. Маркировка (особенно последнее время) наносится в основном лазером, иногда с последующим покрытием краской. Это означает, что при попытке соскрести надпись она не должна удаляться полностью, на ее месте должна оставаться неглубокая канавка. Не рекомендую, впрочем, тереть чип пальцами — попадание жира может привести его в совершенно нетоварный вид. Таким образом, если интересующие вас чипы подозрительны хотя бы по одному, а тем более по нескольким пунктам, есть все основания считать их контрафактными. Хочется также отметить, что за признаки «перепила» может ошибочно быть принята запыленность чипов на новом модуле памяти. Запыленность эта обычно является результатом распиливания технологической пластины на отдельные модули и не имеет отношения к чипам. Наконец— вышеизложенное относится к чипам SOJ — случаи перепиливания «тонких» TSOP мне не встречались.
Чипы 2k и 4k refresh Параметр refresh, равно как и пара его значений 2k/4k, приобрели известность (причем печальную) в применении к вполне конкретному типу чипов — 4x4 16-мегабитным чипам, из которых собирались 72-пиновые SIMM 16 и 32MB. Поскольку для понимания сути проблемы необходимо небольшое теоретическое 410
Вопросы и ответы вступление, подробности будут приведены после него, но если вас интересуют конкретные рекомендации для данного случая, возможно сразу переходить к ним. Итак, сначала несколько теоретических замечаний. Данные в чипе DRAM хранятся в виде двухмерного массива, и для доступа к конкретной ячейке необходимо указать адрес как строки, так и столбца, в которой она находится. В свое время такие массивы делались исключительно квадратными (это, в частности, было основной причиной того, что плотность чипов от поколения к поколению росла с инкрементом 4). В любом случае по технологическим соображениям естественно ожидать, что соотношение сторон матрицы будет близко к единице (а не, скажем, к 100). DRAM — память динамическая, в том смысле, что для сохранности данных ей требуется периодическая регенерация (refresh). Стандартная схема регенерации предполагает фиксацию адреса столбца и циклическое изменение адресов строк. Соответственно, число циклов равняется числу строк. Увеличение при прочих равных условиях количества строк ведет к определенному снижению энергопотребления чипа за счет луч шей организации процесса регенерации. Когда первые 16-мегабитные чипы (а были это чипы наиболее распространенной организации х4, то есть, 4x4) только появились на рынке, они, как и все предыдущие, имели квадратную адресную матрицу с количеством строк и столбцов 2,000 (2048, если быть абсолютно точными, то есть 2k как квадратный корень из адресуемых 4 Мегабит). Чипсеты, разрабатывавшиеся непосредственно до и сразу после их появления, исходили именно из таких предположений. Число адресных линий у таких чипов (и собранных из них модулей памяти) равнялось 11, Однако упомянутые выше соображения об уменьшении энергопотребления привели к тому, что одновременно JEDEC одобрил, а производители выпустили на рынок чипы 4x4 с увеличенным числом строк. Эти чипы имели 4k строк и, соответственно, 1 k столбцов. Для адресации 4k строк требовалось уже 12 адресных линий. Именно эти чипы и стали именовать «4k refresh» в отличие от предыдущих «2k refresh». Отдельные контроллеры памяти могли работать с такими микросхемами. Некоторые из этих контроллеров применялись в системах, ориентированных на форм-фактор стандартного 72-пинового SIMM (речь, в частности. о Macintosh), В результате на рынке появились внешне совершенно обычные SIMM, собранные из чипов 4k refresh. Тут-то и начались проблемы. Сплошь и рядом делались попытки установки таких модулей в обычные PC, и сплошь и рядом они отказывались в них работать, так как контроллеры не могли нормально распознать и адресовать «неквадратные» чипы. Краткий ответ на вопрос, почему модули не работают в компьютерах, звучал так — потому, что они не 2, a 4k refresh. Очень скоро в массовом сознании возникло представление об «абсолютно неработоспособных» чипах 4k refresh, и практически все участники рынка стали избегать иметь с ними дело (это относилось и ко вполне компетентным производителям и продавцам — зачем работать с товаром, на который большая вероятность получить рекламацию по причине некомпетентности покупателя?). Ситуация несколько усугубилась тем обстоятедьством, что на базе чипов 4k refresh было практически невозможно изготовить модули с четностью — чипы четности 4x1 относились к предыдущему поколению и
411
Вопросы и ответы выпускались только в 2к-модификации. Таким образом, чипы 4x4 4k refresh на некоторое время практически исчезли из употребления и применялись в основном в портативных компьютерах, где энергопотребление было одним и:) важнейших параметров. Даже то обстоятельство, что многие Pentium-контроллеры не требовали четности и, как правило, могли работать с этими чипами, ничего не изменило. Итак, непосредственно ответ на вопрос — 2k и 4k refresh — это две разновидности чипов 4x4, из которых последняя является, вообще говоря, более передовой, но именно в силу этого зачастую неработоспособна в относительно старых системах, поэтому в сомнительных случаях применять собранные из таких чипов модули не рекомендуется. Никаких оснований отказываться от применения этих чипов, если в вашей системе они работают, не существует. К сказанному надо добавить еще несколько обстоятельств, Первое заключается в том, что «глубина регенерации», как возможно видеть, является фактором объективным и может быть в принципе объявлена для любых чипов. Соответственно, встреченная в описании цифра Nk refresh, особенно если она равняется квадратному корню из глубины адресного пространства, основанием для тревоги никак не является. Во-вторых, в современных модулях памяти, особенно в различных видах DIMM, широко используются чипы с «неквадратной* матрицей — поскольку четность в традиционной схеме, использующей отдельные чипы четности, в этих модулях не применяется, принципиальных возражений против использования таких чипов нет и контроллеры обычно их понимают. Следующее обстоятельство — 64-мегабитные чипы также нередко выпускаются в разных версиях refresh (для 16x4 — 4k и 8k, причем последняя является «неквадратной*). И наконец, проблема начинает поворачиваться своей другой стороной — некоторые нестандартные современные контроллеры ориентированы на использование только «неквадратных» чипов, так что не исключено, что история с refresh еще получит свое развитие.
Как определить, в какой стране произведен чип и насколько это важно Единственный известный мне способ определить страну производства чипов {как обычно, предполагаем, что чипы не перемаркированы) — это прочитать название страны на чипе. В случае, если оно там есть, то приведено оно либо открытым текстом, либо легкочитаемым сокращением (к примеру, TWN — Тайвань). Относительно необычный пример — малайзийское производство Toshiba указывает название страны сокращенно — M'SIA, и в общем не всякому сразу удается догадаться, что это не группа служебных символов. Major-производители, как правило, название страны указывают, если же оно опущено, то скорее всего чип изготовлен на «головном* производстве. Что касается влияния страны производства на качество чипов, то оно, как правило, отсутствует. (В случае, если быть совсем точным, то влияние имеет место, но весьма нетривиальное. А именно — считается, что наибольшие шансы произвести на свет чипы с отклонениями по качеству имеют либо очень новые технологические линии — по причине продолжающейся настройки, либо очень старые - по вполне очевидной причине износа оборудования. Так что если некий производитель имеет, скажем, в Сингапуре вполне зрелое и отрегулированное
412
Вопросы и ответы производство, а линии в Японии дорабатывают ресурс, то сингапурские чипы вообще-то статистически будут получше). Линии по производству чипов — это высокоавтоматизированные производства с очень высоким уровнем лыходного контроля при небольшом участии человека, так что низкий уровень «обычной» культуры производства в некоей стране никак не может повлиять на их работу. Так что если производитель чипов относится к major и вы не имеете ничего конкретно против него, то страна производства чипов должна вас беспокоить применительно к их (чипов) качеству очень мало. Безымянные же производители, как правило, страну не маркируют — впрочем, это и не важно, ибо безымянность влияет на ожидаемое качество значительно больше, чем страна, Нужно, впрочем, иметь в виду, что чаше всего вопрос этот задается совсем в другом контексте — а именно, насколько страна производства чипов влияет на качество модуля памяти, из них собранного. Вот тут дела обстоят с точностью до наоборот. А именно — если вы не можете определить производителей модулей памяти, из которых необходимо сделать выбор, или их имена вам ничего не говорят, то предпочтение перед прочими следует отдавать модулям, сделанным из чипов производства Японии или США. Объяснение этому эффекту заключается в следующем наборе предпосылок — во-первых, качество сборки модулей и их выходного контроля оказывает на качество конечного продукта огромное влияние. Вовторых, сборка модулей памяти — процесс заметно меньшей технологической сложности и низкая общая культура национального производства может ощутимо повлиять на конечный результат. Наконец, хотя чипы и обращаются в мире относительно свободно, вероятность их уйти на сборку в том же регионе, где они произведены, весьма велика. Люди, хорошо знакомые с расстановкой сил на рынке памяти, могут посчитать, что в этом тексте совершенно безосновательно подвергнуты дискриминации тайваньские и особенно корейские производители, тем более что еще толком непонятно, какая из стран — Корея, Тайвань или Япония — более удалена, скажем, от Гонконга, славного своими полукустарными производствами модулей. Ответ заключается в том, что именно эти страны получают наибольшее количество обвинений в демпинге на рынке DRAM. А где низкие цены, там и «дешевые» сборщики.., Наконец, хотелось бы подчеркнуть еще раз, что если вы в состоянии определить производителя модулей — то определяющей должна быть ваша оценка этого производителя, а не чипов.
Отличие процессоров SX, DX, SX2, DX2 и DX4 SX и DX обозначает «облегченную» и полную версию одного и того же процессора. Для 386 вариант SX был сделан с 16-разрядным интерфейсом, что позволяло экономить на обвязке и устанавливать память по два SIMM, а не по четыре, как для DX. При работе с 16-разрядными программами 386SX почти не отстает от 386DX на той же частоте, однако на 32-разрядных программах он работает ощутимо медленнее из-за разделения каждого 32-разрядного запроса к памяти на два f 6-разрядных. На самом же деле большинство компьютеров с 386DX работают быстрее компьютеров с SX даже на 16-разрядных программах — благодаря тому, что на платах с 386DX чаще всего установлен аппаратный кэш, которого нет на большинстве плат с SX. Внутренняя архитектура 386SX — полностью 32-разрядная, и программно обнаружить разницу между SX и DX без запроса кода проиес413
Вопросы и ответы сора, измерения скорости работы магистрали или размера буфера предвыборки в общем случае невозможно. Для 486 SX обозначает вариант без встроенного сопроцессора. Ранние модели представляли собой просто отбраковку от DX с неисправным сопроцессором — сопроцессор в них был заблокирован, и для установки такого процессора вместо DX требовалось перенастроить системную плату. Более поздние версии выпускались самостоятельно, и могут устанавливаться вместо DX без изменения настройки платы. Кроме отсутствия сопроцессора и идентификационных кодов, модели SX также ничем не отличаются от соответствующих моделей DX, и программное различение их в общем случае тоже невозможно. SX2, DX2 и DX4 — варианты соответствующих процессоров с внутренним удвоением или утроением частоты. Например, аппаратная настройка платы для DX2-66 делается, как для DX33, и на вход подается частота 33 МГц, однако в программной настройке может потребоваться увеличение задержек при обращении к памяти для компенсации возросшей скорости работы процессора. Все внутренние операции в процессорах выполняются соответственно в два и три раза быстрее. однако обмен по внешней магистрали определяется внешней тактовой частотой. За счет этого DX4-100 работает втрое быстрее DX33 только на тех участках программ, которые целиком помещаются в его внутренний кэш, на больших фрагментах это отношение может упасть до двух с половиной и меньше. Некоторые серии процессоров AMD (в частности — 25253) выпускались с единым кристаллом DX4, который мог переключаться в режим удвоения по низкому уровню на выводе В-13. Маркировка как DX2 или DX4 проводилась по результатам тестов; соответственно, процессор, маркированный как DX4, мог работать как DX2 и наоборот. Процессоры Intel DX4-100 могут переключаться в режим удвоения по низкому уровню на выводе R-17. Процессор AMD 5x86 стандартно работает с утроением внешней частоты, а низкий уровень на выводе R-17 переключает его в режим учетверения.
Отличие линии Pentium от 486 В Pentium сделана 64-разрядная магистраль, значительно ускоряющая обмен с внешним кэшем и памятью. Суперскалярная архитектура: одно исполнительное устройство заменено на два — U и V, каждое — со своим собственным конвейером; оба параллельно ведут выборку, расшифровку и выполнение команд, Устройство U является основным и может выполнять все команды, устройство V — вспомогательным и выполняет только наиболее часто встречающиеся типы команд. Внутренний кэш разделен на кэш команд и кэш данных. Есть система предсказания переходов путем опережающего просмотра, что позволяет в случае верного предсказания выполнить переход за один такт. Улучшенный по сравнению с 486 математический процессор.
Различия между процессорами линии Intel Pentium Pentium: одна 64-разрядная шина данных, внутренний кэш первого уровня (L1) объемом 16 Кб (8 + 8), работает на внутренней частоте; кэш второго уровня (L2) и его контроллер — внешние. Внешняя рабочая частота — 50/60/66 МГц, разъем — Socket 5/7.
414
Вопросы и ответы Pentium Pro: добавлен внутренний кэш L2 объемом 256, 512 или 1024 Кб с собственным контроллером и локальной 64-разрядной шиной данных, работающий на внутренней частоте. Дополнительная внутренняя оптимизация, ускорена работа конвейера и степень параллелизма, улучшена система предсказания переходов (Dynamic & Speculative Execution). Значительно более мощный математический процессор. Исполнительные устройства оптимизированы под 32-разрядную обработку, поэтому на 16-разрядных приложениях не получается такого ускорения, как на 32-разрядных. Технология — 0.35 мкм, внешняя рабочая частота 60/66 МГц, внутренние — 166..200, разъем — Socket 8. Pentium MMX (развитие модели Pentium): система двойного электропитания, расширенный набор команд ММХ, кэш L1 увеличен до 32 Кб (16 + 16), в архитектуру внесены элементы Pentium Pro. Внешняя частота — 66 МГц. Pentium JI: 300-разрядная внутренняя шина, две независимые 64-разрядные шины данных (Dual Independent Buses — D.I.B.): {одна — с поддержкой ЕСС, для памяти и внешних устройств, вторая — с необязательной поддержкой ЕСС, для кэшей L1 и L2), кэш L1 — 32 Кб (16 + 16), работающий на внутренней частоте, кэш L2 — 512 Кб. работающий на половине внутренней частоты, улучшенные алгоритмы динамического исполнения и анализа потока данных. Процессор вместе с кэшем L2 помешен в экранированный картридж для минимизации излучаемых и наводимых помех. Для установки на системную плату используется односторонний соединитель Single Edge Contact (S.E.C.) с 242-контактным разъемом типа Slot 1, внешне напоминающим разъем PCI. Внешняя рабочая частота — 66 МГц, внутренняя — 233..300, технология при начале выпуска — 0.35 мкм. Известен также под названием Klamath. Deshutes: серия Pentium II, выполненная по технологии 0.25 мкм и работающая на частотах 333 МГц и выше. Внешняя частота — 66/100 МГц. Celeron: серия Pentium II без корпуса и встроенного кэша второго уровня, за счет чего производительность относительно равного по частоте Pentium II оказывается ниже, а в ряде случаев — и ниже производительности Р5-ММХ, работающего на системной плате с кэшем L2. Позиционируется как переходной вариант от Pentium к Pentium II. Заявлено об отсутствии поддержки многопроцессорной конфигурации (SMP), однако такое включение технически возможно. Технология — 0.25 мкм (ядро Deshutes). Внешняя частота — 66 МГц. Covington: Celeron с рабочими частотами 266 и 300 МГц. Mendocino: Celeron с рабочими частотами 300 (Celeron 300A) и 333 МГц и со встроенным кэшем L2 объемом 128 Кб, Celeron PPGA: возврат к конструктиву PPGA с 370-контактным разъемом (Socket 370). Кэш объемом 128 Кб. Устанавливается в платы с Socket 370, либо в классические платы со Slot 1 при помощи переходника. Хеоп (приблизительное произношение — «зиан»): улучшенный вариант Pentium II, ориентированный на внешнюю частоту 100 МГц. Шина адреса расширена до 36 разрядов (Intel Extended Server Memory' Architecture), что дает 64 Гб адресуемой физической памяти. Имеет 512 Кб или 1 Мб кэша второго уровня, работающего на внутренней частоте ядра процессора. Может использоваться в многопроцессорных системах (до 8 процессоров). Передачи по магистрали кэша
415
Вопросы и ответы и общей системной магистрали защищены ЕСС, обнаруживающим и исправляющим незначительные ошибки (все ошибки регистрируются). Поддерживается режим функциональной избыточности, в котором два процессора синхронно выполняют единый код с контролем совпадения результатов. Содержит также температурный датчик, отслеживающий температуру кристалла (отключение системы возлагается на ОС), ПЗУ информации о процессоре (PIROM) с параметрами самого процессора и кэша L2, перезаписываемое ПЗУ (EEPROM) для нужд производителя компьютера и пользователей, и шину системного управления (System Management Bus, SMB), по которой упраштяются эти компоненты, Устанавливается в 330-контактный разъем Slot 2. Технология — 0.25 мкм, рабочие частоты от 400 МГц.
Расшифровка обозначения «SL-Enhanced» у процессоров Intel Наличие SMM (System Management Mode — режим управления системой), используемого главным образом для перевода процессора в экономичный режим. Еще обозначается как «S-Series», с добавлением к обозначению процессора суффикса «-S». В SL-Enhanced процессорах имеется также команда CPUID, которая возвращает идентификатор процессора,
Расширение виртуального режима — VME Virtual Mode Extension — расширение виртуального режима — набор аппаратных возможностей, позволяющий оптимизировать обработку прерываний в режиме V86 (в частности — обрабатывать программные прерывания внутри VMзадачи, без переключения в режим ядра) и виртуализовать флаг IF, отвечающий за разрешение/запрет внешних прерываний. VME использует OS/2 >= 2.1 для снижения накладных расходов на DOS-сессии и предотвращения зависания всей системы при монопольном захвате управления DOS- задачей на машинах с шинами ISA/VLB/PCI (на МСА и EISA для этого есть собственные средства). Подробности реализации VME Intel открыто не распространяет и выдает только под договор о неразглашении. VME реализовано в процессорах Intel Pentium и Intel 486 SL-Enhanced, a также в процессорах AMD K5 (SSA/5) и Кб. Увидеть наличие/отсутствие V M E возможно при помоши Quarterdeck Manifest из пакета QEMM, зайдя в пункт «CPUID». В DOS-сессии OS/2 версий до 1996 года процессор с VME определяется как 386. На процессоре с VME DOS-задачи не влияют на обработку прерываний в системе: последовательность команд cli jmp $ приводит к зависанию только одной задачи, тогда как на других процессорах и шинах не MCA/EISA это приводит к зависанию всей системы.
Процессоры Cyrix 5x86, 6x86, М2; AMD 5x86, 5k86, K5 и Кб; IDTWinChipC6 Cyrix 5x86 (mlsc) и AMD 5x86 — процессоры, совместимые по выводам с Intel P24D 0486DX4-100 последних моделей), с элементами архитектуры Р5 (Реп-
416
Вопросы и ответы tium) — 16-килобайтный внутренний кэш с отложенной записью, общий для команд и данных, предсказание переходов, оптимизация выполнения команд; Cyrix 5x86 имеет 64-разрядную внутреннюю шину данных и систему распараллеливания операций. Процессоры Cyrix 5x86 могут работать н режимах удвоения и утроения частоты (есть также возможность программного отключения умножения), процессоры AMD 5x86 — в режимах утроения и учетверения. Cyrix 5x86 на частоте 120 МГц по тестам WinStone и WinBench примерно приравнивается к Intel P5-90, a AMD 5x86 на частоте 133 МГц — к Intel P5-75. По другим тестам результаты могут значительно различаться в обе стороны за счет того, что внутренняя скорость выполнения некоторых последовательностей команд у этих процессоров выше приравненных к ним Р5, однако скорость обмена с внешним кэшем и памятью у них существенно ниже. Кроме этого, Р5 имеет значительно более мощный сопроцессор, и по скорости плавающей арифметики процессоры 5x86 сильно от него отстают. Cyrix 6x86 (Ml) и AMD 5k86 (SSA/5, K5) — процессоры, совместимые по выводам с Intel P5. Объем внутреннего кэша — 16 Кб (общий) в Ml и 24 Кб (16 Кб для команд и 8 — для данных) в К5. За счет более сильной внутренней оптимизации эти процессоры по целочисленной арифметике несколько быстрее Intel P5 на тех же частотах, однако по-прежнему отстают по плавающей. Процессоры Cyrix M2 и AMD Кб совместимы по выводам с Pentium MMX (Р55С) и имеют поддержку режима ММХ. Объем внутреннего кэша — 64 Кб (общий в М2, 32+32 в Кб). Изменены к лучшую сторону алгоритмы работы кэша, улучшена оптимизация, увеличены объемы кэша адресов перехода (branch targets). Процессор AMD K6-2 (K6-3D) ориентирован на внешнюю частоту 100 МГц (системные платы Super?) и имеет дополнительный набор специализированных команд 3DNow! для обработки трехмерных изображений. Процессор IDT WinChip C6 совместим по выводам и набору команд с Pentium ММХ, однако не требует двойного электропитания, потребляет небольшую мощность за счет малой площади кристалла, оптимизирован в отношении часто используемых команд и системы управления страницами памяти. Быстродействие С6 по распространенным тестам находится между Pentium ММХ и М2/К6. Для нормальной работы совместимых процессоров необходима поддержка со стороны системной платы и системного BIOS (процессор должен быть указан в паспорте платы и правильно опознаваться BIOS, как Cyrix/AMD). Для работы Cyrix M2 и AMD Кб, как и Pentium ММХ, необходима система двойного питания. Все процессоры Cyrix, AMD и IDT полностью совместимы с процессорами Intel по документированным возможностям. Однако программы, чувствительные ко времени выполнения команд, либо использующие недокументированные особенности процессоров Intel, могут на них работать неправильно. Например, на AM D 5k86, как и на более быстрых Р5, не работают некоторые драйверы CDROM, программы на Clipper (к примеру, БЭСТ 3), возникают паузы в 3DS и не всегда работает Syslnfo — это обусловлено некорректным измерением временных интервалов этими программами. Для устранения побочных эффектов существуют программы, отключающие один или несколько видов внутренней оптимизации, что, однако, несколько снижает
417 I 4 - 41 С
Вопросы и ответы быстродействие. Программы для управления оптимизацией возможно найти на серверах поддержки Cyrix и AMD.
Отличие процессоров UMC 486 U5 от Intel, AMD и других Прежде всего — оптимизированным микрокодом, за счет чего часто используемые команды выполняются за меньшее число тактов, чем в процессорах Intel, AMD, Cyrix и других. Процессоры U5 не имеют внутреннего умножения частоты, а результаты в 65 МГц и подобные, получаемые некоторыми программами, получаются потому, что для определения частоты программе необходимо правильно опознать процессор — точнее, число тактов, за которое он выполнит тестовую последовательность, а большинство распространенных программ не умеют правильно опознавать U5. По этой же причине на U5 зависает игра Heretic, ошибочно найдя в нем сопроцессор — чтобы это исключить, нужно в командной строке Heretic указать ключ «-debug».
Как улучшить охлаждение процессора В первую очередь — проверить контакт радиатора с корпусом процессора. В случае, если между ними нет заполнителя (теплопроводящая паста, пластина из мягкой фольги, покрытая клейким составом) — контакт скорее всего не очень хороший из-за неидеальной плоскости поверхностей. Рекомендуется смазать поверхности тонким слоем те плопро водящей пасты, или хотя бы густой смазки. Охлаждающая способность радиатора определяется теплопроводностью его материала и площадью поверхности. Радиатор с большим числом пластин или иголок той же высоты обладает большей рассеивающей способностью. При наличии вентилятора имеет смысл обратить внимание на его «тягу»: встречаются вентиляторы с весьма мачым углом атаки лопастей, или с низкой частотой вращения, которые не в состоянии создать нужный для обдува радиатора поток воздуха. Можно также установить на процессор радиатор с относительно большой поверхностью (100 кв.см, и больше) и обдувать его большим вентилятором, установленным на некотором расстоянии (5-10 см) так, чтобы поток воздуха обтекал пластины радиатора и отраженный поток не смешивался с основным, Рекомендуется также при возможности устанавливать радиатор процессора так, чтобы воздушный поток охлаждал радиатор стабилизатора напряжения питания.
Разгон процессора и как он делается Это повышение тактовой частоты (overclocking) процессора по отношению к номиналу. Обычно большинство процессоров довольно устойчиво работает на следующей ступени частоты (25 -> 33, 40 -> 50, 120 -> 133), а некоторые допускают повышение частоты на две ступени и более. Подъем рабочей частоты процессора достигается увеличением внутреннего коэффициента умножения частоты, увеличением внешней тактовой частоты, или тем и другим вместе. При увеличении внешней частоты повышается также скорость обмена с локальными устройствами системной платы. 418
Вопросы и ответы При увеличении рабочей частоты может потребоваться регулировка параметров работы с кэшем/памятью/шинами для новой частоты. Процессорам с питанием ниже пяти вольт может потребоваться небольшое увеличение напряжения питания (3.3 -> 3.45..4, 2.8 -> 2.9), но это повышает риск выхода процессора из строя. При работе на повышенной частоте очень желательно усилить охлаждение процессора. Заранее узнать, будет ли процессор работать на повышенной частоте, в общем случае невозможно: это возможно сказать только о конкретном экземпляре и гораздо реже — о конкретной партии или серии. Например, известная серия 25253 процессоров AMD DX2/DX4 (это число написано в левом нижнем углу): DX2-66 и DX2-8Q часто неплохо работают на 100 и даже 120 МГц. Это объясняется технологией производства процессоров вначале изготавливается кристалл, затем тестируется на различных частотах и маркируется по результатам тестирования. Но даже из двух подряд процессоров DX2-66 этой серии один может заработать на 120 МГц, а другой — только на 80. Кроме этого, каждый конкретный экземпляр процессора имеет предельную внешнюю и предельную внутреннюю частоту. Например, ряд экземпляров Р5-150, устойчиво работая при внешней частоте 50 или 60 МГц и внутренней — до 180 МГц, неспособны работать при внешней частоте 66 МГц и выше — даже при умножении на 1.5 или 2.
Опасен ли разгон процессора для него самого или для платы На этот счет нет единого мнения. С одной стороны, при повышении тактовой частоты возрастает общая температура кристалла, и выше опасность локальных перегревов участков кристалла, от которой невозможно зашититься даже хорошим теплоотводом; с другой — разгон принял массовый характер, но не сопровождался массовым выгоранием процессоров, Возможно, разгон сокращает ресурс процессора, но моральное старение процессоров идет более высокими темпами, поэтому такой мизерный риск возможно считать оправданным. Для системной платы разгон процессора обычно неопасен, если для этого используется документированный способ задания тактовой частоты. Однако, если процессор питается от стабилизатора, который не имеет запаса по мощности или по температуре (особенно это относится к стабилизаторам без радиатора), то стабилизатор также может выйти из строя. Разумеется, все вышесказанное относится только к случаю, когда все действия по разгону выполнены технически грамотно. Слепое переключение частот и напряжений, основанное только на знании номеров перемычек, с высокой вероятностью может привести к выходу из строя какой-либо из компонент системы. С превышением рабочих параметров процессора и платы возрастает также риск появления ошибок в передаче данных по системным шинам. Даже не приводя к физической порче компонент, такие ошибки могут вызывать нестабильную работу компьютера, особенно на сложных ОС — OS/2, Windows NT, *NIX, что чревато разрушением целостности данных в памяти и на дисках, искажением информации, передаваемой по сети.
419
Вопросы и ответы
Что такое «перепиленный» или «перемаркированный» процессор Процессор, с которого при помощи шлифовки удалена первичная маркировка, а затем нанесена другая. Это делается в подпольных лабораториях (по имеющимся данным — в Китае) с целью подделки. Например, из процессора AMD DX2-66 серии 25253 таким образом делался DX4-100 (и из-за этого фирма AMD в начале 95 года прекратила выпуск процессоров серий DX2/DX4 с переключаемой кратностью умножителя частоты). Впоследствии подделываться стали и процессоры Pentium: Ю0->120, 150-М66.
Как отличить настоящий процессор от перемаркированного Однозначного способа, к сожалению, нет. Есть только ряд косвенных признаков, по которым возможно судить о вероятности подделки: •
процессор не работает стабильно на частоте, следующей за номинальной (однако это бывает и с настоящими процессорами);
•
процессор работает только в холодном состоянии, а при температуре корпуса 70-80 градусов начинает сбоить (такое может быть и с настоящим, к примеру, на некачественной системной плате);
•
символы маркировки не выгравированы, а нанесены поверх корпуса, либо глубина гравировки очень мала (это не относится к процессорам Texas Instruments, которые не гравируются вообще);
•
символы маркировки при тщательном рассмотрении выглядят «кустарно»;
•
маркировка частоты на нижней крышке (если она есть) не совпадает с частотой на корпусе;
•
идентификационные данные, выдаваемые процессором по команде CPLJID, не подходят к данному типу или серии процессора.
Может ли работающий процессор оставаться практически холодным Может, если большую часть времени находится в остановленном состоянии, выполняя команду HLT. Во время холостого цикла, когда нет готовых крещению задач, системы OS/2, Linux, Windows NT останавливают процессор при помощи команды HLT, a Solaris и большинство других систем выполняют пустой цикл. В случае, если загрузка процессора задачами невелика, то таких пауз вполне хватает для поддержания его в практически холодном состоянии. Под DOS и Windows 9x/2000 такого же результата возможно добиться при помощи программы Cpuldle, подменяющей часть холостого процесса Windows и процедуры ожидания ввода DOS.
420
Вопросы и ответы
Проверка надежности работы процессора Проверка может быть произведена любыми программами, обеспечивающими близкую к предельной загрузку процессора и использующими максимум из его возможностей. Лучше всего запустить специальную тестовую программу (к примеру, NT Stress Test), сложную программную систему (издательство, дизайн, обработка изображений), либо современную ресурсоемкую игру в режиме демонстрации, посмотреть МРЕО'и под Windows, OS/2. Под OS/2 удобно использовать стандартные игры Chess или Solitaire в режиме демонстрации, запустив несколько копий для полной загрузки. Проверять лучше всего в теплом помещении при закрытом корпусе компьютера в течение нескольких часов, иначе процессор будет работать в «щадящем» режиме и возможные сбои могут не проявиться. Хорошие результаты, несмотря на возраст, дает игра Heretic в окне Windows или OS/2 (демонстрационный режим без звука), за пятнадцать-двадцать минут обнаруживая многие «тонкие» ошибки в подсистемах кэша и памяти, не выявляемые большинством тестов и «больших» программ. Критерием ошибки служит аварийное завершение игры. Периодической порчей палитры при работе в окне, возникающей на современных быстрых процессорах, возможно пренебречь. В случае, если в процессе тестирования возникают сбои, это не говорит однозначно о дефектах процессора — это могут быть дефекты платы, памяти, периферии, так что вывод стоит делать «методом последовательного тыка».
Влияние VLB-карт на стабильность и разгоняемость процессора Влияние происходит непосредственно. VLB-шина представляет собой набор линий прямо с выводов процессора и существенно добавляет нагрузку на его выходные каскады. В каком-то смысле VLB — «нечестная» шина, поскольку она использует ресурс процессора, изначально для этого не предназначенный. Поэтому добавление VLB-карт или подъем тактовой частоты при их наличии приводит к увеличению нагрузки на процессор, искажению формы сигналов, усилению нагрева процессора — все это способствует сбоям. При установке в систему новой VLB-карты рекомендуется тщательно проверить стабильность работы системы, причем вначале желательно использовать только режим чтения с HDD, без записи и создания/удаления файлов искажение формы сигналов на выводах процессора может привести к ошибкам передачи по шине и разрушению файлов при записи на HDD; для проверки верности передачи по шине неплохо подходит тестирование больших архивов.
Типы корпусов микросхем PQFP, SQFP, PGA, SPGA PQFP (Plastic Quad Flat Package — плоский прямоугольный пластмассог!ый корпус с выводами по четырем сторонам) — корпус для установки методом поверхностного монтажа. Выводы сделаны по каждой из сторон в плоскости корпуса, при монтаже соответствующим образом изгибаются. В этих корпусах выпускалось большинство процессоров 386, часть U5S, а также варианты процессоров для NoteBook. SQFP (Shrink Quad Flat Package — корпус с выводами по четырем сторонам, загнутыми внутрь) — для установки методом поверхностного монтажа или вставки в разъем. За счет того, что выводы загнуты под корпус, уменьшается площадь, 421
Вопросы и ответы занимаемая корпусом на плате, а также увеличивается жесткость выводов, поскольку их концы упираются в специально сделанные выемки на нижней поверхности корпуса. PGA (Pin Grid Array — «решетчатая» структура выводов) — керамический корпус с вертикальными выводами, расположенными по нижней поверхности корпуса в несколько рядов. Устанавливается преимущественно в разъем. В таких корпусах выпускалась часть процессоров 386DX и подавляющее большинство процессоров 486. SPGA (Scattered PGA— модификация с «разбросанными» выводами) вариант PGA, когда выводы расположены в шахматном порядке. В этих корпусах выпускаются процессоры Р5. PPGA (Plastic PGA — пластмассовый) — вариант PGA с металлическим корпусом для кристалла и пластмассовым обрамлением, в которое запрессованы выводы. В таких корпусах выпускаются процессоры Р5-200 и новые P5-166/18Q. Выводы корпусов типа QFP нумеруются против часовой стрелки, если смотреть на корпус со стороны маркировки. Первый вывод обозначается срезом угла корпуса или точкой (во втором случае первый вывод может не быть первым в ряду). Выводы корпусов PGA/SPGA нумеруются по двумерной координатной сетке, начало которой которой обозначено срезом угла корпуса и точкой на нем, В буквенном ряду буквы I и О пропускаются. Обозначение выводов корпусов и разъемов — независимое: к примеру, если корпус со 168 выводами устанавливается в разъем с 237 контактами (четыре внешних ряда контактов не используются), то выводу А-1 корпуса будет соответствовать контакт В-2 разъема, и так далее.
Что такое ММХ MultiMedia extension — дополнительные возможности, ориентированные на обработку цифрового изображения и звука, анонсированные Intel в процессорах Р55С. Включают в себя 57 новых команд, предназначенных для обработки звуковых и видеосигналов; команды могут использоваться в режиме S1MD (Single Instruction, Many Data — одна команда, много данных), когда одной командой одновременно обрабатывается несколько элементов данных. Процессоры с ММХ имеют также удвоенный (32 Кб) объем внутреннего (И) кэша. Расширения ММХ реализованы в виде дополнительного режима, в который процессор может переключаться из обычного режима работы. В режиме ММХ набор регистров сопроцессора (FPU) используется для хранения данных ММХ-команд — это гарантирует совместимость с существующими операционными системами, которые не поддерживают ММХ напрямую. Однако такое совмещение может снизить эффективность работы в случае попеременного использования обычных вычислений с плавающей точкой и работы в режиме ММХ. Использование ММХ позволит перенести основную нагрузку по обработке изображения и звука на центральный процессор, оставив видео- и звуковым адаптерам только преобразование аналог-цифра. Иначе говоря, с ростом мощности центральных процессоров становится выгоднее выполнять на них ту работу, которая несколько лет назад была отдана периферийным видео- и звуковым процессорам по причине недостаточной мощности центрального; сейчас опять происходит возврат к централизованной обработке. 422
Вопросы и ответы
Расшифровка обозначения на различных процессорах AMD:
AmS0486DX4-IOOSV8B N — стандартный 486 S — расширенный (enhanced) 486 V — напряжение питания 3.45 В, иначе — 5 В 8 — объем внутреннего кэша, Кб В — внутренний кэш с обратной (write back) записью Т — внутренний кэш со сквозной (write through) записью AMD X5 - 133 - ADZ (совместим с 486) AMD SSA/5 — 75 — ABR (совместим с Pentium) AMD K5 — 100 — ABQ (совместим с Pentium) А — корпус PGA/SPGA S — корпус SQFP В — напряжение питания 3.45-3.60 В С - 3.30-3.465 D - 3.45
F-3.3
Н-2.76-3.0/3.135-3.465 J-2.57-2.84/3.135-3.465 К-2.38-2.63/3.135-3.465 через «/» указаны напряжения питания ядра и интерфейсной части процессора — для тех процессоров, которые это поддерживают. W — рабочая температура корпуса 55 С 0-60 Х-65
R-70 Y-75 Z-85
INTEL: P4S - 486DX S-Series P4D - 486DX Write Back S-Series P23S - 486SX S-Series
423
Вопросы и ответы P23D - 486SX Write Back S-Series P24S - 486DX2 S-Series P24D - 486DX2 Write Back S-Series P24C - 486Dx4 S-Series P24T — Pentuim OverDrive, 5 V P24CT - Pentuim OverDrive. 3.3 V P54C - Pentium, 3.3 V P54M — 2xPentuim, OverDrive P55C - Pentuim MMX. 2.8/3.3 V Вторая строка обозначения процессоров 486: наличие знака «&» обозначает SL-Enhanced процессор, E5V или E3V — напряжение питания (5 или 3.3 В). Суффикс «W» — наличие внутреннего кэша с обратной записью, UMC:
U5 S D L V - SUPER33 U5 — семейство процессоров S — совместимость с 486SX D — разводка PGA, совместимая с 486DX F — разводка LQFP LV — напряжение питания 3.3 В Все процессоры U5S имеют режим SMM и соответствующие выводы. CYRIX: Cx486DX2-V80G P Сх — Cyrix 486DX — тип процессора 2 — признак внутреннего удвоения V — питание от 3.3 В, пусто — от 5 В 80 — внутренняя рабочая частота G — корпус PGA, Q —- корпус PQFP Р — обычный коммерческий диапазон температур
Основные отличия в цоколевках различных 486 Вывод В-13 в AMD DX2 и DX4-100 отвечает за множитель внутренней частоты: высокий уровень — утроение, низкий — удвоение. В процессорах Intel P24D, DX4 &W, AMD DX4 SV8B и 5x86 он отвечает за алгоритм работы внутреннего кэша: высокий уровень — обратная запись (WB), низкий сквозная запись (WT). При установке процессоров с WB-кэшем в режим сов424
Вопросы и ответы местимости с предыдущими моделями на этот вывод должен быть подан низкий уровень. Вывод R-17 в Intel P24D и DX4 управляет умножением частоты: высокий уровень — утроение, низкий — удвоение; для AMD 5x86 высокий уровень утроение, низкий — учетверение. Вывод S-4 у процессоров Intel/AMD выпуска 1994 года и более поздних указывает напряжение питания процессора: у пятивольтовых процессоров он не подключен, аутрехвольтовых — соединен с землей. Стабилизатор питания может использовать этот вывод для автоматической настройки на нужное напряжение.
Что такое «Processor In Box» Это поставка в виде упакованного в коробку набора из процессора, приклеенного к нему радиатора с вентилятором, руководства по установке и приложений (к примеру, наклеек «Intel Inside»). Вентиляторы гораздо надежнее обычных, однако могут иметь более высокий уровень высокочастотного шума.
Что такое «система двойного питания» Это система питания (Dual Power Plane) процессоров Pentuim, позволившая снизить основное питающее напряжение ниже 3.3 В. Для процессоров с одним питаюшим напряжением это невозможно по причине выхода логических уровней за допустимые пределы. Процессоры с двойным питанием получают два питающих напряжения: стандартное 3,3 В — для питания выходных буферов (I/O), и пониженное 2.2..2.8 В —для питания основного ядра (core). Между ядром и буферами включены схемы преобразования уровней. Благодаря тому, что ядро потребляет подавляющую часть мощности, рассеиваемой процессором, такая система питания существенно снижает потребляемую мощность и степень нагрева процессора. Двойную систему питания имеют процессоры Intel MMX, Cyrix M2, AMD Кб и Cyrix/IBM 6x86L.
Обозначение -Рххх в процессорах AMD/Cyrix Так называемый P-rating — примерное соответствие производительности процессора на приложениях общего характера (распространенные ОС, типовые офисные программы, игры средней сложности) процессору Intel Pentium с указанной тактовой частотой. Для вычисления соотношения используется программа Winstone, выполняющая наиболее типичные для указанных классов приложений наборы операций. Например, AMD 5x86-133 примерно соответствует Pentium-75 и имеет обозначение -Р75.
Информация в Интернет по процессорам Вот адреса серверов производителей процессоров в Internet: AMD — amd.com Cyrix — cyrix.com IBM — chips.ibm.com
425
Вопросы и ответы 1DT — winchip.com Intel — intel.com SGS-Thomson — st.com Texas Instruments — ti.com UMC — umc.com.tw www.chipanalyst.com www.x86.org www.sandpile.org www.faqs.org — большое собрание различных FAQ www.whatis.com — словарь терминов Обширная информация по компьютерной аппаратуре на русском языке есть на www.ixbt.ru.
Видеосистема Устройство типовой видеокарты Видеокарта состоит из четырех основных устройств: памяти, контроллера, ЦАП и ПЗУ. Видеопамять служит для хранения изображения. От ее объема зависит максимально возможное полное разрешение видеокарты — А х В х С, где А — количество точек по горизонтали, В — по вертикали, и С — количество возможных цветов каждой точки. Например, для разрешения 640 х 480 х 16 достаточно 256 Кб, для 800 х 600 х 256 - 512 Кб, для 1024 х 768 х 65536 (другое обозначение - 1024 х 768 х 64k) — 2 Мб. Поскольку для хранения цветов отводится целое число разрядов, количество цветов всегда является степенью двойки (16 цветов — 4 разряда, 256 — 8 разрядов, 64k — 16). Видеоконтроллер отвечает за вывод изображения из видеопамяти, регенерацию ее содержимого, формирование сигналов развертки для монитора и обработку запросов центрального процессора. Для ускорения вывода изображения на экран монитора и снижения частоты конфликтов при обращении к памяти со стороны видеоконтроллера и центрального процессора первый имеет отдельный буфер, который в свободное от обращений ЦП время заполняется данными из видеопамяти: внутренняя шина данных контроллера обычно шире внешней (32, 64 или 128 разрядов против 16 или 32). В случае, если конфликта избежать не удается — видеоконтроллеру приходится задерживать обращение ЦП к видеопамяти, что снижает производительность системы; для исключения подобных конфликтов в ряде карт применяется так называемая двухпортовая память ( V R A M , WRAM), допускающая одновременные обращения со стороны двух устройств. Многие современные видеоконтроллеры является потоковыми — их работа основана на создании и смешивании воедино нескольких потоков графической
426
Вопросы и ответы информации. Обычно это основное изображение, на которое накладывается изображение аппаратного курсора мыши и отдельное изображение в прямоугольном окне, поступающее, к примеру, от TV-приемника ил и декодера MPEG. Видеоконтроллере потоковой обработкой, а также с аппаратной поддержкой некоторых типовых функций называется акселератором или ускорителем, и служит для разгрузки ЦП от рутинных операций по формированию изображения. ЦАП (цифроаналоговый преобразователь, DAC) служит для преобразования результирующего потока данных, формируемого видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, подаваемые на монитор. Все современные мониторы используют аналоговый видеосигнал, поэтому возможный диапазон цветности изображения определяется только параметрами ЦАП. Большинство ЦАП имеют разрядность 8x3 — три канала основных цветов (красный, синий, зеленый, RGB) по 256 уровней яркости на каждый цвет, что в сумме дает 16.7 млн. цветов. Обычно ЦАП совмещен на одном кристалле с видеоконтроллером, однако это делается в основном для недорогих ЦАП, поскольку близкое соседство с интенсивно работающими схемами отрицательно влияет на стабильность работы ЦАП. Видео-ПЗУ (Video ROM) — постоянное запоминающее устройство, в которое записаны видео-BIOS, экранные шрифты, служебные таблицы. ПЗУ не используется видеоконтроллером напрямую — к нему обращается только центральный процессор, и в результате выполнения им программ из ПЗУ происходят обращения к видеоконтроллеру и видеопамяти. На многих современных картах устанавливаются электрически перепрограммируемые ПЗУ (EE.PROM, Flash ROM), допускающие перезапись пользователем под управлением специальной программы из комплекта карты. ПЗУ необходимо только для первоначального запуска адаптера и работы в режиме MS DOS, Novell Netware и других ОС, работающих преимущественно в текстовом режиме; операционные системы Windows, OS/2 и им подобные, работающие через собственные видеодрайверы, не используют ПЗУ для управления адаптером, либо используют его только при выполнении программ для MS-DOS. На карте обычно размещаются один или несколько разъемов для внутреннего соединения; один из них носит название Feature Connector и служит для предоставления внешним устройствам доступа к видеопамяти и изображению. К этому разъему может подключаться телеприемник, аппаратный декодер MPEG, устройство ввода изображения. На некоторых картах предусмотрены отдельные разъемы для подобных устройств.
Что такое ускоритель и зачем он нужен Ускоритель (accelerator) — набор аппаратных возможностей адаптера, предназначенный для перекладывания части типовых операций по работе с изображением на встроенный процессор адаптера. Различаются ускорители графики (graphics accelerator) с поддержкой изображения отрезков, простых фигур, заливки цветом, вывода курсора мыши и ускорители анимации (video accelerators) — с поддержкой масштабирования элементов изображения и преобразования цветового пространства. Популярны также ускорители трехмерной графики с поддержкой многослойного изображения, теней.
427
Вопросы и ответы
VESA и VBE VESA (Video Electronics Standards Association — ассоциация стандартизации видеоэлектроники) — организация, выпускающая различные стандарты в области электронных видеосистем и их программного обеспечения. VBE (VESA BIOS Extension — расширение BIOS в стандарте VESA) дополнительные функции видео-BIOS по отношению к стандартному видео-BIOS для VGA, позволяющие запрашивать у адаптера список поддерживаемых нидеорежимов и их параметров (разрешение, цветность, способы адресации, развертка) и изменять эти параметры для согласования адаптера с конкретным монитором. По сути, VBE является унифицированным стандартом программного интерфейса с VESA-совместимыми картами — при работе через видео-BIOS он позволяет обойтись без специализированного драйвера карты.
JPEG, MPEG и MJPEG JPEG (Joint Picture Experts Group) — объединенная группа экспертов по изображениям, выпускающая стандарты сжатия неподвижных изображений. Предложенный группой формат JPEG, основанный на кодировании плавных цветовых переходов, позволяет в несколько раз уменьшить объем данных при незначительной потере качества. Файлы с изображениями в формате JPEG имеют расширение JPG. MPEG (Motion Pictures Experts Group) — группа экспертов по движущимся изображениям, выпускающая стандарты сжатия движущегося изображения. Серия предложенных ею форматов MPEG, основанная на сжатии избыточной информации., удалении незначительных деталей и представлении каждого следующего кадра в виде списка отличий от предыдущего, позволяет в несколько десятков (до 50) раз уменьшить объем данных — опять же, при незначительной потере качества. Кадры в формате MPEG имеют размер 360x240 точек по 24 разряда цвета на точку, и воспроизводятся со скоростью 25 кадров в секунду. Файлы с роликами в формате MPEG имеют расширение MPG. MJPEG (Motion JPEG) — стандарт формата для сжатия изображений в реальном времени, используемый в системах Miro Video DC20, DC30 и Matrox Rainbow Runner. В этом формате кодируются отдельные кадры, а не изменения между ними, как в MPEG. Для воспроизведения фильмов в форматах MPEG необходимо декодировать либо весь фильм заранее, либо по ходу вывода кадров, в реальном времени. Чаше всего используется второй способ, требующий довольно значительных процессорных ресурсов. Для ускорения декодирования на медленных процессорах были разработаны аппаратные декодеры MPEG, выполненные либо в виде дочерних плат, либо встроенные в основной видеоадаптер. Однако быстрые процессоры (Pentium-133 и выше, а особен но — Pentium MMX) выполняют декодирование быстрее многих обычных аппаратн ых декодеров, поэтому программное декодирование может оказаться выгоднее аппаратного, а при использовании нестандартной частоты кадров — обеспечить более высокую скорость вывода изображения. Ускорители анимации видеоадаптеров эффективно используются для вывода фильмов в форматах MPEG, снимая с процессора нагрузку по масштабированию изображения и приведению его цветности к текущему цветовому режиму экрана. Видеоадаптеры с такими ускорителями часто называют «Software MPEG» — «про428
Вопросы и ответы граммный MPEG», подразумевая программное декодирование с аппаратным выводом.
Типы видеопамяти, использующиеся в видеоадаптерах FPM DRAM (Fast Page Mode Dynamic RAM — динамическое ОЗУ с быстрым страничным доступом) — основной тип видеопамяти, идентичный используемой в системных платах. Использует асинхронный доступ, при котором управляющие сигналы жестко не привязаны к тактовой частоте системы. Активно применялся примерно до 1996 г. Наиболее распространенные микросхемы FPM DRAM — 4-разрядные DIP и SOJ, атакже — 16-разрядные SOJ. VRAM (Video RAM — видео-ОЗУ) — так называемая двухпортовая DRAM с поддержкой одновременного доступа со стороны видеопроцессора и центрального процессора компьютера. Позволяет совмещать во времени вывод изображения на экран и его обработку в видеопамяти, что сокращает задержки и увеличивает скорость работы. EDO DRAM (Extended Data Out DRAM — динамическое ОЗУ с расширенным временем удержания данных на выходе) — тип памяти с элементами конвейеризации, позволяющий несколько ускорить обмен блоками данных с видеопамятью. SGRAM (Synchronous Graphics RAM — синхронное графическое ОЗУ) вариант DRAM с синхронным доступом, когда все управляющие сигналы изменяются только одновременно с системным тактовым синхросигналом, что позволяет уменьшить временные задержки за счет «выравнивания» сигналов. WRAM (Window RAM — оконное ОЗУ) — EDO VRAM, в котором порт (окно), через который обращается видеоконтроллер, сделан меньшим, чем порт для центрального процессора. MDRAM (Multibank DRAM — многобанковое ОЗУ) — вариант DRAM, организованный в виде множества независимых банков объемом по 32 Кб каждый, работающих в конвейерном режиме. Увеличение скорости обращения видеопроцессора к видеопамяти, помимо повышения пропускной способности адаптера, позволяет поднять максимальную частоту регенерации изображения, что снижает утомляемость глаз оператора.
Типы видеоадаптеров, использующиеся в IBM PC М DA (Monochrome Display Adapter— монохромный адаптер дисплея) простейший видеоадаптер, применявшийся в IBM PC. Работает в текстовом режиме с разрешением 80x25 (720x350, матрица символа — 9x14), поддерживает пять атрибутов текста; обычный, я р к и й , инверсный, подчеркнутый и мигающий. Частота строчной развертки — 15 кГц. Интерфейс с монитором — цифровой: сигналы синхронизации, основной видеосигнал, дополнительный сигнал яркости. HGC (Hercules Graphics Card — графическая карта Hercules) — расширение MDA с графическим режимом 720x348, разработанное фирмой Hercules. CGA (Color Graphics Adapter — цветной графический адаптер) — первый адаптер с графическими возможностями. Работает либо в текстовом режиме с разрешениями 40x25 и 80x25 (матрица символа — 8x8). либо в графическом с разре429
Вопросы и ответы шениями 320x200 или 640x200. В текстовых режимах доступно 256 атрибутов символа — 16 цветов символа и 16 цветов фона (либо 8 цветов фона и атрибут мигания), в графических режимах доступно четыре палитры по четыре цвета каждая в режиме 320x200, режим 640x200 — монохромный. Вывод информации на экран требовал синхронизации с разверткой, в противном случае возникали конфликты по видеопамяти, проявляющиеся в виде «снега» на экране. Частота строчной развертки 15 кГц. Интерфейсе монитором — цифровой: сигналы синхронизации,основной видеосигнал (три канала — красный, зеленый, синий), дополнительный сигнал яркости. EGA (Enhanced Graphics Adapter — улучшенный графический адаптер) дальнейшее развитие CGA, примененное в первых PC AT. Добавлено разрешение 640x350, что в текстовых режимах даст формат 80x25 при матрице символа 8x14 и 80x43 — при матрице 8x8. Количество одновременно отображаемых цветов — по прежнему 16, однако палитра расширена до 64 цветов (по два разряда яркости на каждый цвет). Введен промежуточный буфер для передаваемого на монитор потока данных, благодаря чему отпала необходимость в синхронизации при выводе в текстовых режимах. Структура видеопамяти сделана на основе так называемых битовых плоскостей — «слоев», каждый из которых в графическом режиме содержит биты только своего цвета, а в текстовых режимах по плоскостям разделяются собственно текст и данные знакогенератора. Совместим с MDA и CGA. Частоты строчной развертки 15 и 18 кГц. Интерфейс с монитором — цифровой: сигналы синхронизации, видеосигнал (по две линии на каждый из основных цветов). MCGA (Multicolor Graphics Adapter — многоцветный графический адаптер) - введен фирмой IBM в ранних моделях PS/2. Добавлено разрешение 640x400 (текст), что дает формат 80x25 при матрице символа 8x16 и 80x50 — при матрице 8x8. Количество воспроизводимых цветов увеличено до 262144 (по 64 уровня на каждый из основных цветов)- Помимо палитры, введено понятие таблицы цветов, через которую выполняется преобразование 64-цветного пространства цветов EGA в пространство цветов MCGA. Введен также видеорежим 320x200x256, в котором вместо битовых плоскостей используется представление экрана непрерывной областью памяти объемом 64000 байт, где каждый байт описывает цвет соответствующей ему точки экрана. Совместим с CGA по всем режимам и с EGA — по текстовым, за исключением размера матрицы символа. Частота строчной развертки — 31 кГц, для эмуляции режимов CGA используется так называемое двойное сканирование — дублирование каждой строки формата Nx200 в режиме Nx400. Интерфейс с монитором — аналогово-цифровой: цифровые сигналы синхронизации, аналоговые сигналы основных цветов, передаваемые монитору без дискретизации. Поддерживает подключение монохромного монитора и его автоматическое опознание — при этом в видео-BIOS включается режим суммирования цветов по так называемой шкале серого (grayscale) для получения полутонового чернобелого изображения. Суммирование выполняется только при выводе через BIOS при непосредственной записи в видеопамять на монитор попадает только сигнал зеленого цвета (если он не имеет встроенного цветосмесителя). VGA (Video Graphics Array — множество, или массив, визуальной графики) — расширение MCGA, совместимое с EGA, введен фирмой IBM в средних моделях PS/2. Фактический стандарт видеоадаптера с конца 80-х годов. Добавлен текстовый режим 720x400 для эмуляции MDA и графический режим 640x480 с доступом через битовые плоскости. В режиме 640x480 используется так называемая
430
Вопросы и ответы квадратная точка (соотношение количества точек по горизонтали и вертикали совпадает со стандартным соотношением сторон экрана — 4:3) Совместим с MDA, CGA и EGA, интерфейс с монитором идентичен MCGA. IBM 8514/а — специализированный адаптер для работы с высокими разрешениями (640x480x256 и 1024x768x256), с элементами графического ускорителя. Не поддерживает видеорежимы VGA. Интерфейс с монитором аналогичен VGA/ MCGA. IBM XGA — следующий специализированный адаптер IBM. Расширено цветовое пространство (режим 640x480x64k), добавлен текстовый режим 132x25 (1056x400). Интерфейс с монитором аналогичен VGA/MCGA. SVGA (Super VGA — «сверх»-VGA) — расширение VGA с добавлением более высоких разрешений и дополнительного сервиса. Видеорежимы добавляются из ряда 800x600, 1024x768, 1152x864, 1280x1024, 1600x1200 большинство с соотношением 4:3. Цветовое пространство расширено до 65536 (High Color) или 16.7 млн. (True Color). Также добавляются расширенные текстовые режимы формата 132x25, 132x43, 132x50. Из дополнительного сервиса добавлена поддержка VBE. Фактический стандарт видеоадаптера примерно с 1992 г., после выхода стандарта VBE 1.0. До выхода и реализации стандарта практически все SVGA-адаптеры были несовместимы между собой.
Можно ли использовать в компьютере две видеокарты Большинство видеокарт для шин ISA и VLB не может работать совместно в одном компьютере, за исключением комбинации MDA (или совместимой) с CGA/EGA/VGA (или совместимой). Это возможно только потому, что в MDA и совместимых с ним адаптерах используются адреса портов и памяти, не пересекающиеся с адресами цветных адаптеров. Соответственно, могут работать вместе даже две EGA- или VGA- совместимые карты, если одна из них при включении автоматически устанавливается в MDA-совместимый режим, «уходя» с адресов цветных режимов. Современные карты для шины PCI не имеют жестко заданных адресов ввода/вывода, поэтому при инициализации система автоматически разносит их по разным областям адресов. Это позволяет совмещать в компьютере две и более видеокарт при наличии поддержки со стороны ОС; при этом основной (размещаемой по стандартным адресам ввода/вывода) будет карта, расположенная в разъеме с наименьшим номером. Конфигурацию из двух видеоадаптеров поддерживают многие отладчики и другие управляющие программы. Более двух видеокарт поддерживает Windows 95 и выше. DDC и DPMS DDC (Display Data Channel — канал данных монитора — дополнительные линии интерфейса между адаптером и монитором, по которым монитор может сообщать адаптеру информацию о своем коде модели, поддерживаемых режимах, оптимальных параметрах изображения. Мониторы с DDC называют также РпР (Plug And Play — включи и играйся), поскольку всю работу по настройке такого монитора система может выполнить автоматически. 431
Вопросы и ответы DPMS (Display Power Management System — система управления питанием монитора) — система, при помощи которой монитор может переводиться в режимы энергосбережения или отключаться совсем. Различается четыре режима DMPS, управляемых сигналами синхронизации: Режим
H-Sync
V-Sync
Состояние
Normal
Есть
Есть
Standby
Нет
Есть
Кратковременная пауза
Suspend
Есть
Нет
Долговременная пауза
Off
Нет
Нет
Полное отключение
Нормальная работа
В режиме Standby происходит гашение экрана, в режиме Suspend снижение температуры накала катодов ЭЛТ. Ряд мониторов трактует режим Standby так же, как и Suspend. Выход синхросигналов за допустимые пределы большинство мониторов трактует как их пропадание, переходя в режим полного отключения питания.
Необходимость 26-контактного разъема на видеоадаптере Это так называемый Feature Connector — «разъем доступа к возможностям», через который внешние устройства могут работать с видеопамятью и информационным потоком карты. Обычно он используется для подключения устройств ввода (захвата) видеоизображения, телеприемников, блоков преобразования стандартов. Различается два типа разъемов — VGA и VESA.
Разница между 24-разрядным и 32-разрядным кодированием цвета Прежде всего — в том, что 24-разрядное представление неудобно с точки зрения обработки изображения: каждая точка описывается тремя байтами, что не является единицей данных с точки зрения процессора, а умножение/деление на три — менее эффективные операции, чем умножение/деление на степени двойки. Поэтому оно используется только при необходимости экономить видеопамять и существенно замедляет формирование и вывод изображения — со стороны как центрального, так и видеопроцессора. При наличии достаточного количества видеопамяти используется 32-разрядное представление, в котором младшие при байта описывают цвет точки, а старший байт либо управляет дополнительными параметрами (к примеру, информацией о взаимном перекрывании объектов или глубине в трехмерном изображении), либо не используется. DCI и DirectX DCI — Device Control Interface (интерфейс управления устройством) программный интерфейс с низкоуровневыми функциями видеоадаптера, введенный еще в Windows 3.1 и предназначенный главным образом для эффективной реализации вывода движущихся изображений с параллельным преобразованием цветов. В случае, если драйвер видеоадаптера, имеющего ускоритель анимации, не поддерживает DCI, то в играх и программах воспроизведения фильмов, ориентированных на DCI, будут использоваться обычные функции вывода изображений. и выигрыша от аппаратного ускорителя не будет.
432
Вопросы и ответы В Windows 95 DCI заменен семейством интерфейсов DirectX — DirectDraw, Direct3D, DirectVideo, DirectSound, DirectPlay, каждый из которых обеспечивает доступ к соответствующему аппаратному ускорителю. Поддержка DCI в Windows 95 не практикуется, и программы, ориентированные на него, не смогут использовать всю полноту возможностей аппаратуры при работе под Windows 95. Например, версии 1.x популярного проигрывателя анимации Xing ориентированы на Windows 3.I/DCI, а версии 2.x и 3.x — на Windows 95/DirectDraw.
Проблемы при запуске карты: карта запускается то в цветном, то в черно-белом режиме Чаще всего это происходит по причине конфликта сигналов на контакте 12 разъема VGA. Ранние адаптеры VGA и SVGA использовали этот контакт для опознания монохромного монитора, а современные адаптеры используют его в качестве входа данных, поступающих из монитора. В случае, если при запуске адаптера типа Trident 9000 или ему подобного, с подключенным к нему монитором стандарта DDC, на этом контакте окажется низкий уровень адаптер опознает монитор как монохромный, и включит режим суммирования цветов по «серой шкале». Для ликвидации этого эффекта достаточно отпаять провод от контакта 12 разъема монитора, либо перерезать дорожку, ведущую от этого же контакта адаптера к микросхеме видеоконтроллера. При налимий в комплекте утилит для установки режимов адаптера (к примеру, SMonitor для адаптеров Trident) возможно попробовать жестко задать режим работы карты, включив соответствующую команду в стартовый файл ОС.
Достаточно ли 16.7 млн. цветов для любого изображения Хотя такого количества различных цветов и достаточно для кодирования большинства изображений, используемая в настоящее время система кодирования имеет принципиальный недостаток — количество градаций каждого из основных цветов не может превышать 256. Например, если заполнить экран одним из основных цветов с плавно меняющейся яркостью, то нетрудно заметить границы между дискретными уровнями. Это не позволяет точно передавать изображения, содержащие большие области плавного изменения цветов. Однако при кодировании изображений, в которых подобных областей нет, используемая система дает вполне удовлетворительное качество передачи.
Увеличение скорости работы видеоадаптера В ряде случаев увеличение скорости работы возможно. Прежде всего, узким местом может быть системная шина между процессором и адаптером: чем выше ее частота тем выше скорость обмена информацией по шине. В случае, если есть возможность выбрать ту же внутреннюю частоту процессора при более высокой внешней (к примеру, 2x83 МГц вместо 2.5x66 МГц) — имеет смысл сделать это, убедившись в стабильной работе адаптера на повышенной частоте. Кроме этого, во многих адаптерах имеется значительный запас по внутренней тактовой частоте видеопроцессора и режимам работы видеопамяти. Для управления этими параметрами используется программа MCLK (для карт
433
Вопросы и ответы на микросхемах S3, Cirrus Logic, Trident и Tseng ET-4000/6000). Путем подъема тактовой частоты контроллера и подбора режимов памяти возможно ускорить работу на 20% и более. При этом нельзя забывать, что адаптер будет работать в более жестком временном и тепловом режимах, что может повлечь за собой сбои. Чрезмерное повышение тактовой частоты может привести к выходу из строя адаптера или монитора. Иногда заметное ускорение возможно получить, установив более свежие версии драйверов — в ранних версиях драйверов могут использоваться не все возможности адаптера, могут встречаться неоптимизированные участки кода.
Конфликт внутреннего модема на COM4 с картами на S3 Часть адресов, стандартных для порта COM4 (2E8-2EF) карты на микросхемах S3 используют для управления ускорителями. При работе под DOS это незаметно, а под многозадачными системами при переключении задач происходит перепрограммирование карты, отчего в порты модема попадают посторонние значения. В большинстве случаев единственное, что возможно сделать — убрать модем с COM4 или сменить видеокарту. В микросхемах Trio64V+ и выше использование портов с адресами 2Е8 для управления ускорителем необязательно, однако известные драйверы этих карт для Windows и OS/2 по-прежнему работают в режиме, совместимом в ранними микросхемами Trio32/64.
Оценка скорости работы видеосистемы Например, при помощи видеотеста GSpeed, который возможно найти во многих РТР-архивах в Internet.
TV-tuner Это блок телевизионного приемника и декодера видеосигнала, выполненный либо в виде самостоятельной карты, либо объединенный на одной плате с обычным адаптером SVGA. Цифровой видеосигнал, полученный с приемника, накладывается на основное изображение либо окном, либо с разворотом на полный экран. Ввиду того, что на небольшой плате трудно обеспечить качественную схему телеприемника и из-за значительного уровня помех внутри корпуса компьютера качество телевизионного изображения чаще всего достаточно низким. Благодаря наличию в TV-tuner системы преобразования аналогового сигнала в цифровой в некоторые модели встроены функции ввода (захвата) изображения со стандартного видеовхода, а также — вывода цифрового изображения на стандартный видеовход. Поскольку эти функции в TV-tuner реализованы как дополнительные — он не могут соперничать со специализированными платами ввода/вывода изображений.
Использование вместо монитора обычного телевизора Использование возможно, но только в том случае, если адаптер будет работать в стандартном телевизионном режиме, соответствующем режиму монитора CGA (частота строчной развертки — 15 кГц). Многие ранние адаптеры EGA и
434
Вопросы и ответы VGA имели специальный переключатель для установки типа монитора; на современных адаптерах для этого необходимо явно устанавливать режим эмуляции CGA. Существуют специальные резидентные программы для DOS, поддерживающие режим эмуляции, причем запуск адаптера всегда происходит в режиме VGA и получение стабильного изображения возможно только после успешного запуска резидентной программы — в случае сбоя при загрузке увидеть что-либо на экране будет невозможно. В случае, если возможность поддержания адаптера в режиме совместимости с CGA есть, то для подключения к нему телевизора необходимо либо наличие в последнем входа RGB (раздельные сигналы цветов и синхронизации), либо нахождение этих входов на платах видеоусилителя и блока разверток. Для формирования комплексного синхросигната, подаваемого на вход RGB, сигналы строчной и кадровой развертки с выхода адаптера складываются операцией «исключающее ИЛИ», результат инвертируется и подается на вход синхросигнала телевизора. Видеосигналы основных цветов подаются на вход RGB без изменения.
Способ регулировки параметров монитора — OSD On-Screen Display (дисплей на экране) — способ регулировки параметров монитора, при котором они отображаются на экране в удобочитаемом виде — к примеру, в виде шкалы, числовой величины или названия режима. Наличие OSD подразумевает цифровую систему управления, содержащую микропроцессор и синтезаторы управляющих напряжений, которая работает значительно точнее традиционной аналоговой. Кроме удобства регулировки, цифровая система управлении способна автоматически запоминать параметры изображения для каждого из режимов развертки, что позволяет исключить изменения геометрии и центровки изображения при смене режимов.
Откуда берется тонкая линия на экранах мониторов В кинескопах Trinitron, используемых в мониторах Sony, и некоторых других (Diamondtron от Mitsubishi, Sonictron от ViewSonic), для гашения колебаний апертурной решетки применяется тонкая проволока (damper wire), натянутая горизонтально поперек нитей решетки. В кинескопах до 17" используется одна гасящая проволока, размешенная и нижней трети экрана, в кинескопах 17"-21" две: в нижней и верхней третях экрана; в кинескопах размера более 21" — три/
Появление пятен на экране цветного монитора Это часто свидетельствует о намагничивании теневой маски или арматуры кинескопа, произошедшем в результате влияния внешних магнитных полей (постоянные магниты звуковых колонок, держателей скрепок, переменные магнитные поля трансформаторов, двигателей, других мониторов, находящихся в непосредственной близости). Перемагничивание может возникать даже после непродолжительной работы монитора в неестественном положении (экраном вниз или вверх, на боку или вверх ногами) — благодаря системе компенсации влияния магнитного поля Земли, которая в таких положениях может лишь усилить его. Намагниченность маски и арматуры вызывает нарушение сведения лучей и засветку люминофора «чужих» цветов, что проявляется в виде цветных пятен. Значительное намагничивание кинескопа вызывает геометрические искажения формы изображения, особенно в углах экрана.
435
Вопросы и ответы Для размагничивания кинескопа во всех мониторах предусмотрен специальный контур, по которому пропускается ток в момент включения питания. На многих мониторах есть также режим принудительного размагничивания (Degauss). При наличии режима размагничивания рекомендуется включить его одиндва раза; если пятна окончательно не пропали — то повторить с интернатом в 2530 минут. В случае, если такого режима нет— возможно несколько раз выключить и включить монитор, выдерживая паузу в несколько минут, В случае, если самостоятельно размагнитить кинескоп не удалось — необходимо специальное размагничивающее устройство (лучше всего сделать это в сервисном центре).
Правила и нормы безопасности при работе с монитором При работе монитор, как и любой телевизор, испускает ряд излучений: рентгеновское и бета-излучение, идущее из кинескопа, и переменное электромагнитное поле, идущее от катушек строчной и кадровой развертки, силовых трансформаторов и катушек коррекции. Бета-излучение обнаруживается лишь в нескольких сантиметрах от экрана, рентгеновское — в 20-30 см, электромагнитное поле катушек распространяется во все стороны, особенно вбок и назад (спереди оно в некоторой степени ослабляется теневой маской и арматурой кинескопа). По последним данным, именно электромагнитное излучение низкой частоты представляет наибольшую опасность для здоровья, поэтому санитарные нормы развитых стран устанавливают минимальное расстояние от экрана до оператора около 50-70 см (длина вытянутой руки), а ближайших рабочих мест от боковой и задней стенок монитора — не менее 1.5 м. Клавиатура и руки оператора также должны быть расположены на максимально возможном расстоянии от монитора. Один из наиболее жестких стандартов на допустимые уровни электромагнитных излучений — MPR II (Швеция), устанавливающий условно безопасные уровни их!учений на расстоянии 50 см от монитора; этому стандарту удовлетворяют практически все современные мониторы. Более жесткий стандарт ТСО'92 устанавливает условно безопасные уровни на расстоянии 30 см от монитора. Минимально допустимой в настоящее время частотой смены кадров (регенерации изображения, Vertical Refresh Rate) считается 75 Гц, однако многие люди даже на такой частоте ощущают мерцание изображения, либо подсознательное ощущение дискомфорта от повышенного утомления глаз. Порогом, за которым мерцание практически не ощущается, принято считать частоту смены кадров 100 Гц, которую обеспечивают многие профессиональные мониторы. Однако, даже если в таблице режимов монитора указана максимальная частота 75 Гц, многие мониторы на самом деле уверенно поддерживают частоты 80..85 Гц, а в ряде случаев — и больше; в таком случае возможно опытным путем найти частоту, на которой начинается срыв синхронизации, и установить в качестве рабочей одну из меньших частот. При этом нужно иметь в виду, что повышение частоты кадров повышает и частоту следования точек, что которая может выйти за пределы полосы пропускания видеоусилителя и снизить четкость изображения. Четкость возможно проверить по тестовым изображениям, на которых чередуются черные и белые вертикальные полосы с расстоянием в одну-две точки.
436
Вопросы и ответы
Проверка качества изображения на мониторе Это удобно делать при помощи Nokia Monitor Tester (NTest), включающего тесты яркости/контраста, четкости/полосы пропускания, сведения лучей, геометрических искажений, чистоты цвета.
Информация по видеокартам и драйверам для них Internet: 3dfx — 3dfx.com ASUSTek — asus.com.tw ATI Technologies — atitech.ca Canopus Corp. — canopuscorp.com Cirrus Logic — cirrus.com Diamond Multimedia — diamondmm.com FAST Electronic — 2fast4u.com Hercules — hercules.com Matrox — matrox.com Miro Computer Products — miro.com S3 Inc. — s3.com STB Systems — stb.com Trident Microsystems — tridentmicro.com Tseng — tseng.com VESA — vesa.org РТР-архивы: ftp.cdrom.com/,27/sac/graph ftp. vse.cz/pub/. ccd Ос/ftp, elf. stuba.sk/pc/graph cert.unisa.it/pub/PC/SAC/graph ftp.uakom. sk/p ub/m i rrors/sac/grap h ftp.cs.tu-berlm.de/pub/msdos/mirrors/ftp.elf.stuba.sk/pc/graph ftp. e 1 f. stuba.sk/pub/pc/grap h ftp.pwr.wroc.pl/pub/pc/sac/graph http://www.faqs.org — большое собрание различных FAQ.
437
Вопросы и ответы
Мультимедиа Создание и обработка звука Создание (синтез) звука в основном преследует две цели: имитация различных естественных звуков (шум ветра и дождя, звук шагов, пение птиц), а также акустических музыкальных инструментов (имитационный синтез), и получение принципиально новых звуков, не встречающихся в природе (чистый синтез). Обработка звука обычно направлена на получение новых звуков из уже существующих (к примеру, «голос робота»), либо придание им дополнительных качеств или устранение существующих (к примеру, добавление эффекта хора, удаление шума или щелчков). Каждый из методов синтеза и обработки имеет свою математическую и алгоритмическую модель, что позволяет любой из них реализовать на компьютере; однако, многие методы, будучи реализованы точно, требуют слишком большого объема вычислений, отчего их обычно реализуют с какой-либо степенью допущения.
Основные свойства звука Чаше всего в звуке рассматривается амплитуда и спектральный состав звукового колебания, а также их изменение во времени. Амплитуда (amplitude) определяет максимальную интенсивность колебаний — громкость (volume) или силу звука. На осциллограмме амплитуда представляется размахом сигнала — наибольшим и наименьшим относительно среднего значения уровнями. Спектральный состав определяет окраску или тембр звука (timbre). Любое периодическое колебание может быть представлено рядом Фурье — суммой конечного числа синусоидальных колебаний (чистых тонов). Спектр звука представляет собой график интенсивностей (амплитуд) этих частотных составляющих, обозначаемых обычно в виде вертикальных линий соответствующей высоты. Спектр чистого тона имеет только одну линию, соответствующую его частоте; спектр любого другого колебания имеет более одной линии. В случае, если на спектре звука имеется достаточно острый пик, то такой звук воспринимается на слух как тон соответствующей высоты, а остальные составляющие определяют его окраску; в противном случае звук воспринимается как одновременное звучание нескольких тонов или шум. Частотные составляющие, кратные основной частоте тона, называются гармониками (harmonics) или обертонами; гармоники нумеруются, начиная с самого основного тона (первая гармоника), а обертоны — с первой кратной составляющей (первый обертон — вторая гармоника). Из-за особенностей слухового восприятия высота звука определяется больше по его спектральному составу, нежели по самому основному тону. Например, субъективная высота большинства спектрально богатых низкочастотных звуков практически не меняется даже при полном удалении из них основного тона, который в слуховом аппарате восстанавливается по разностным частотам первых обертонов. Изменение амплитуды во времени называется амплитудной огибающей (envelope) звука — на амплитудном графике она как бы огибает график колебания, а график получается как бы вписанным в огибающую.
438
Вопросы и ответы Кроме периодических колебаний — тонов — рассматриваются также непериодические колебания — шумы. Для шума характерно более или ML'Hee равномерное распределение интенсивности по спектру, без явно выраженных пиков или спадов. В основном различается два вида шума: белый и розовый. Белый шум имеет равномерную спектральную плотность и в чистом виде в природных звуках не встречается, однако часто встречается в электронных приборах; плотность розового шума спадает с ростом частоты (I/f) — это характеристика шума дождя, прибоя, ветра и прочих неярко выраженных природных шумов. Иногда рассматривается также коричневый шум с плотностью 1/f, быстро спадающей с ростом частоты характеристика, близкая к звукам ударного происхождения (гром, обвал).
Определение децибела Децибел — это относительная логарифмическая единица измерения величин, связанных с интенсивностью звука (мощности, амплитуды, напряжения или тока сигнала, усиления/ ослабления). Чувствительность слуха носит логарифмический характер — нарастание интенсивности в виде степенной функции воспринимается на слух как линейное увеличение громкости, поэтому в ряде случаев удобнее пользоваться логарифмическими, а не линейными единицами. Десятичный логарифм отношения некоторой величины к ее эталонному значению — lg (Х/Хэ) — называется белом <Б), а его десятая часть — lg (Х/Хэ)/Ю — децибелом (дБ). Измерение в децибелах удобно еще и тем, что человеческое ухо различает относительное изменение интенсивности примерно на 1 дБ. При измерениях абсолютной интенсивности звука (Вт/кв.м.) за эталонное значение принимается уровень порога слышимости для синусоидатьного сигнала с частотой 1 кГц — 10 в степени -12 (10Е-12) Вт/кв.м. При этом порог слышимости определяется интенсивностью 0 дБ, а интенсивность, при которой начинаются болевые ощущения (болевой порог)—около 140 дБ. Интенсивность тихого шепота — около 35 дБ, громкого голоса — около 95 дБ, forte fortissimo (ffT) оркестра — около 100 дБ, оркестрового тутти (звучания всех инструментов) — около 120 дБ. При измерениях величин, с которыми интенсивность связана квадратичной зависимостью — напряжения, тока и звукового давления — в выражении для децибела множитель 10 меняется на 20 (двойка выносится из логарифма отношения квадратов). При измерениях относительных величин за эталонный уровень принимается какое-л ибо значение величины. Например, при оценке усиления за него принимается единичное усиление (пропускание сигнала без изменения), равно 0 дБ. При этом 60 дБ соответствует усилению в 1000 раз (60 = 20 lg 1000), а -20 дБ — ослаблению в 10 раз. Для описания характеристик усилителей и фильтров применяется также единица «децибел на октаву» (дБ/окт), показывающая изменение усиления при изменении частоты в два раза.
Параметры, характеризующие звуковой тракт Звуковым трактом называют любое устройство, осуществляющее передачу и/или преобразование звука. Звуковой тракт характеризуется следующими параметрами: 439
Вопросы и ответы номинальный входной и выходной уровень (Input/Output Level) величина сигнала на входе и выходе тракта, до которого он сохраняет указанные параметры. Указывается в вольтах и обычно принимается за 0 дБ. Таким образом, рабочие уровни сигнала имеют отрицательный либо нулевой уровень. максимальный входной и выходной уровень — величина сигнала, до которой тракт сохраняет работоспособность. Уровни сигналов от номинального до максимального всегда имеют ненулевой положительный уровень. коэффициент усиления — отношение величины выходного сигнала ко входному. Указывается в разах, процентах или децибелах. диапазон частот (Frequency Response) — частотный интервал, в котором тракт сохраняет свои основные характеристики. Нуль подразумевает постоянный ток. форма амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) — график зависимости амплитуды сигнала на выходе от его частоты при неизменной амплитуде сигнала на входе. Тракты с горизонтальной внутри частотного диапазона А Ч Х называют частотнонезависимыми. неравномерность АЧХ — отклонения графика от заданной формы. Указывается в процентах или децибелах. уровень шума (Noise Level) — величина шума относительно номинального уровня сигнала. Указывается в децибелах и всегда имеет отрицательное значение. Другое название — соотношение сигнал/шум (Signal to Noise Ratio, SNR), которое имеет такое же положительное значение. Иногда указывается уровень шума, приведенный ко входу — в предположении, что весь шум поступает только на вход, а сам тракт собственного шума не имеет. коэффициент гармоник (Total Harmonic Distortion, THD) — величина побочных гармонических составляющих, вносимых нелинейностью тракта. Указывается в процентах от величины сигнала; в ряде случаев указывается для различных гармоник (на слух наибольшие искажения вносят нечетные гармоники высших порядков). уровень интермодуляционных искажений (InterModulation Distortion, IMD) — относительный уровень паразитных частотных компонент, порожденных взаимной модуляцией полезных компонент сигнала. Указывается в процентах от величины сигнала. переходное затухание (Stereo Crosstalk) — степень ослабления сигнала при его проникновении в соседний стереоканал. Указывается в децибелах. динамический диапазон (Dynamic Range) — диапазон наибольшего и наименьшего уровней сигнала, внутри которых сохраняются основные характеристики тракта. Снизу обычно ограничен уровнем шума, сверху номинальным уровнем, поэтому часто равен
440
Вопросы и ответы соотношению сигнал/шум, однако нелинейность тракта в ряде случаев не позволяет выдержать параметры в этих областях, а это сужает динамический диапазон.
Частотные характеристики музыкального звукоряда В основе всех звукорядов лежит понятие октавы — звуковысотного диапазона, частоты крайних звуков которого различаются вдвое. Музыкальный звукоряд разбивает октаву на ряд ступеней (в европейской системе — двенадцать), которые в любой октаве имеют одинаковое название и смысл. Различаются два основных музыкальных звукоряда натуральный и хроматический. Натуральный строится из обертонов базового звука, сведенных в одну октаву, хроматический основан на равномерном делении октавы на двенадцать ступеней. Соотношения частот натурального звукоряда представляют собой рациональные дроби, что соседние ступени хроматического отличаются в корень 12 степени из двойки — примерно в 1.059 раза. Опорным звуком принято считать ноту Ля первой октавы 440 Гц. Использование натурального звукоряда позволяет получить более слитные (консонансные) созвучия, однако неравномерность его ступеней затрудняет транспонирование музыки на интервалы, не кратные октаве. Хроматический звукоряд не дает таких слитных созвучий, однако из-за равномерности ступеней получил преимущественное распространение.
Методы, использующиеся для синтеза звука Аддитивный (additive) Основан на утверждении Фурье о том, что любое периодическое колебание возможно представить в виде суммы чистых тонов (синусоидальных колебаний с различными частотами и амплитудами). Для этого нужен набор из нескольким синусоидальных генераторов с независимым управлением, выходные сигналы которых суммируются для получения результирующего сигншш. На этом методе основан принцип создания звука в духовом органе. Достоинства метода: позволяет получить любой периодический звук, и процесс синтеза хорошо предсказуем (изменение настройки одного из генераторов не влияет на остальную часть спектра звука). Основной недостаток — для звуков сложной структуры могут потребоваться сотни генераторов, что достаточно сложно и дорого реатизовать. Для снижения стоимости реализации вместо набора отдельных генераторов (реальных или математических) применяется обратное преобразование Фурье. Разностный (subtractive) Идеологически противоположен первому. В основу положена генерация звукового сигнала с богатым спектром (множеством частотных составляющих) с последующей фильтрацией (выделением одних составляющих и ослаблением других) — по этому принципу работает речевой аппарат человека. В качестве исходных сигналов обычно используются меандр (прямоугольный, square), с переменной скважностью (отношением всего периода к положительному полупериоду), пилообразный (saw) — прямой и обратный, и треугольный (triangle), а также различные виды шумов (случайных непериодических колебаний). Основным ор-
441
Вопросы и ответы ганом синтеза в этом методе служат управляемые фильтры: резонансный (полосовой) — с изменяемым положением и шириной полосы пропускания (band) и фильтр нижних частот (ФНЧ) с изменяемой частотой среза (cutoff). Для каждого фильтра также регулируется добротность (Q) — крутизна подъема или спада на резонансной частоте. Достоинства метода — относительно простая реализация и довольно широкий диапазон синтезируемых звуков. На этом методе построено множество студийных и концертных синтезаторов (типичный представитель — Moog). Недостаток — для синтеза звуков со сложным спектром требуется большое количество управляемых фильтров, которые достаточно сложны и дороги. Частотно-модуляционный (frequency modulation — FM) В основу положена взаимная модуляция по частоте между несколькими синусоидальными генераторами. Каждый из таких генераторов, снабженный собственными формирователем амплитудной огибающей, амплитудным и частотным вибрато, именуется оператором. Различные способы соединения нескольких операторов, когда сигналы с выходов одних управляют работой других, называются алгоритмами синтеза. Алгоритм может включать один или больше операторов, соединенных последовательно, параллельно, последовательно-параллельно, с обратными связями и в прочих сочетаниях — все это дает практически бесконечное множество возможных звуков. Благодаря простоте цифровой реачизации, метод получил широкое распространение в студийной и концертной практике (типичный представитель класса синтезаторов — Yamaha DX). Однако практическое использование этого метода достаточно сложно из-за того, что большая часть звуков, получаемых с его помощью, представляет собой шумоподобные колебания, и достаточно лишь слегка изменить настройку одного из генераторов, чтобы чистый тембр превратился в шум. Однако метод дает широкие возможности по синтезу разного рода ударных звуков, а также — различных звуковых эффектов, недостижимых в других методах разумной сложности. Сэмплерный (sample — выборка) В этом методе записывается реальное звучание (сампл), которое затем в нужный момент воспроизводится. Для получения звуков разной высоты воспроизведение ускоряется или замедляется; при неизменной скорости выборки применяется расчет промежуточных значений отсчетов (интерполяция!. Для того, чтобы тембр звука при сдвиге высоты не менялся слишком сильно, используется несколько записей звучания через определенные интервалы (обычно — через одну-две октавы). В ранних сэмплерных синтезаторах звуки в записывались на магнитофон, в современных применяется цифровая запись звука. Метод позволяет получить сколь угодно точное подобие звучания реального инструмента, однако для этого требуются достаточно большие объемы памяти. С другой стороны, запись звучит естественно только при тех же параметрах, при которых она была сделана — при попытке, к примеру, придать ей другую амплитудную огибающую естественность резко падает. Для уменьшения требуемого объема памяти применяется зацикливание сампла (looping). В этом случае записывается только короткое время звучания инструмента, затем в нем выделяется средняя фаза с установившимся (sustained) зву442
Вопросы и ответы ком, которая при воспроизведении повторяется ло тех пор, пока включена нота (нажата клавиша), а после отпускания воспроизводится концевая фаза. На самом деле этот метод нельзя с полным правом называть синтезом это скорее метод записи-воспроизведения. Однако в современных синтезаторах на его основе воспроизводимый звук возможно подвергать различной обработке — модуляции, фильтрованию, добавлению новых гармоник, звуковых эффектов, в результате чего звук может приобретать совершенно новый тембр, иногда совсем непохожий на первоначальный. По сути, получается комбинация трех основных методов синтеза, где в качестве основного сигнала используется исходное звучание. Т и п и ч н ы й представитель этого класса синтезаторов — E-mu Proteus. Таблично-волновой (wave table) Разновидность сэмплерного метода, когда записывается не все звучание целиком, а его отдельные фазы атака, начальное затухание, средняя фаза и концевое затухание, что позволяет резко снизить объем памяти, требуемый для хранения самплов. Эти фазы записываются на различных частотах и при различных условиях (мягкий или резкий удар по клавише рояля, различное положение губ и языка при игре на саксофоне), в результате чего получается семейство звучаний одного инструмента. При воспроизведении эти фазы нужным образом составляются, что дает возможность при относительно небольшом объеме самплов получить достаточно широкий спектр различных звучаний инструмента, а главное — заметно усилить выразительность звучания, выбирая, к примеру, в зависимости от силы удара по клавише синтезатора не только нужную амплитудную огибающую, как делает любой синтезатор, но и нужную фазу атаки. Основная проблема этого метода — в сложности сопряжения различных фаз друг с другом, чтобы переходы не воспринимались на слух и звучание было цельным и непрерывным. Поэтому синтезаторы этого класса достаточно редки и дороги. Этот метод также используется в в синтезаторах звуковых карт персональных компьютеров, однако его возможности там сильно урезаны. В частности. почти нигде не применяют составление звука из нескольких фаз, сводя метод к простому сэмплерному, хотя почти везде есть возможность параллельного воспроизведения более одного сампла внутри одной ноты. Метод физического моделирования (physical modelling) Состоит в моделировании физических процессов, определяющих звучание реального инструмента на основе его задэнных параметров (к примеру, для скрипки порода дерева, состав лака, геометрические размеры, материал струн и смычка). В связи с крайней сложностью точного моделирования даже простых инструментов и огромным объемом вычислений метод пока развивается медленно, на уровне студийных и экспериментальных образцов синтезаторов. Ожидается, что с момента своего достаточного развития он заменит известные методы синтеза звучаний акустических инструментов, оставив им только задачу синтеза не встречающихся в природе тембров.
443
Вопросы и ответы WaveGuide технология Представляет собой разновидность физического моделирования, при которой моделируется распространение колебаний, представленных дискретными отсчетами, по струне (одномерное моделирование) и по резонансным поверхностям (двумерное моделирование) или в объемном резонаторе (трехмерное). При этом появляется возможность моделировать также нелинейные эффекты, к примеру удар молоточка и касание струны демпфером, а также взаимную связь струн и связь горизонтальной и вертикальной мод.
Методы, использующиеся для обработки звука Монтаж Состоит в вырезании из записи одних участков, вставке других, их замене, размножении. Называется также редактированием. Все современные :шуко- и видеозаписи в той или иной мере подвергаются монтажу. Амплитудные преобразования Выполняются при помоши различных действий над амплитудой сигнала, которые в конечном счете сводятся к умножению значений самплов на постоянный коэффициент (усиление/ослабление) или изменяющуюся во времени функцию-модулятор (амплитудная модуляция). Частным случаем амплитудной модуляции является формирование огибающей для придания стационарному звучанию развития во времени. Амплитудные преобразования выполняются последовательно с отдельными самплами, поэтому они просты в реализации и не требуют большого объема вычислений. Частотные (спектральные) преобразования Выполняются над частотными составляющими звука. В случае, если использовать спектральное разложение — форму представления звука, в которой по горизонтали отсчитываются частоты, а по вертикали — интенсивности составляющих этих частот, то многие частотные преобразования становятся похожими на амплитудные преобразованиям над спектром. Например, фильтрация — усиление или ослабление определенных полос частот — сводится к наложению на спектр соответствующей амплитудной огибающей. Однако частотную модуляцию таким образом представить нельзя — она выглядит, как смешение всего спектра или его отдельных участков во времени по определенному закону, Для реализации частотных преобразований обычно применяется спектральное разложение по методу Фурье, которое требует значительных ресурсов, Однако имеется алгоритм быстрого преобразования Фурье (БПФ, FFT), который делается в целочисленной арифметике и позволяет уже на младших моделях 486 разворачивать в реальном времени спектр сигнала среднего качества. При частотных преобразованиях, кроме этого, требуется обработка и последующая свертка, поэтому фильтрация в реальном времени пока не реализуется на процессорах общего назначения. Вместо этого существует большое количество цифровых сигнальных процессоров (Digital Signal Processor — DSP), которые выполняют эти операции в реальном времени и по нескольким каналам.
444
Вопросы и ответы Фазовые преобразования Сводятся в основном к постоянному сдвигу фазы сигнала или ее модуляции некоторой функцией или другим сигналом. Благодаря тому, что слуховой аппарат человека использует фазу для определения направления на источник звука, фазовые преобразования стереозвука позволяют получить эффект вращающегося звука, хора и ему подобные. При помощи сдвига фазы на 90-180 градусов (последнее получается простым инвертированием отсчетов) реализуется эффект «псевдообъемности» звука (Surround). Временные преобразования Заключаются в добавлении к основному сигналу его копий, сдвинутых во времени на рахчичные величины. При сдвигах на величины, сравнимые с периодом сигнала, эти преобразования превращаются в фазовые; при небольших сдвигах за пределами периода (примерно менее 20 мс) это дает эффект, близкий к хоровому (размножение источника звука), при больших — эффекты многократного отражения: реверберации (20..50 мс) и эха (более 50 мс). Формантные преобразования Являются частным случаем частотных и оперируют с формантами — характерными полосами частот, встречающимися в звуках, произносимых человеком. Каждому звуку соответствует свое соотношение амплитуд и частот нескольких формант, которое определяет тембр и разборчивость голоса. Изменяя параметры формант, возможно подчеркивать или затушевывать отдельные зв>ки, менять одну гласную на другую, сдвигать регистр голоса.
Методы создания звуковых эффектов, применяемые в музыке При помощи различных комбинаций описанных выше преобразований. Вот наиболее распространенные звуковые эффекты: •
вибрато — амплитудная или частотная модуляция сигната с небольшой частотой (до 10 Гц). Амплитудное вибрато также носит название тремоло; на слух оно воспринимается, как замирание или дрожание звука, а частотное — как «завывание» или «плавание» звука (типичная неисправность механизма магнитофона — детонация). Вибрато обычно реализуется модуляцией синусоидальным сигналом, а тремоло треугольным или пилообразным сигналом либо многократным автоматическим перезапуском ноты,
•
динамическая фильтрация (wah-wah — «вау-вау») — реализуется изменением частоты среза или полосы пропускания фильтра с небольшой частотой. На слух воспринимается, как вращение или заслонение/открывание источника звука — увеличение высокочастотных составляющих ассоциируется с источником, обращенным на слушателя, а их уменьшение — с отклонением от этого направления.
•
фленжер (flange — гребень). Название происходит от способа реализации этого эффекта в аналоговых устройствах — при помощи так называемых гребенчатых фильтров, имеющих АЧХ 445
Вопросы и ответы такого же вида. Гребенчатые фильтры могут строиться на линиях задержки — при этом постоянный сдвиг фазы создает характерную форму АЧХ. Заключается в добавлении к исходному сигналу его копий, сдвинутых во времени на небольшие величины (примерно 3..30 мс) с возможной частотной модуляцией копий или величин их временных сдвигов и обратной связью (суммарный сигнал снова копируется, сдвигается). На слух это ощущается как «дробление», «размазывание» звука, возникновение биений — разностных частот, характерных для игры в унисон или хорового пения, отчего фленжеры с определенными параметрами (сдвиги с модуляцией противофазным сигналом) применяются для получения хорового эффекта (chorus). Меняя параметры фленжера, возможно в значительной степени изменять первоначальный тембр звука. фейзер (phase — фаза) — смешивание исходного сигнала с его копиями, сдвинутыми по фазе (что равноценно сдвигу по времени на доли-единицы миллисекунд); величина сдвига может модулироваться во времени. По сути, это частный случай фленжера, но с намного более простой аналоговой реализацией, так как сдвиг по фазе выполняется проще задержки по времени (цифровая реализации одинакова). Изменение фазовых сдвигов суммируемых сигналов приводит к подавлению отдельных гармоник или частотных областей, как в многополосном фильтре. На слух такой эффект напоминает качание головки в стереомагнитофоне — физические процессы в обоих случаях примерно одинаковы. реверберация (reverberation — повторение, отражение). Получается путем добавления к исходному сигналу затухающей серии его задержанных во времени копий. Это имитирует затухание звука в помещении, когда за счет многократных отражений от сген, потолка и прочих поверхностей звук приобретает полноту и гулкость, а после прекращения звучания источника затукает не сразу, а постепенно. При этом время между последовательными отзвуками (примерно 15..50 мс) ассоциируется с величиной помещения, а их интенсивность — с его гулкостью. По сути, ревербератор представляет собой частный случай фленжера без модуляции и с увеличенной задержкой между отзвуками основного сигнала, однако особенности слухового восприятия качественно различают эти два вида обработки. эхо (echo). Реверберация с еще более увеличенным временем задержки выше примерно 50 мс. При этом слух перестает субъективно воспринимать отражения, как призвуки основного сигнала, и начинает воспринимать их как повторения. Эхо обычно реализуется так же, как и естественное — с затуханием повторяющихся копий. дистошн (distortion — искажение) — намеренное искажение формы звука, что придает ему резкий, скрежещущий оттенок. Наибольшее применение получил в качестве гитарного эффекта (классическая гитара heavy metal). Получается переусилением исходного сигнала
446
Вопросы и ответы до появления ограничений в усилителе (среза верхушек импульсов) и даже его самовозбуждения. Благодаря этому исходный сигнал становится похож на прямоугольный, отчего в нем появляется большое количество новых нечетных гармоник, резко расширяющих спектр. Этот эффект применяется в различных вариациях (fuzz, overdrive), различающихся способом ограничения сигнала (обычное или сглаженное, весь спектр или полоса частот, весь амплитудный диапазон или его часть), соотношением исходного и искаженного сигналов в выходном, частотными характеристиками усилителей (наличие/отсутствие фильтров на выходе). •
компрессия — сжатие динамического диапазона сигнала, когда слабые звуки усиливаются сильнее, а сильные — слабее. На слух воспринимается как уменьшение разницы между тихим и громким звучанием исходного сигнала. Используется для последующей обработки методами, чувствительными к изменению амплитуды сигнала. В звукозаписи используется для снижения относительного уровня шума и предотвращения перегрузок. В качестве гитарной приставки позволяет значительно (на десятки секунд) продлить звучание струны без затухания громкости.
•
вокодер (voice coder — кодировщик голоса) — синтез речи на основе произвольного входного сигнала с богатым спектром. Речевой синтез реализуется обычно при помощи формантных преобразований: выделение из сигнала с достаточным спектром нужного набора формант с нужными соотношениями придает сигналу свойства соответствующего гласного звука. Изначально вокодеры использовались для передачи кодированной речи: путем анализа исходного речевого сигнала из него выделялась информация об изменении положений формант (переход от звука к звуку), которая кодировалась и передавалась по линии связи, а на приемном конце блок управляемых фильтров и усилителей синтезировал речь заново. Подавая на блок речевого синтеза звучание, к примеру, электрогитары и произнося слова в микрофон блока анализа, возможно получить эффект «разговаривающей гитары»; при подаче звучания с синтезатора получается известный «голос робота», а подача сигнала, близкого по спектру к колебаниям голосовых связок, но отличающегося по частоте, меняет регистр голоса.
Karaoke Это удаление из песни голоса исполнителя — с тем, чтобы получить гак называемую «минусовку» (-1), которую возможно использовать в качестве сопровождения при собственном пении. В случае, если в песне звучит голос только одного исполнителя — он обычно находится примерно посередине стереопанорамы, и удалить его возможно путем вычитания одного канала из другого. В случае, если голос находится не точно посередине — перед вычитанием нужно уравнять амплитуды голоса в обоих каналах. В случае, если поют несколько голосов, они могут быть удалены путем фильтрации соответствую-
447
Вопросы и ответы щих частот. Естественно, все эти преобразования приводят к заметной потере качества фонограммы. Karaoke также называют специально сделанные фонограммы песен без голоса исполнителя.
Устройство электронного музыкального синтезатора Большинство популярных аналоговых синтезаторов, работающих на разностном принципе, построены по модульной технологии, сложившейся к концу 70-х годов, и содержат блоки Key, Env, VCO, VGA, VCF, LFO, NG, Mix и другие. Key (Keyboard — клавиатура) — блок музыкальной клавиатуры В ответ на нажатия клавиш формирует сигнал нажатия, запускающий остальные блоки синтезатора, а также сигнал высоты, напряжение которого пропорционально номеру нажатой клавиши. VCO (Voltage Controlled Oscillator — генератор, управляемый напряжением, ГУН) — генератор исходного сигнала синтезатора. Вырабатывает прямоугольные колебания с различной скважностью (разным спектром сигнала), а также синусоидальные, треугольные и пилообразные, логарифм частоты которых пропорционален управляющему напряжению. NG (Noise Generator — генератор шума) вырабатывает шум — в основном белый или розовый. Mix (Mixer — микшер) объединяет вырабатываемые генераторами сигналы, суммируя их в рахтичных пропорциях, задаваемых регуляторами. Изменение пропорций смешиваемых сигналов дает изменение спектральной плотности выходного сигнала, который подается в другие блоки для дальнейшей обработки. VCF (Voltage Controlled Filter — управляемый напряжением фильтр) блок перестраиваемых фильтров. Обычно под воздействием управляющего напряжения изменяется полоса пропускания фильтра (Band, Contour), частота среза (Cutoff) и добротность фильтра — подъем или спад усиления внутри полосы (Resonance — резонанс). Чаще всего используется фильтр нижних частот (ФНЧ), срезающий высшие частоты, с резонансом около частоты среза; в более сложных моделях используются также полосовые фильтры и ФВЧ. Все или часть параметров фильтров выведены на регуляторы, задающие их исходные значения. Env (Envelope — огибающая) вырабатывает напряжение, изменяющееся по фазам ADSR (Attack — Decay — Sustain — Release). При поступлении сигнала запуска начинается выработка фазы Attack, которая переходит в Decay и далее — в Sustain, где остается до момента снятия сигнала запуска, после чего формируется фаза Release и цикл выработки огибающей завершается. Длительности фаз ADR и уровень S задаются регуляторами. На простых одноголосых синтезаторах имеется только один блок Env, который позволяет сформировать огибающую для одного звука; в многоголосных синтезаторах их несколько. В простых инструментах блок Env формирует только амплитудную огибающую звука, в более сложных имеется отдельный блок для выработки спектральной огибающей для фильтра или дополнительного управления синтезом. VCA (Voltage Controlled Amplifier — управляемый напряжением усилитель) формирует выходной сигнал синтезатора. Обычно его управляющее напряжение берется с блока Env, что дает амплитудную огибающую звука.
448
Вопросы и ответы LFO (Low Frequency Oscillator — генератор низкой частоты) вырабатывает колебания различной формы частотой примерно от 0.1 до 20 Гц, которые могут быть смешаны с любым из других управляющих напряжений. Полача их на VCO дает частотную модуляцию, на VCF — эффект «вау-вау», «вращающегося» или «открывающегося* источника звука, на УСА амплитудное вибрато (тремоло). Некоторые LFO могут вырабатывать случайно меняющийся ступенчатый сигнал, дающий интересные на слух виды модуляции. Каждый из блоков синтезатора полностью независим от других — все они могут соединяться любым способом для получения различных режимов синтеза. В концертных синтезаторах большинство блоков соединены жестко (Key — на VCO и Env, Env — на VGA, LFO — на VCO и VGA), в студийных входы и выходы каждого блока выведены на переднюю панель, и соединение делается внешними шнурами. В начале 80-х начали внедряться цифровые методы обработки, которые поначалу комбинировались с аналоговыми, выполняя каждый свойственные ему функции. Например, блоки Key, VCO, LFO, NG и Env проще реализуются цифровым способом, a Mix и VCF — аналоговым. При этом цифровые блоки через ЦАП подавали управляющие напряжения на аналоговые. Преимущество цифровых формирователей — более высокая стабильность, точность, а главное — повторяемость сигналов, поскольку аналоговая (непрерывная) форма заменена дискретной (конечной). При достаточно большом числе дискрет ступенчатость перестает ощущаться на слух, но повторяемость остается. Тогда же появились полностью цифровые FM-синтезаторы, которые не содержали наиболее сложных в цифровой реализации управляемых фильтров. В середине 80-х был освоен выпуск быстродействующих DSP, и появились полностью цифровые разностные и самплерные синтезаторы. По сути, цифровой синтезатор представляет собой обыкновенный компьютер с устройствами ввода (клавиатура, кнопки, рычажки, датчики, MIDI), вывода (звук, индикаторы, MIDI), обработки (генераторы, преобразователи, память) и центральным процессором, координирующим их работу. Например, клавишный синтезатор Roland JV-30 выпускается как в виде отдельного модуля (тонгенератора) SC-55, так и в виде звуковой карты для PC — SCC-1.
Методы синтеза, использующиеся в синтезаторах В большинстве моделей выпуска 70-х годов использовался в основном разностный метод синтеза. В моделях выпуска начала-середины 80-х частотно-модуляционный. В конце 80-х стали преобладать самплерные методы, а в начале 90-х - таблично-волновые, с обработкой на мощных DSP. Популярные модели разностных синтезаторов — PolyMoog, Crumar, ARP; частотно-модуляционных Yamaha DX. ритмический Roland TR; самплерных — E-mu Proteus XR, Korg M l ; таблично-волновых — Yamaha PSS/PSR, Roland JV и E, Ensoniq TS и ASR (самплер-синтезатор); таблично-волновых с развитой обработкой звука — Yamaha SY, Kurzweil 2000. В первых синтезаторах 40-х. 60-х годов использовался в основном аддитивный метод синтеза и его разновидности.
449
Вопросы и ответы
Способы получения звука на IBM PC Через встроенный громкоговоритель (PC Speaker): используя в стандартном режиме подключенный к нему канал 2 системного таймера, который может генерировать прямоугольные колебания различной частоты. Таким образом возможно получать простые тональные звуки заданной частоты и длительности, однако управление громкостью и тембром звука в этом способе невозможно. •
используя прямое управление громкоговорителем через системный порт 61, подавая на него серию импульсов меняющейся частоты и скважности (соотношения длительности 1/0), Так возможно получать различные звуковые эффекты: шум, модуляцию, изменение окраски тона. Далее, возможно принять во внимание, что диффузор громкоговорителя обладает инерцией (способностью к интегрированию прямоугольного сигнала): к примеру, при подаче уровня 1 диффузор начинает движение, при подаче уровня О тормозится и через какое-то время начинает движение в обратную сторону; своевременно меняя уровни 0/1, возможно заставить диффузор двигаться по любой траектории, иначе говоря — излучать звук любой частоты и окраски. Интегрирующим свойством обладает и схема усилителя громкоговорителя, которая обычно содержит фильтрующий конденсатор, Метод такого управления громкоговорителем называется широтноимпульсной модуляцией (ШИМ): частота колебаний диффузора определяется частотой следования импульсов, а амплитуда — их скважностью (шириной положительной части импульса).
Недостаток этого способа — существенное различие массы и упругости у диффузоров разных громкоговорителей — звук, довольно чистый на одном, может превратиться в подобие шума на другом; кроме этого, за счет более тонкого управления требуется гораздо большая скорость процессора, а звук получается намного тише, чем при использовании таймера. •
используя нестандартные методы программирования канала 2 таймера: на генерацию импульсов различной длительности и скважности или серий импульсов сверхзвуковой частоты (метод частотной модуляции — ЧМ). В первом случае снова получается метод ШИМ, но со значительно сниженными затратами на переключение уровней и отслеживание времени, которые теперь возлагаются на сам таймер. Во втором случае звуковой сигнал получается путем усреднения высокочастотных колебаний в интегрирующей схеме громкоговорителя.
Через простой ЦАП: •
подключаемый к параллельному (LPT) порту (Covox). На восьми выходных линиях данных (DO..D7) параллельного порта собирается взвешивающий сумматор — схема, суммирующая логические уровни 0/1 с весами 1, 2, 4, ..., 128, что дает для каждой из комбинаций восьми цифровых сигналов 0..255 линейно изменяющийся аналоговый сигнал с уровнем О..Х (максимальный 450
Вопросы и ответы уровень X зависит от параметров сумматора). Простейший сумматор делается на резисторах, более сложный — на микросхемах ЦАП (к примеру 572ПА). При записи в регистр данных параллельного порта на выходе ЦАП устанавливается уровень, пропорциональный записанному значению, и сохраняется до записи следующего значения. Таким образом получается 8разрядный преобразователь с частотой дискретизации до нескольких десятков килогерц. Добавив два регистра хранения и логику выбора, возможно сделать стереоЦАП, коммутируя каналы с помощью служебных сигналов порта. собираемый на вставляемой в разъем расширения плате. В этом случае достаточно просто получается 12- и 16-разрядный ЦАП (моно или стерео). Попутно он может содержать таймер, генерирующий запросы прерывания, и/или логику поддержки прямого доступа к памяти (DMA), которая позволяет равномерно и без участия процессора передавать данные из памяти на преобразователь. Через специальную звуковую карту: используя ЦАП, который есть почти на всех картах. В этом случае карта программируется на вывод оцифрованного звука напрямую или через DMA, а подготовка оцифровки в памяти делается так же, как и при выводе на простой ЦАП. используя синтезатор, который тоже есть почти на всех картах. Большинство карт оснащено простейшими 2- или 4-операторными FM-синтезаторами; почти на всех современных картах установлены также WT-синтезаторы. При наличии обоих синтезаторов ими возможно управлять одновременно, увеличивая набор тембров и число голосов; параллельно возможно задействовать и ЦАП карты, через который удобно выводить различные звуковые зффекты. При помощи внешнего синтезатора, управляемого от компьютера; •
используя MIDI-порт, который имеется практически на всех звуковых картах. Выход MIDI Out {обычно при помоши MIDIадаптера) соединяется со входом MIDI In синтезатора, и через порт подаются MIDI-команды синтезатору. Одновременно возможно принимать MIDI-сообщения от синтезатора, подключив его MIDI Out к MIDI In звуковой карты.
•
используя стандартный последовательный порт, если в BIOS Setup есть возможность переключить его в режим MIDI-совместимости (тактовая частота, при которой возможно получение скорости 31.25 Кбит/с). В этом случае понадобится самодельный адаптер для токовой петли,
•
используя специатьные карты-адаптеры — к примеру, Roland MPU-401.
451
Вопросы и ответы
Что такое tracker Любительская программа для записи и воспроизведения музыки на нескольких дорожках (треках); трекеры впервые появились на компьютере Amiga. Поскольку трекеры ориентированы на текстовое представление, в них, в отличие от принятой в музыке горизонтальной нотной записи, применяется вертикальная запись нот при помощи буквенно-цифровых обозначений (к примеру. D-5 — нота Ре пятой октавы, А#4 — нота Ля диез четвертой октавы, и так далее); при этом каждая дорожка представляется собственной колонкой, а совокупность дорожек образует партитуру. Кроме нот, в дорожках могут встречаться различные команды управления: фиксация ноты (педаль), вибрато, тремоло, портаменто, переход к другому участку партитуры. Кроме вертикальной записи, в трекерах применяется характерная для них структура музыки; вся партитура делится на кадры (pattern) обычно одинакового размера, а композиция представляет собой последовательность кадров, что очень удобно для организации повторяемых фрагментов. Каждый кадр состоит обычно из 64 строк, что удобно для принятого в трекерах шестнадцатеричного представления номеров и подходит для распространенных музыкальных размеров. В трекерах применяется два метода синтеза звука: FM — при использовании SB- или AdLib-совместимой звуковой карты, и самплерный при использовании PC Speaker, Covox, ЦАП или WT-синтезатора звуковой карты (последнее — обычно при работе с картой GLJS, поскольку она была первой относительно недорогой и распространенной WT-картой с загружаемыми сэмплами). FM-трекеры используют параметры инструментов для FM-синтезатора, а сэмплерные трекеры — записи звучаний инструментов (самплы) в собственном формате. В зависимости от сложности трекера могут использоваться 8- или 16-разрядные самплы с различными частотами дискретизации, по одному или по несколько самплов на инструмент, неизменные или с возможностью задания огибающих. эффектов. Современные трекеры (Fast Tracker II, Impulse Tracker) no возможностям не уступают многим концертным синтезаторам, исключая, конечно, качество самого звука и гибкость управления им. Каждый трекер хранит произведения в своем собственном формате, однако многие способны загружать файлы других трекеров. Ранние простые трекеры использовали формат MOD, пришедший с Amiga, более поздние ввели новые форматы (STM, S3M, ULT, XM, IT). В файл записывается вся необходимая для его воспроизведения информация — собственно партитура, описания инструментов, сами самплы, поэтому произведение будет звучать точно также при использовании другой аппаратуры вывода цифрового звука с тем же качеством, или в совместимом трекере. Имеется также большое количество проигрывателей (player) — программ для воспроизведения файлов, подготовленных в трекерах. Наиболее универсальный из них — Cubic Player. При наличии звуковой карты GUS или SB AWE32/SB 32 с установленным ОЗУ он использует для проигрывания инструментов аппаратн ы й WT-синтезатор карты, загружая самплы в ОЗУ синтезатора. На AWE32/SB 32 при этом также поддерживается регулировка глубины эффектов Reverb/Chorus. При проигрывании трекерных модулей на другой звуковой карте или через другой трекер/проигрыватель звук может отличаться — за счет различий в реализации вывода звука через карту или неточностей в отработке трекерных команд. 452
Вопросы и ответы Например, Fast Tracker II при работе с GUS использует его WT-синтезатор, с SB 16 — выводит звук через 16-разрядный цифровой канал, а на остальных картах — через 8-разрядный канал с соответствующим понижением качества звука.
Что такое MIDI MIDI — Musical Instrument Digital Interface (цифровой интерфейс музыкальных инструментов) — стандарт на соединение инструментов и передачи информации между ними. Каждый инструмент имеет три разъема: In (вход), Out (выход) и Thru (повторитель входного сигнала), что позволяет объединить в сеть практически любое количество инструментов. Способ передачи — токовая петля (5 мА). Информация передается байтами, в последовательном стартстопном коде (8 битов данных, один столовый., без четности — формат 8-N-1), со скоростью 31250 бит/с. В этом MIDI-интерфейс очень похож на последовательный интерфейс IBM PC отличие только в скорости и способе передачи: в PC используется интерфейс V24 (RS-232) с передачей сигналов путем изменения напряжения. Частоту 31250 бит/с на стандартном интерфейсе IBM PC получить нельзя. Поток данных, передаваемый по MIDI, состоит из сообщений (событий); нажатие/отпускание клавиш, изменение положений регуляторов (MIDI-контроллеров), смена режимов работы, синхронизация. Можно сказать, что по MIDI передается партитура музыкального произведения, однако есть и специальные виды сообщений — System Exclusive (SysEx) в которых может содержаться любая информация для инструмента к примеру, оцифрованный звук для загрузки в ОЗУ, партитура ритм-блока. Обычно SysEx уникальны для каждого инструмента и не совместимы с другими инструментами. Большинство сообщений содержит в себе номер канала (1..16) — это чаще всего условный номер инструмента в сети, для которого они предназначены. Однако один инструмент может «отзываться» и по нескольким каналам — именно так и работают звуковые карты и многие тонгенераторы (внешние модули синтеза). Прочие сообщения являются общими и воспринимаются всеми инструментами в сети. В сообщениях о нажатиях/отпусканиях клавиш передается номер ноты число в диапазоне 0..127, определяющее условный номер полутона: ноте До первой октавы соответствует номер 60. Отсюда происходит «компьютерная» нумерация октав, начинающаяся с нуля, в которой первой октаве соответствует номер 5, а нота До нулевой октавы имеет нулевой MIDI-номер. При записи MIDI-потока в файл (MID, RMI) он оформляется в один из трех стандартных форматов: •
0 — обычный MlDI-поток
•
1 — несколько параллельных потоков (дорожек)
•
2 — несколько независимых последовательных потоков
Разбиение на дорожки удобно для выделения партий отдельных инструментов — популярные MIDI-секвенсоры формируют файлы именно формата 1.
453
Вопросы и ответы
Форматы, использующиеся для представления звука и музыки В настоящее время стандартом де-факто стали два формата: Microsoft RIFF (Resource Interchange File Format — формат файлов передачи ресурсов) Wave (.WAV) и SMF (Standard MIDI File - стандартный MIDI-файл) (.MID). Первый содержит оцифрованный звук (моно/стерео, 8/16 разрядов, с разной частотой оцифровки), второй — «партитуру» для MIDI-инструментов (ноты, команды смены инструментов, управления). Поэтому WAV-файл на всех картах, поддерживающих нужный формат, разрядность и частоту оцифровки звучит совершенно одинаково (с точностью до качества преобразования и усилителя), а MID-файл в общем случае — по-разному. RAW — формат «чистой оцифровки», не содержащий заголовка. Обычно оцифровка хранится в 16-разрядном знаковом (signed) формате, хотя могут быть и исключения. VOC и CMF — форматы представления от фирмы Creative. VOC-файлы содержат оцифрованный звук, CMF-файлы — нотные партитуры и параметры инструментов для синтезаторов OPL3. AIFF (Audio-...) — формат звуковых файлов на Macintosh и SGI. AU — формат звуковых файлов SUN/NeXT. MOD — широко распространенный трекерный формат. Содержит оцифровки инструментов и партитуру для них, отчего звучит везде примерно одинаково (опять же — с точностью до способа и качества воспроизведения). В оригинале поддерживаются четыре канала, в расширениях — до восьми и более. STM — формат Scream Tracker, примерно того же уровня, что и MOD. S3M — формат Scream Tracker 3. Развитие STM в сторону увеличения разрядности инструментов и количества музыкальных эффектов. Сам ST3 поддерживает до 32 каналов, но не поддерживает предусмотренных в формате 16-разрядных самплов. ХМ — формат Fast Tracker. Один из наиболее высокоуровневых среди трекерных форматов. Поддерживаются 16-разрядные самплы, один инструмент может содержать различные самплы на разные диапазоны нот, возможно задание амплитудных и панорамных огибающих. IT — формат Impulse Tracker. Подобен ХМ, также поддерживает 16-разрядные самплы.
Преобразование цифрового звука из одного формата в другой Существует большое количество программ преобразования форматов. Наиболее известная из них — Convert. Она преобразует файлы нескольких десятков различных форматов — обычного цифрового звука (RAW, WAV, VOC), банков инструментов звуковых карт и синтезаторов (PAT, SBK, KRZ, SYW), партитур и инструментов трекеров (MOD, S3M, ХМ). Любые хотя бы частично совместимые форматы могут быть преобразованы один в другой в пределах общей совместимости. Недостаток программы Convert — невозможность ручного задания парамет454
Вопросы и ответы ров оцифровки, что не позволяет преобразовать форматы без заголовка (P.AW, SND и другие). Другая мощная программа преобразования — SOX (SOund eXchange). Существует под UNIX, OS/2 и DOS. Позволяет задать параметры оцифровки, а также сделать преобразования — усиление/ослабление и добавление эффекта эхо. Программа AWAVE также поддерживает множество форматов, но работает только под Windows с 32-разрядным интерфейсом.
Программы для синтеза звука Stomper, Rubber Duck, Orangator, Virtual Waves, Wave Craft, Synthic, Wave Gen, Rebirth, Sim Synth, Audio Architect, VAZ, Analogic, Sound Producer, Generator, Retro AS-1 и другие. Эти программы моделируют работу аддитивных, разностных и FM-синтезаторов, рассчитывая режимы работы и формируя звуковую волну. Многие из этих программ имеют встроенные секвенсоры, по командам которых сгенерированные звуки могут воспроизводиться в нужной последовательности, образуя ритмическо-басовую основу композиции.
Программы для обработки цифрового звука Сейчас популярны программы Cool Edit. Sound Forge, Gold Wave, Samplitude, Software Audio Workshop (SAW), WaveLab. Они дают возможность просматривать осциллограммы обоих стереоканалов, прослушивать выбранные участки, делать вырезки и вставки, амплитудные и частотные преобразования, звуковые эффекты (эхо, реверберацию, фленжер, дистошн}, наложение других оцифровок, изменение частоты оцифровки, генерировать рахчичные виды шумов, синтезировать звук по аддитивному и FM методам. Cool Edit содержит спектральный анализатор, отображающий спектр выбранного участка оцифровки. WaveLab пснволяет накладывать эффекты и управлять ими в реальном времени при помощи виртуальных панелей. Cool Edit Pro позволяет сводить подготовленные оцифровки, задавая для них положение, уровень и панораму в виртуальном микшерском пульте. Многие программы обработки звука позволяют загружать и сохранять оцифровки в различных форматах, что дает возможность преобразовывать файлы из одного формата в другой и разделять стереоканалы.
Программы, работающие с MIDI-форматом Это так называемые программы-секвенсоры (sequencer), аналогичные аппаратным MIDI-секвенсорам. В их функции входит запись и воспроизведение MIDI-партитур, отображение их в различных форматах, различное редактирование как нот (транспонирование (transposition), квантование (quantization), сдвиг фрагмента (sliding)), так и управляющих событий — смены инструментов, генерации серий значений контроллеров, имитирующих движение регуляторов, вставки SysEx. Обычно профессиональные секвенсоры поддерживают три основных формата отображения: нотный (staff). Изображается классический нотный стан, принятый в музыкальной практике. Однако в связи с тем, что MIDI-формат 455
Вопросы и ответы описывает события, а не нотную запись, многие принятые в музыке обозначения не допускаются (прежде всего это относится к лигам — некоторые секвенсоры расставляют их автоматически). •
Ефеменно-высотный (piano roll). Изображается временной график включения/выключения нот (нажатий/отпусканий), на котором активная нота выглядит горизонтальной линией соответствующей длины и в соответствующем временном положении. Слева для удобства определения высоты нот изображается фортепианная клавиатура.
•
событийный (events). Изображается список всех MIDI-событий с указанием времени появления каждого из них.
Профессиональные секвенсоры позволяют также присоединять к партитуре WAV-файлы, которые будут воспроизводиться вместе с нею в нужные моменты времени. Наиболее известны секвенсоры Voyetra Plus Gold — под DOS и Recording Session. Cakewalk, Cubase и Logic — под Windows. Первый и два последних относятся к профессиональным, хотя Cakewalk по некоторым своим возможностям уступает Voyetra и Cubase. Cakewalk и Cubase выпускаются в нескольких версиях: Cakewalk — Apprentice, Pro и Pro Auduo, Cubase — Lite, Score и Studio.
Преобразование звука (WAV) в партитуру (MID/MOD/XM/IT) Эта задача в общем случае принципиально нерешаема, а в частных сводится к распознаванию большого числа сложных звуковых образов и требует очень большого количества ресурсов. Для предельного случая (одноголосное исполнение тембром с выраженной звуковысотностью) возможно распознавание высоты отдельных нот и генерация партитуры (программы Baston, Sound2Midi, Recogn, AutoScore).
Программы, полезные при работе со звуком и музыкой Audio Compositor — секвенсор, объединенный с эмулятором синтезатора. Позволяет загрузить самплы инструментов в различных форматах и составить из них композицию, записываемую потом в WAV-файл. GigaSampler — виртуальный таблично-вол новой синтезатор, воспроизводящий самплы непосредственно с жесткого диска и потому не требующий значительной памяти для загрузки банков. Имеет развитые средства обработки звука — амплитудные и частотные вибрато, генераторы LFO, резонансные фильтры, поддерживает масштабирование громкости по высоте. Cylonix Vocoder — эмулятор вокодера. Effects Master — наложение эффектов в реальном времени на сигнал со входа карты или из WAV-файла. Joy2Mid/Joy4Mid — передача MIDI-сообщений при помощи джойстика. MediPlay — небольшой удобный проигрыватель для WAV/MIDl-файлов с возможностью передачи команд «GM Reset/GS Reset» между MIDI-файлами.
456
Вопросы и ответы MIDIMon, MIDT-OX, HUBI's Loopback и HUBI's MIDI Tools - средства для организации виртуальных MIDI-кабелей под Windows, отслеживания приходящих MIDl-сообщений, приема/передачи команд и SysEx. Virtual Audio Cable (VAC) — средство для организации виртуальных Waveкабелей под Windows с целью прямой записи на диск или обработки в реатьном времени результатов вывода звуковых программ. MuitiMid — драйвер для Windows, организующий множественный доступ к MIDl-портам. Spectra Lab — мощный анализатор спектра, SweepGen, Test Tone Generator — генераторы стационарных и изменяющихся во времени тестовых сигналов. DDCHp — программа для сведения нескольких видео- и звуковых дорожек с удобным интерфейсом и возможностью наложения эффектов в ре;ильном времени.
Секвенсоры, поддерживающие средства управления GSnXG Управление при помощи контроллеров поддерживают все MIDl-ссквенсоры, однако таблицы символических имен контроллеров (5 — Portamento Time, 71 — Harmonic Contents) из известных секвенсоров имеют только Cubase и Cakewalk. Таблицы для инструментов и контроллеров XG были добавлены в Cakewalk 5, Управление при помощи NRPN поддерживается последними версиями Cubase и версией Cakewalk 6. Используемые N RPN для GS и XG совпадают. Удобное управление параметрами эффектов через SysEx универсальными секвенсорами не поддерживается. Для Yamaha XG выпущен секвенсор XG Works (Yamaha). Для работы с SysEx в обычных секвенсорах возможно использовать различные программы подготовки пакетов SysEx для конкретных моделей синтезаторов — к примеру, GS Edit для Roland GS или XGEdit для Yamaha XG. Полученные пакеты могут затем использоваться в любом секвенсоре, который поддерживает SysEx.
Почему могут неправильно переключаться банки в Cakewalk Не все синтезаторы используют стандартный метод переключения банков передачу старшего байта номера банка контроллером 0 и младшего контроллером 32. Для этого в пунктах Settings — Instruments Configure — Define Instruments (а в CW 6.01 — и в диалоге Track Properties) есть пункт Bank Select Method — попробуйте переключение только контроллером 0 или контроллером 32.
Отличие разных версий Cakewalk Professional 3.0 — работа только с MIDI, общий план партитуры только на уровне пустых/заполненных тактов, настройка фильтров внутри операций редактирования. Pro Audio 4.0 — поддержка звуковых дорожек, минимальная обработка звука в них, дорожки могут делиться на участки (клипы), общий план партитуры и
457
Вопросы и ответы операции drag'n'drop на уровне клипов, независимая настройка фильтров, перетаскивание групп нот в Piano Roll и StafT. Pro Audio 5.0 — Персия для Windows 95, дополнительные операции для обработки звука (reverb, chorus, эквалайзер), оптимизирована работа со звуковыми дорожками. Не работает под Windows NT. Pro Audio 6.0 — поддержка эффектов на звуковых дорожках в реальном времени (CFX), возможность копирования ссылок на клип вместо содержимого, настраиваемые панели управления (StudioWare) вместо окна Faders, поддержка RPN/NRPN, упрощенная и более удобная панель настройки параметров инструмента, замена окна Controllers на универсальную панель Velocity/Controllers/ Wheel/RPN/NRPN в окне Piano Roll, работа с ударной нотацией в окне Staff, создание и использование типовых наборов параметров (Presets) в сложных операциях редактирования. Не работает под Windows NT. Pro Audio 6.01 — возможность смешивания звуковых дорожек на отдельную, дополнительные функции в редакторе звуковых дорожек и эффектов, экспорт звуковых дорожек в форматах RealAudio, автоматическая загрузка банков SoundFont для серии AWE. Может работать под Windows NT 4,0 и выше.
Почему при игре по MIDI «залипают» ноты, контроллеры Чаще всего — из-за превышения пропускной способности самого MIDIканала или конкретного инструмента. Например, при «рисовании» графика движения контроллера в секвенсоре генерируется достаточно большое количество MIDI-сообшений, которое при передаче по каналу может приводить к переполнению входного MIDI-буфера инструмента и потере идущих следом MIDI-сообщений. На некоторых инструментах это видно по миганию индикатора «MTDI Error». Для того, чтобы этого не случалось, серии посылок контроллеров необходимо «прореживать», оставляя только ощутимые на слух изменения. В Cakewalk для этого есть специальные CAL-программы thinaft, thinctrl и thinwhl. Подобные ошибки могут также возникать из-за ошибок в реализации MIDl-интерфейсаили его драйверов. Например, MlDI-интерфейс зв>ковыхкарт SB 32 РпР моделей СТ-3600 и CT-362Q спонтанно генерирует на выходе последний выведенный через интерфейс байт, нарушая правильность MIDI-сообщений, а драйверы SB 16, SB 32 и AWE32 версий 1996-1997 годов имеют обыкновение терять байты даже на быстрых машинах. Ошибку интерфейса возможно частично замаскировать, включив в секвенсоре вывод синхронизирующих сообщений (MIDI Clock).
Как программно сделать WT MIDI-синтезатор на карте без WT Это возможно сделать на любой звуковой карте, способной воспроизводить цифровой звук. Наиболее известны три программных продукта, реализующих программный WT-синтез с управлением по MIDI: Cubic Player, Yamaha Soft Synthesizer (S-YG20, S-YXG50, S-YXG70), Roland Virtual Sound Canvas 55/88, Reality, GigaSampler. Кроме этого, встроенный программный синтезатор имеется в Windows.
458
Вопросы и ответы Cubic Player— проигрыватель модулей большинства трекерных форматов и MIDI-файлов для DOS. Для проигрывания трекерных модулей используются их собственные инструменты и самплы, для проигрывания MIDI-файлов необходим комплект инструментов (patches) от карты GUS. состоящий из 190 файлов. PAT. содержащих самплы и параметры инструментов — по одному на инструмент, и файла конфигурации default.cfg, задающего соответствие номеров инструментов в MIDI и РАТ-файлов. Набор возможно скопировать с компьютера, на котором был установлен GUS, либо установить с дискет при помощи пункта Restore Files в инсталляторе для GUS. В файл конфигурации Cubic Player — ср.cfg (если его нет — создать) нужно внести строчку -тр<полное имя каталога с набором инструментов> Синтезаторы S-YG20, S-YXG50 и VSC-55/88 представляют собой драйверы для Windows 3.1/95, создающие виртуальные MIDI-устройства. S-YG20 реализует подмножество стандарта XG, S-YXG50 — полный стандарт XG (требует процессора Р5-166 или ММХ), VSC-55 — подмножество стандарта GS, VSC-88 полный стандарт GS. Для вывода звука используется стандартное устройство цифрового воспроизведения Windows. Из-за программной обработки самплов звук несколько отстает от MIDI-команд, из-за чего эти драйверы неудобно использовать для работы в реальном времени, однако при проигрывании MIDI-файлов отставание незаметно. Reality и GigaSampler представляют собой мощные и сложные программные синтезаторы, пригодные для профессиональной работы. Однако объем и сложность выполняемых ими вычислений требует значительных ресурсов процессора и памяти (GigaSampler работает только на ММХ-процессорах).
Что такое Drum Loop Дословно — «барабанная петля». Представляет собой файл-оцифровку, в котором записаны отдельные партии ударных или весь ритм целиком, сыгранные «живьем» на ударной установке. Готовые оцифровки вставляются в звуковые дорожки секвенсора и нужным образом зацикливаются, чтобы получилась цельная партия ударных. Drum Loop применяются в тех случаях, когда средствами MIDI трудно или невозможно воспроизвести нужные ударные тембры или манеру игры.
Зависимость естественности звучания акустических тембров Естественность звучания акустических тембров в синтезаторах зависит в основном от двух факторов: подобия тембров (спектральные характеристики звука) и подобия динамических характеристик (так называемые исполнительские воздействии щипок струны гитары или арфы, касание смычком струн виолончели, перегиб грифа), причем последние психоакустические исследования показывают, что даже великолепно оцифрованный инструмент без свойственных ему исполнительских воздействий звучит неестественно, а плохая оцифровка или даже имитация тембра, имеющая характерные признаки игры на данном инструменте воспринимается слухом, как гораздо более похожая. В большинстве случаев наиболее полную информацию о характере звучания несет фаза атаки звука, на которой сильнее всего отражается применяемый при игре способ звукоизвлечения.
459
Вопросы и ответы Когда оцифровка инструментов выполняется полностью (от начала атаки) полученное звучание уже несет в себе примененный при записи метод звукоизвлечения. При этом отдельные MIDI-ноты звучат достаточно естественно, однако звучание всегда имеет характер однажды записанного инструмента и с трудом поддается изменению, отчего приходится иметь множество оцифровок с разным характером звукоизвлечения. Когда оцифровка сделана в так называемой стационарной фазе звучания после прохождения атаки — звучание отдельной MIDI-ноты уже не будет таким похожим на исходный инструмент, как бы качественно не была выполнена сама запись. Этот метод рассчитан на имитацию исполнительского воздействия средствами MIDI — параметрами инструмента и контроллерами управления громкостью, высотой (pitch bend), модуляцией, фильтрами. Такой подход более трудоемок, однако дает возможность создавать на основе имеющегося стационарного тембра множество тембров со свойствами различных инструментов. Например. для имитации игры на щипковых струнных инструментах синхронно с началом атаки вставляется небольшое быстро спадающее повышение тона, имитирующее более высокое звучание струны в момент щипка; для имитации духовых — постепенно снижающаяся по мере расходования запаса воздуха в легких громкость звучания. Нужные исполнительские воздействия для имитации естественного звучания акустических инструментов могут вноситься как вручную при помощи MIDIредакторов, так и автоматически — для этого служит программа Style Enhancer (NTONYX Computer Laboratory). Она позволяет не только накладывать на MIDIпартитуру воздействия, свойственные тому или иному инструменту при заданной манере игры, но и автоматически распознавать отдельные музыкальные фразы и обороты, преобразуя их в соответствии с заданным стилем исполнения. Также могут быть автоматически рассчитаны такие параметры, как амплитуда замаха перед ударом по струнам, объем воздуха в легких, скорость движения смычка в момент касания струн. Многие MIDI-партитуры с правильно сделанной имитацией исполнительских воздействий звучат даже на синтезаторах среднего класса субъективно более естественно, чем «чистые» партитуры — на сложных профессиональных аппаратах.
Как пользоваться методами сжатия Audio MPEG Форматы Audio MPEG разработаны для воспроизведения сжатого звука в реальном времени при помощи аппаратного или программного декодера. Например, для воспроизведения наиболее популярного сейчас формата Audio MPEG-1 Layer 3, файлы которого обычно имеют расширение .МРЗ, достаточно процессора Р5-75. Существует несколько программ-проигрывателей: WinPlay, WinAmp, MacAmp и другие. Для сжатия звука в реальном времени мощности современных процессоров недостаточно, однако существуют программные преобразователи, сжимающие готовые звуковые файлы формата PCM (WAV) — к примеру, L3Enc (DOS), МРЗ Compressor, XING MPEG Encoder, BladeEnc (Windows) и другие. Другим, часто более удобным, способом работы с Audio MPEG под Windows является использование ACM Codec — автоматических преобразователей форматов, работающих на уровне системы. При установке в систему такого Codec'a (к примеру, Fraunhoter IIS) потоки сжатых кадров в формате Audio MPEG возможно оформлять в виде одного из подформатов RIFF/Wave (файл WAV) и ра460
Вопросы и ответы ботать с ними при помощи любой программы, поддерживающей ЛСМ (к примеру, стандартный Media Player, Sound Recorder, а также почти любой звуковой редактор). Для обратного преобразования файлов формата Audio MPEG в формат РСМ возможно воспользоваться либо декодером (L3Dec для DOS), либо «проиграть» файл с одновременной записью в WAV (WinAmp, либо другой проигрыватель MPEG вкупе с виртуальным звуковым кабелем VAC). Надо заметить, что популярные ныне методы сравнения кодировщиков МРЗ по спектру звука, АЧХ и прочим «формальным» параметрам в общем случае некорректны, Audio MPEG относится к разряду систем «кодирования воспринимаемого» (perceptual coding), ориентированных на передачу только эффективно воспринимаемой слухом части звукового сигнала. Сравнение таких кодировщиков должно проводиться только на слух, а «формальные» параметры имеет смысл принимать во внимание только в том случае, когда они откровенно плохи для самых разных видов звукового материала.
Что такое РСМ и ADPCM PCM (Pulse Code Modulation — импульс но-кодовая модуляция) стандартный способ цифрового представления сигнала при помощи последовательности импульсов, каждый из которых кодируется абсолютным числовым значением амплитуды. Различаются знаковое (signed) и беззнаковое (unsigned) представления: в первом случае представлен двуполярный сигнал и отсчеты могут меняться от -N до +N, где N максимально возможная амплитуда; во втором случае — однополярный, когда отсчеты меняются от нуля до N. При записи/воспроизведении с помощью звуковой карты эти форматы функционатьно равнозначны — первый приводится ко второму сдвигом на половину максимальной амплитуды, и наоборот. ADPCM (Adaptive Delia PCM — адаптивная относительная И КМ) разновидность ИКМ, когда отсчеты представляются не в абсолютной форме, а в виде относительных изменений (delta) амплитуды. Это позволяет сократить разрядность отсчета до 2-4 бит, уменьшив при этом общий размер оцифровки, однако не позволяет точно представить сигналы с быстро меняющейся амплитудой.
Методы синтеза звука в звуковых платах Сейчас таких методов два: WT (WaveTable — таблица волн) — воспроизведение заранее записанных н цифровом виде звучаний — самплов (samples). Инструменты с малой длительностью звучания обычно записываются полностью, а для остальных может записываться лишь начало/конец звука и небольшая «средняя* часть, которая затем проигрывается в цикле в течение нужного времени. Для изменения высоты звука оцифровка проигрывается с разной скоростью, а чтобы при этом сильно не изменялся характер звучания — инструменты составляются из нескольких фрагментов для разных диапазонов нот. В сложных синтезаторах используется параллельное проигрывание нескольких самплов на одну ноту и дополнительная обработка звука (модуляция, фильтрование, различные «оживляющие» эффекты). Большинство плат содержит встроенный набор инструментов в ПЗУ. некоторые платы позволяют дополнительно загружать собственные инструменты в ОЗУ платы, а платы семейства GUS (кроме GUS РпР) содержат только ОЗУ и набор стандартных ин-
461
Вопросы и ответы струментов на диске. Некоторые модели PCI-плат позволяют использовать для загрузки инструментов общее ОЗУ компьютера (UMA Unified Memory Architecture, унифицированная архитектура памяти), Достоинства метода — предельная реалистичность звучания классических инструментов и простота получения звука. Недостатки — наличие жесткого набора заранее подготовленных тембров, многие параметры которых нельзя изменять в реальном времени, большие объемы памяти для самплов (иногда — до мегабайт на инструмент), различия в звучаниях разных синтезаторов из-за разных наборов стандартных инструментов. Надо заметить, что в большинстве музыкальных плат, для которых заявлен метод синтеза WT, в том числе — наиболее популярных семейств GUS и AWE32, на самом леле реализован более старый и простой «самплерный» метод, поскольку звук в них формируется из непрерывных во времени самплов, отчего атака и затухание звука звучат всегда с одинаковой длительностью, и только средняя часть может быть произвольной длительности. В «настоящем» WT звук формируется как из параллельных, так и из последовательных участков, что дает значительно большее разнообразие, а главное — выразительность звуков. FM (Frequency Modulation — частотная модуляция) — синтез при помощи нескольких генераторов CHI нала (обычно синусоидального) со взаимной модуляцией. Каждый генератор снабжается схемой управления частотой и амплитудой сигнала и образует «оператор» — базовую единицу синтеза. Чаще всего в звуковых картах применяется 2-операторный (OPL2) синтез и иногда — 4-операторный (OPL3) (хотя большинство карт поддерживает режим OPL3, стандартное программное обеспечение для совместимости программирует их в режиме OPL2). Схема соединения операторов (алгоритм) и параметры каждого оператора (частота, амплитуда и закон их изменения но времени) определяет тембр звучания; количество операторов и степень тонкости управления ими определяет предельное количество синтезируемых тембров. Достоинства метода — отсутствие заранее записанных звуков и памяти для них, большое разнообразие получаемых звучаний, повторяемость тембров на различных картах с совместимыми синтезаторами. Недостатки — очень малое количество «благозвучных» тембров во всем возможном диапазоне звучаний, отсутствие какого-либо алгоритма для их поиска, крайне грубая имитация звучания реальных инструментов, сложность реализации тонкого управления операторами, из-за чего в звуковых картах используется сильно упрощенная схема со значительно меньшим диапазоном возможных звучаний. При использовании в музыке звучаний реальных инструментов для синтеза лучше всего подходит метод WT; для создания же новых тембров более удобен FM, хотя возможности FM-синтезаторов звуковых карт сильно ограничены из-за своей простоты.
Что такое MIDI Musical Instrument Digital Interface — цифровой интерфейс музыкальных инструментов. Разработан в 1982 г. фуппой ведущих производителей электронных инструментов для унификации методов управления ими и объединения нескольких инструментов в единую систему.
462
Вопросы и ответы Под MIDI понимается как способ соединения инструментов — кабели, разъемы, способ передачи сигналов — так и набор команд-сообщений, передаваемых между инструментами. Большинство сообщений передается и реальном времени и отражает воздействия исполнителя на клавиатуру, педали, регуляторы и прочие ортаны управления инструментом. Прочие сообщения служат для установки общих режимов работы инструмента, переноса параметров звука, оцифровок, партитур. В настоящее время MIDI является обязательным интерфейсом любого электронного инструмента и стандартным интерфейсом в музыкальных студиях. С его помощью соединяются не только музыкальные инструменты, но и средства записи, воспроизведения и обработки звука, вспомогательная аппаратура. Синтезаторы звуковых карт также управляются по MIDI — аппаратно или с помощью программного драйвера-интерпретатора. Важно понимать, что сам интерфейс MIDI никак не связан со звучанием синтезатора — он позволяет только универсальным способом управлять его работой, а параметры звучания определяются конструкцией самого синтезатора.
Что такое GM, GS и XG GM (General MIDI — единый MIDI) — стандарт на набор тембров («инструментов») в музыкальных синтезаторах. Синтезатор в стандарте GM обязан иметь 128 мелодических инструментов (которыми возможно играть ноты разной высоты) в каналах I..9 и 11..16, и 46 ударных инструментов в канале 10 (своя нота для каждого инструмента). Мелодический набор состоит из 16 групп инструментов (пианино, органы, гитары, струнные, духовые, ударные) по 8 в каждой группе. За всеми инструментами закреплены номера (к примеру. Melodic 0 — Acoustic Grand Piano, Melodic 66 — Alto Sax, Percussion 35 — Acoustic Bass, Percussion 50 — High Tom), так что партитура, подготовленная в GM, будет похоже звучать на разных GM-инструментах. К сожалению, похожесть распространяется только на «классические» тембры — большинство синтетических (Pad/FX) и многие ударные сильно отличаются по скорости нарастания/затухания, громкости, окраске. GS (General Synth — единый синтез) — стандарт на набор тембров фирмы Roland. Включает вместе с General M I D I дополнительные наборы мелодических и ударных инструментов, различные эффекты (скрип двери, звук мотора, крики), а также дополнительные способы управления инструментами через MIDl-контроллеры. Многие звуковые карты поддерживают GM по умолчанию, a GS — в порядке расширения. XG (Extended General — единый расширенный) — новый стандарт, включающий несколько сотен мелодических и ударных инструментов, применяемых в профессиональной музыке. Содержит значительно более развитые средства управления синтезом, чем GM и GS. В частности, стандарт обязывает синтезатор иметь по одному резонансному фильтру на канал и три независимых вида эффектобработки, и обеспечивает управление в реальном времени атакой/затуханием звуков, портаменто, параметрами резонансных фильтров, раздельную настройку ударных звуков, а также подключение множества звуковых эффектов. Любой MIDI-канал может быть независимо от других установлен в режим мелодических или ударных инструментов. Использование стандарта XG позволяет создавать переносимые MIDI-файлы со звучанием, приближенным к профессиональному.
463
Вопросы и ответы В XG используется три типа эффект-обработки: reverb, chorus и variation. Последний представляет собой набор специальных эффектов, включающий несколько видов reverb и chorus, а также echo, delay, flanger, phaser, rotary speaker, wan-wan, distortion, overdrive, equalizer. Параметры каждого типа обработки устанавливаются независимо; в простых XG-синтезаторах из набора variation в каждый момент времени может действовать только один вид эффекта, в более сложных моделях — два и более. Глубина каждого из эффектов регулируется независимо для каждого канала; эффект variation может применяться к одному или всем каналам одновременно.
Структура современных звуковых плат Все звуковые платы по назначению возможно разделить на три группы: •
чисто звуковые, содержащие только тракт цифровой записи/воспроизведения. Эти платы позволяют только записывать или воспроизводить непрерывный звуковой поток, наподобие магнитофона. Вся работа по запоминанию записываемого и подготовке воспроизводимого потока возлагается на программное обеспечение; оцифрованный звук при этом в самой плате не хранится. Некоторые звуковые платы имеют встроенные сигнальные процессоры для обработки звука в процессе его записи или воспроизведения. чисто музыкальные, содержащие только музыкальный синтезатор. Такие платы ориентированы прежде всего на генерацию относительно коротких музыкальных звуков по командам от центрального процессора; сами звуки при этом либо создаются параметрически, либо воспроизводятся оцифровки, заранее помешенные в память синтезатора (ПЗУ или ОЗУ). Музыкальные платы не имеют возможности записи звука и, даже при наличии ОЗУ в синтезаторе, не рассчитаны на воспроизведение непрерывного звукового потока, хотя иногда этого возможно добиться при помощи особых методов. Некоторые музыкальные платы содержат эффект-процессор для обработки создаваемого звука.
•
комбинированные, или звуко-музыкальные, с объединенным на одной плате цифровым трактом и музыкальным синтезатором. Обычно под словом «синтезатор* подразумевается WT; платы только с FM-синтезатором, который сильно ограничен для музыкального применения, чаще всего относят к категории чисто звуковых.
По конструкции все платы делятся на обычные, или основные, называемые по традиции «картами», которые вставляются в разъем системной магистрали (обычно ISA), и дочерние, подключаемые к специальному 26-контактному разъему на основной карте. По сути, дочерняя плата как бы «надевается* на разъем, удерживаясь на нем только силой трения контактов и фиксирующих штифтов, образуя с основной картой своеобразный «бутерброд». Из-за ограничений интерфейса между основной и дочерней платами дочерние платы могут быть только чисто музыкальными — никаких возможностей по записи/воспроизведению звукового потока они иметь не могут,
464
Вопросы и ответы В комбинированных картах возможно выделить четыре более-менее независимых блока: •
Блок цифровой записи/воспроизведения, называемый также цифровым каналом, или трактом, карты. Осуществляет преобразования аналог->цифра и цифра->аналог в режиме программной передачи или по DMA. Состоит из узла, непосредственно выполняющего аналогово-цифровые преобразования АЦП/ЦАП (международное обозначение — coder/decoder, codec), и узла управления. АЦП/ЦАП либо интегрируется в состав одной из микросхем карты, либо применяется отдельная микросхема (AD1848, CS4231, СТ1703). От качества применяемого АЦП/ЦАП во многом зависит качество оцифровки и воспроизведения звука; не меньше зависит она и от входных и выходных усилителей. Цифровой канал большинства распространенных карт (кроме GUS) совместим с Sound Blaster Pro (8 разрядов, 44 кГц — моно, 22 кГц — стерео). Разрядность оцифровки, передаваемой по каналу DMA, не зависит от разрядности самого канала и определяется только возможностями карты.
•
Блок синтезатора. Построен либо на базе микросхем FM-синте *а OPL2 (YM3812) или OPL3 (YM262), либо на базе микросхем WTсинтеза (GF1, WaveFront, EMU8000, Dream), либо того и другого вместе. Работает либо под управлением драйвера (FM, большинство WT) программная реализация MIDI, либо под управлением собственного процессора — аппаратная реализация. Почти все FM-синтезаторы совместимы между собой, различные WT-синтезаторы — нет. Большинство WT-синтезаторов содержит встроенное ПЗУ со стандартным набором инструментов General M I D I (128 мелодических и 37 ударных инструментов), некоторые также содержат ОЗУ для загрузки дополнительных оцифрованных звуков, которые будут использоваться при исполнении музыки. Загружаемые звуки обычно оформляются в наборы (банки), содержащие тематические или универсальные наборы звуков (инструментов). Для композиции или аранжировки в основном применяются различные тематические банки, многие из которых зачастую используются одновременно, для простого проигрывания MIDI-файлов — универсальные (GM, GS, МТ-32).
•
Блок MPU. Осуществляет прием/передачу данных по внешнему MIDI-интерфейсу, выведенному на разъем MIDl/Joystick и разъем для дочерних MIDI-плат. Обычно более или менее совместим с интерфейсом MPU-401, но чаще всего требуется программная поддержка.
•
Блок микшера. Осуществляет регулирование уровней, коммутацию и сведение используемых на карте аналоговых сигналов. В состав микшера входят предварительные, промежуточные и выходные усилители звуковых сигналов.
465
Вопросы и ответы В дочерних платах основными блоками являются собственно музыкальный синтезатор и блок MlDI-интерфейса, через который плата получает MIDl-сообщения с основной карты. Синтезатор обязательно имеет ПЗУ различного объема; наличие ОЗУ возможно, но неудобно, поскольку MIDI является достаточно медленным для загрузки оцифровок интерфейсом. Синтезированный звук возвращается в основную карту по аналоговому стереоканалу.
Разное звучание одного и того же MIDI-файла на разных картах Это объясняется тем, что даже в General MIDI стандартизованы только названия инструментов и тембров, а их окраска, яркость, развитие во времени, громкость по умолчанию и прочие «второстепенные» параметры выбираются по вкусу производителями карт. Из-за этого, к примеру, на другой карте фоновые скрипки могут оказаться существенно громче и «задавить» сольную партию, или чрезмерно сильная модуляция инструмента по умолчанию — вызвать биения и диссонансы в аккордах. «Синтетические» тембры могут оказаться совершенно другого вида, звонкий на одной карте звук может быть глухим на другой, спад громкости после нажатия клавиши может быть быстрее или медленнее, несоответствия ударных могут вообще испортить весь рисунок. В общем случае относительно похоже звучат только чисто фортепианные партитуры. Нередко бывает и так, что МID-файл, приятно звучащий на посредственной WT-карте, при воспроизведении на более дорогой и качественной превращается в какофонию — по той же причине. Это касается и загрузки новых универсальных банков инструментов в ОЗУ карт; при этом может совершенно измениться звучание карты — как в лучшую, так и в худшую сторону.
Почему один и тот же MIDI-файл в разное время звучит по-разному Многие MlDl-файлы используют команды смены режимов работы синтезатора (особенно сильно это делается в партитурах для GS и XG), и далеко не всегда возвращают их в стандартное значение в конце партитуры. Кроме этого, большинство файлов не делает полной предустановки всех параметров в надежде на то, что они уже установлены в стандартное значение. Поэтому в общем случае перед проигрыванием каждого MIDI-файла желательно подать синтезатору команду сброса в режим GM, GS или XG — в зависимости от типа файла. Существуют специальные MIDI-файлы GM_ON, GS_RESET и им подобные, а также — проигрыватели, выполняющие команды сброса между файлами (к примеру, MediPlay).
Что такое MPU-401 и МТ-32 Это продукты фирмы Roland, ставшие фактическим стандартом для многих звуковых карт IBM PC: •
MPU-401 (MIDI Processing Unit — устройство MIDI-обработки) — плата MIDI-интерфейса для IBM PC. Полный вариант MPU-401 содержит UART (Universal Asynchronous Receicer/Transmitter универсальный асинхронный приемопередатчик, УАПП), вход/выход сигналов токовой петли и встроенный процессор
466
Вопросы и ответы обработки MIDI-сообщений. Интерфейс может работать либо i; интеллектуальном (Smart, Intelligent) режиме, либо в базовом (Dump), называемом также режимом простого приемопередатчика UART. В режиме Smart задействуется встроенный процессор. способный выбирать из всего потока только нужные MIDIсообщения, преобразовывать формат сообщений, автоматически передавать сообщения синхронизации; в режиме Dump работает только приемопередатчик, передавая и принимая все MIDIсообщения без изменений. Компьютер с MIDI-интерфейсом становится полноправным устройством в MIDI-сети, и может соединяться с клавиатурами, секвенсорами, синтезаторами, другими компьютерами (не обязательно IBM-совместимый), и может выступать как источником MIDI-сообщений, так и их приемником (к примеру, игратьчерез звуковую карту по командам от другого MfDl-устройства). •
МТ-32 — тонгенератор (внешний модуль-синтезатор с MIDIинтерфейсом). Для сопряжения с компьютером поставляется с платой типа MPU-401, но может использоваться и самостоятельно, Содержит восьмиканальный WT-синтезатор, в каждом канале может одновременно звучать до 16 нот (всего может звучать до 32 нот). Частично совместим по раскладке инструментов с GM. Имеет 128 мелодических, 30 ударных инструментов и 33 звуковых эффекта. Содержит встроенный ревербератор.
В описаниях большинства звуковых карт упоминается о совместимости с MPU-40I и МТ-32. Однако аппаратный MlDI-интерфейс большинства карт реализован на сигналах ТТЛ, а не токовой петли, как в MPU-401, и для подключения MIDI-устройств необходим адаптер с преобразователем «ТТЛ токовая петля». Кроме этого, во многих простых картах реализован так называемый интерфейс SBMIDI. принципиально несовместимый по управлению с MPU-401. Обычно утверждение «MPU-401 compatible» означает программную совместимость с режимом простого приемопередатчика MPU-401. Совместимость с МТ-32 означает поддержку инструментов с теми же номерами и похожими тембрами, но не гарантирует отработку SysEx.
Звуковые эффекты Reverb и Chorus •
Reverberation (повторение) — эффект отзвука, эха, создающий впечатление «объемности» звука («эффект зала»). Реализуется при помощи многократных повторений звука с небольшой задержкой между ними. Chorus (хор) — эффект «размножения» инструмента, создающий впечатление игры ансамбля, а при воспроизведении голоса — хорового пения. Реализуется копированием сигнала с небольшим временным сдвигом, возможно — в разные стереоканалы для придания «объемности».
В GS (а также в GM многих карт) глубина этих эффектов регулируется MIDI-контроллерами 91 и 93.
467
Вопросы и ответы
Что такое Polyphony и Multi-timbral •
Polyphony (полифония, многоголосие) — максимальное количество простейших звуков, которое синтезатор может воспроизводить одновременно. Оно определяется количеством внутренних генераторов синтезатора (реачьных или виртуальных). Хорошей считается полифония 32 и больше.
Полифония не обязательно означает количество одновременно звучащих нот. Один инструмент может состоять более, чем из одного простого звука, причем количество звуков в различных инструментах может быть разным — это приводит к соответствующему уменьшению количества одновременно звучащих нот. •
Multi-timbral (многотембровость) — максимальное количество инструментов, которые могут использоваться одновременно, без переключений. Обычно это число равно 16 — количеству M1DIканалов. Напрямую оно никак не связано с полифонией, однако аппаратура синтезатора общая для всех инструментов, и игра большим количеством инструментов может приводить к переполнению голосов и пропаданию отдельных нот,
Параметры, характеризующие звуковую карту Основные параметры — разрядность, максимальная частота дискретизации, количество каналов (моно или стерео), параметры синтезатора, расширяемость, совместимость. Под разрядностью карты имеется в виду разрядность цифрового представления звука — 8 или 16 бит. 8-разрядные карты дают качество звука, близкое к телефонному; 16-разрядные уже подходят под определение «Hi-Fi» и теоретически могут обеспечить студийное качество звучания, хотя практически это реализуется очень редко. Разрядность представления звука не имеет никакой связи с разрядностью системной шины для карты, однако карта для 32-разрядной шины МСА, EISA, VLB или PCI будет работать с несколько меньшими накладными расходами на запись/вое произведение оцифрованного звука, чем карта для ISA. Максимальная частота дискретизации (оцифровки) определяет максимальную частоту записываемого/воспроизводимого сигнала, которая примерно равна половине частоты дискретизации. Для записи/воспроизведения речи может быть достаточно 6-8 кГц, для музыки среднего качества — 20-25 кГц, для высококачественного звучания необходимо 44 кГц и больше. В некоторых картах возможно повысить частоту дискретизации ценой отказа от стереозвука: два канала по 22 кГц, либо один канал на 44 кГи. Параметры синтезатора определяют возможности карты в синтезе звука и музыки. Тип синтеза — FM или WT — определяет вид звучания музыки: на FMсинтезаторе инструменты звучат очень бедно, со «звенящим» оттенком, имитация классических инструментов весьма условна; на WT-синтезаторе звучание более «живое», «сочное», классические инструменты звучат естественно, а синтетические — более приятно, на хороших WT-синтезаторах может даже создаться впечатление «живой игры» или «слушания CD». Число голосов (polyphony) определяет предельное количество элементарных звуков, могущих звучать одновременно. Объем ПЗУ или ОЗУ WT-синтезатора говорит о количестве различных инстру-
468
Вопросы и ответы ментов или качестве их звучания (ПЗУ на 4 Мб может содержать 500 инструментов среднего качества или обычный, но хороший GM), небольшой объем ПЗУ не означает автоматически хорошего качества самплов, и наоборот. Для собственного музыкального творчества большое значение имеют возможности синтезатора по обработке звука (огибающие, модуляция, фильтрование, наличие эффект-процессора), а также возможность загрузки новых инструментов. Расширяемость определяет возможности по подключению дополнительных устройств, установке микросхем, расширению объема ПЗУ или ОЗУ. На многих картах есть 26-разрядный внутренний разъем для подключения дочерней платы, представляющей собой дополнительный WT-синтезатор. Практически на каждой карте есть разъем для подключения CD-ROM с интерфейсом Sony, М itsumi, Panasonic или IDE (сейчас популярны в основном последние два; IDE-интерфейс многих карт допускает подключение винчестера), бывают разъемы цифрового выхода (SPD1F) для подключения к студийному оборудованию, разъемы для подключения модема и другие. Некоторые карты допускают установку DSP и дополнительной памяти для самплов WT-синтезатора. Под совместимостью сейчас чаще всего понимается совместимость с моделями Sound Blaster — обычно SB Pro и SB 16 (последняя — только для карт производства Creative и карт на микросхеме Creative Vibra 16). Совместимость с SB Pro подразумевает совместимость и с AdLib —одной из первых звуковых карт для IBM PC. Основные отличия SB 16 от SB Pro: SB Pro — 8-разрядная карта, допускает запись/воспроизведение одного канала с частотой дискретизации 44.1 кГц либо двух канатов с частотой 22.05 кГц; SB 16 — 16-разрядная карта, допускает запись/воспроизведение с частотой до 44.1 кГц, имеет автоматическую регулировку уровня с микрофона и программную регулировку тембра. Обе карты имеют стереофонический FM-синтезатор (OPL3). Многие SB Pro-совместимые карты на самом деле 16-разрядные, но большинство программ использует их только в 8разрядном режиме SB Pro. Определенное значение имеет программная совместимость MIDI-интерфейса с MPU-401, позволяющая использовать внешний инструмент с программами, не имеющими специальных драйверов для MIDI-интерфейса карты (в основном это — старые программы для DOS). При работе в Windows эта совместимость обычно несущественна, ибо почти каждая карта имеет в комплекте набор драйверов для Windows. Совместимость карты с Windows Sound System понимается двояко: программная — возможность работы под управлением собственных драйверов в 16-разрядном режиме на 48 кГц, и аппаратная — возможность настройки на стандартные для WSS параметры (порт 530, IRQ 10) и отработку команд стандарта WSS.
Что представляет собой дочерняя MIDI-плата Дополнительный MlDI-синтезатор, подключаемый к специальному 26-ти контактному разъему на основной карте, который обычно называется Wave::able Connector (название происходит от того, что большинство дочерних плат использует метод синтеза WT и предназначены для расширения простых карт с методом FM) или Daughterboard Connector. Еще одно название разъема — Waveblaster Connector (разъем был введен в модели Creative SB 16 и предназначался для подключения платы Creative Waveblaster).
469
Вопросы и ответы Интерфейс для дочерней платы состоит из цепей питания, MIDI-выхода (иногда — и MIDI-входа), и стереофонического аналогового входа для звукового сигнала с платы. Плата получает MIDl-сообщения, посылаемые основной картой, на их основе синтезирует звук и передает его по звуковым цепям в микшер основной карты. Конструктивно дочерние платы выполняются таким образом, чтобы их возможно было непосредственно надеть на разъем основной карты, закрепив специальными штифтами, для которых в большинстве карт предусмотрены отверстия. Однако существуют карты, разъемы для дочерних плат на которых рассчитаны только на миниатюрные платы и расположены нестандартно, что не позволяет надеть на них плату стандартного формата (140 х 90 мм). Поскольку дочерняя карта представляет собой самостоятельный синтезатор, аналогичный по принципу работы музыкальным тонгенераторам, эффект от подключения платы полностью аналогичен эффекту от подключения внешнего синтезатора или тонгенератора к разъему MIDI/Joystick. Никакого дополнительного программного обеспечения для работы с дочерней платой не требуется — предназначенные ей MIDI-сообщения просто посылаются на внешний MIDl-порт основной карты (на картах с раздельными MIDI-портами для этого нужно выбрать внутренний). Однако любая дочерняя плата, как и любой синтезатор, может иметь свои особенности в настройке, поэтому для удобства работы с такими платами могут существовать специальные драйверы и управляющие программы. Поскольку большинство дочерних плат работают только на прием MIDIсообщений, для них не существует возможности программно определить наличие платы на разъеме. Это означает, что после подключения карты никакие системные установки или списки ресурсов не могут измениться сами собой — необходима ручная перенастройка системы. Так как: подключение дочерней платы фактически добавляет в систему еще один независимый синтезатор, при этом расширяется набор встроенных инструментов, увеличивается количество одновременно звучащих нот, становятся доступными новые возможности. Появляется возможность использовать более одного синтезатора при проигрывании MIDI-файлов для этого нужно поменять раскладку инструментов по каналам (к примеру, в Windows это делается при помощи закладки MIDI в Control Panel Ф Multimedia). К сожалению, практически не имеет смысла подключать качественные дочерние платы к простым основным картам типа Sound Galaxy или Edison Gold, поскольку у них чаше всего низкокачественные аналоговые цепи, и хороший звук с дочерней платы будет безнадежно испорчен.
Назначение DSP, ASP и CSP DSP (Digital Signal Processor — цифровой сигнальный процессор) специализированный быстродействующий процессор, используемый для сложной обработки звука в реальном времени. При помощи DSP обычно реализуются звуковые эффекты типа Reverb/Chorus и других, а также другие виды обработки звука компрессия, распознавание/синтез речи, моделирование акустики помещений. DSP может быть встроенным или съемным — в последнем случае при его установ-
470
Вопросы и ответы ке у карты появляются дополнительные возможности или расширяются существующие. На всех SB-совместимых картах DSP (в виде отдельной микросхемы или встроенный в общий чип) управляет оцифровкой/воспроизведением, компрессией/декомпрессией, а также обменом по MIDI в обход схемы MPU-401. ASP (Advanced Signal Processor — продвинутый (усиленный) сигнальный процессор) и CSP (Creative Signal Processor — сигнальный процессор Creative) — названия одного и того же специализированного DSP фирмы Creative Labs (микросхема СТ1748), используемого в некоторых картах типа Sound Blaster. Его наличие позволяет использовать дополнительные методы сжатия звука, увеличить скорость сжатия, повысить скорость и надежность распознавания речи. В ранних моделях SB на ASP при помощи программной загрузки параметров был реализован QSound — алгоритм обработки звука для придания ему большей пространственности; в новых моделях SB PnP это делает процессор 3DSound. Для сжатия звука под Windows ASP не используется — там это делают универсальные программные обработчики (ACM Codec), версии которых для ASP не выпускаются. ASP обрабатывает только смешанный звук со всех источников карты, поэтому выборочного влияния на звучание встроенных FM- и WT-синтезаторов он не оказывает.
Что такое Full Duplex Полный дуплекс — способность карты и ее драйверов одновременно воспроизводить и записывать звук. Обычно для этого нужна одновременная поддержка картой двух каналов DMA, либо наличие больших буферов внутри звукового процессора. В картах, совместимых с SB 16, одновременные запись/воспроизведение возможны только с разной разрядностью звука (16 — в одну сторону и 8 — в другую); прочие типы карт такого ограничения не имеют. Ограничение также снято в картах SB 16 на микросхеме Vibral6x, не использующей старшие каналы DMA. Что такое S/PDIF и AES/EBU S/PDIF (Sony/Philips Digital Interface Format — формат цифрового интерфейса фирм Sony и Philips) — цифровой интерфейс для бытовой радиоаппаратуры. AES/EBU (Audio Engineers Society/ European Broadcast Union — общество звукомнженеров / европейское вещательное объединение) — цифровой интерфейс для студийной радиоаппаратуры. Цифровой интерфейс позволяет передавать звуковые сигналы в реальном времени без какой-либо потери качества, которое неизбежно теряется при передаче сигнаюв в аналоговой форме. Интерфейсы используются также в звуковых картах SB AWE32, AWE64 Gold,ТВ Malibu,Terratec EWS64XL, Event ElectronincsGina/Layla, в расширенных версиях ТВ Pinnacle и Fiji и других.
471
Вопросы и ответы
Методы снижения уровня наводок от аппаратуры компьютера на карту Универсального метода не существует. Каждый конкретный случай определяется типами и даже экземплярами конкретной карты, системной платы, видеоадаптера, блока питания. Вначале имеет смысл определить, по какой из цепей идут помехи, при помощи регуляторов уровней в микшере. Ненужные входы (особенно микрофонный) вообще рекомендуется сразу отключать или ставить на них нулевой уровень громкости. В случае, если при нулевых уровнях всех входов помехи остаются — скорее всего, дело в наводках на саму карту. Нужно поэкспериментировать с перестановкой карт в разъемах, к примеру, звуковую — в самый дальний, а все остальные — в другой конец, или наоборот. Нужно также попробовать отключить все дополнительные устройства — CDROM, стример, винчестер — которые могут служить источниками наводок; некоторые приводы генерируют помехи при наличии электрического контакта с корпусом компьютера — их придется установить через прокладки. Это относится и к системной плате — при наличии контакта с корпусом в точках крепления она также может способствовать помехам. Иногда помехи возникают в некачественных блоках питания, вентиляторах охлаждения блока питания или процессора, в плохо спроектированных видеокартах, системных платах. Внешние помехи чаще всего возникают при подключении CDROM к звуковому входу. Их источником может быть сам CDROM или звуковой кабель. Кабель желательно использовать экранированный — скрученные провода больше подвержены помехам извне. Можно попробовать отсоединить по очереди с одной из сторон общие провода (экран) кабеля, оставив соединение с корпусом только в одном из разъемов. Также имеет смысл проложить кабель так, чтобы он проходил максимально близко от корпуса и максимально далеко от устройств компьютера. Может случиться и так, что данная модель звуковой карты сама по себе плохо спроектирована или разведена, отчего ловит свои собственные наводки. От этого возможно избавиться только заменой карты.
Отличие PnP-карт от обычных Прежде всего — способом настройки адресов портов, линий IRq и каналов DMA. На обычных картах эти параметры задаются либо жестко, либо перемычками, либо записываются в EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory — электрически репрограммируемое постоянное запоминающее устройство, ЭРПЗУ). В PnP-картах они устанавливаются при инициализации диспетчером РпР; это может быть PnP BIOS, специальная утилита для конфигурации или драйвере поддержкой РпР. До этой иницишшзации РпР-карта«не видна» процессору, и обычные программы не смогут с нею работать. Кроме этого, PnP-карта часто представляет собой новый вариант обычной карты, поэтому может довольно сильно отличаться от нее своими возможностями и характеристиками.
472
Вопросы и ответы
Что такое Retail- и ОЕМ-варианты Retail — вариант для розничной продажи, состоящий из карты, полного комплекта программного обеспечения и документации, хорошей упаковки и возможных приложений (кабели, переходники, микрофон, дополнительные программы, CD). Объявленная производителем цена относится к этому варианту поставки. Original Equipment Manufacturer — производитель собственного оборудования. Поставка предназначена для организаций, выпускающих компьютеры собственного изготовления или сборки, и представляет собой саму карту в комплекте с минимальным набором программного обеспечения и документации, в простейшей упаковке или вообще без нее, и обходится дешевле, чем Retail-вариант. OEM-наборы, прошедшие цепочку продавцов, могут доходить до конечного покупателя перекомплектованными или некомплектными. OEM-платы, продаваемые в розницу, могут вообще не комплектоваться программным обеспечением — при поставке партии OEM-плат к ней прилагается только один комплект обеспечения, предназначенный для предпродажной установки на собранный компьютер. В таких случаях торгующие фирмы обычно записывают его на дискеты покупателя, хотя могут этого и не делать. Варианты Retail и OEM не имеют никакого отношения к конструктивному исполнению плат — это только способы их комплектации, поставки и гарантийного обслуживания фирмой-изготовителем. Однако не исключено подпольное копирование популярных плат и последующая продажа их под маркой фирменных ОЕМ-вариантов.
Назначение эффект-процессора Эффект-процессор — это один или несколько DSP, предназначенных для обработки звука. Эффекты Reverb и Chorus сейчас являются практически стандартными; мощные процессоры предоставляют и другие типы эффектов Flanger, Phaser, Distortion, Echo, Delay. В зависимости от сложности процессора может управляться только наличие/отсутствие эффекта, его глубина, а в наиболее сложных — и различные параметры, существенно влияющие на окраску звука. Одни эффект-процессоры требуют установки всех режимов до начала вывода звука, другие допускают их регулировку в реальном времени, что очень важно для управления динамикой звука. Различаются общие, поканальные и поголосовые эффект-процессоры. Первые обрабатывают звук, объединенный со всех каналов синтезатора, вторые звучание отдельных MlDI-каналов, третьи — звучание отдельных голосов синтезатора. Количество и типы эффектов, которые могут быть одновременно применены к различным каналам/голосам, зависит от мощности процессора; сложные эффекты обычно не могут быть применены к множеству каналов сразу. Многосекционные процессоры допускают разделение секций между каналами, позволяя задавать либо простые эффекты для многих каналов, либо сложные — для одного-двух. Эффект-процессор может также иметь отдельные секции для каждого голоса — в этом случае все голоса могут иметь независимую глубину или параметры эффектов.
473
Вопросы и ответы
Почему звук в играх и трекерах звучит через GUS лучше, чем через AWE32 или ТВ Tropez? Вывод звука в трекерах и звуковых эффектов в большинстве игр реализован через цифровой канал. Все широко распространенные непрофессиональные звуковые карты с цифровым каналом, кроме GUS, совместимы в этом качестве с линией Sound Blaster. В качестве базовой для большинства игр была выбрана модель SB Pro — 22050 кГц в стереорежиме, 8-разрядная оцифровка. В связи с этим любая совместимая карта, даже SB 16 или AWE32, в режиме вывода звука для простоты трактуется программами, как SB Pro — с соответствующими ограничениями. Необходимость сводить в реальном времени несколько звуков в один цифровой канал еще больше ухудшает качество звучания. Для GIJS потребовалось создать собственный интерфейс, и при этом были задействованы его внутренние возможности по одновременному проигрыванию нескольких звуков — оцифровки загружаются в память его синтезатора, и затем воспроизводятся, как обычные MIDI-инструменты, либо идет обычное проигрывание, но 16-разрядного звука на частоте до 44 кГц, что дает значительно большую точность воспроизведения. Реализация такой же системы вывода возможна и на любых других картах с WT-синтезатором, однако она сложнее технически и требует поддержки сразу нескольких аппаратных WT-синтезаторов, что большинством производителей игр было признано невыгодным благодаря наличию на этих картах цифрового канала воспроизведения, совместимого с SB Pro. Для ряда трекеров и проигрывателей модулей выпускаются драйверы, позволяющие проигрывать звук через WT-синтезаторы, отличные от GF1.
Что представляет собой MIDI-клавиатура Образно говоря — устройство MIDI-ввода. Содержит собственно клавиатуру (4-6 октав), схему преобразования воздействий в MIDI-сообщения и адаптер с выходом MIDI Out. Основные параметры клавиатур: • •
количество клавиш. Большинство моделей имеет 49, 61 или 88; размер клавиш: полноразмерные (full-size) или уменьшенные; механические характеристики — упругость клавиш, реакция на воздействие, конструкция привода. Различаются простая пружинная конструкция, «взвешенные» (weighted) клавиши с грузиками различной массы на ближнем и дальнем концах, и клавиши с молоточковой системой (hammer action), наиболее близкие по ошушению к фортепианным; чувствительность к скорости нажатия/отпускания (velocity). пропорциональной силе удара по клавишам. У различных клавиатур разная крутизна зависимости выдаваемого значения скорости от силы удара;
•
чувствительность к общему давлению на клавиатуру (channel aftertouch) после нажатия клавиш. Измеряется общее давление, оказываемое исполнителем на всю клавиатуру в целом;
474
Вопросы и ответы •
чувствительность к давлению на отдельные клавиши (polyphonic aftertouch). Измеряется отдельно для каждой клавиши с момента ее нажатия;
•
наличие основных органов управления — колес (wheels) глубины модуляции (modulation) и смещения по высоте (pitch bend), педали удержания нот (sustain);
•
наличие дополнительных органов управления и индикации — движка ввода данных (data entry), индикатора режимов работы, средств передачи дополнительных MlDI-команд, октавной перестройки (transpose), дополнительных педалей,
Характеристики распространенных моделей MIDI-клавиатур (все клавиатуры, если не указано явно, имеют полноразмерные клавиши, чувствительны к скорости нажатия и могут работать от внешнего источника питания): •
Terratec MidiSmart TMS3: 49 пружинных узких клавиш, без чувствительности к силе удара. Питание — 9 В постоянного тока, в комплекте — источник питания, MIDI-адаптер и программа Steinberg Music Station. Quick Shot MIDI Composer: 49 пружинных клавиш, Modulation/Pitch Bend, Data Entry, октавная перестройка, перестройка по каналам, режим передачи команд, индикатор режима работы, педаль Sustain, встроенный адаптер для подключения к SBMIDI с выходом для джойстика, возможность питания от SBMIDI или батарей.
•
Roland PC-200mkII: 49 пружинных клавиш, Modulation/Pitch Bend, Data Entry, октавная перестройка, перестройка по каналам, режим передачи команд, индикатор режима работы. Fatar Studio 37: 37 пружинных клавиш, передача по каналу 1, питание 9 В постоянного/переменного тока.
•
Fatar Studio 49: 49 пружинных клавиш, передача по каналу 1, питание 9 В постоянного/переменного тока. Fatar Studio 490: 49 пружинных клавиш, передача по каналу 1, питание 9 В постоянного тока (источник — в комплекте). Fatar Studio 490 Plus: 49 пружинных клавиш, два MIDI-выхода, гнездо для педалей Sustain и Volume, октавная перестройка, переключение каналов, режим передачи команд, питание — 9 В постоянного тока (источник — в комплекте).
•
Fatar Studio 610: 61 пружинная клавиша, колеса Pitch Bend и программируемого контроллера, два MIDI-выхода, гнездо для педалей Sustain и Volume, октавная перестройка, переключение каналов, режим передачи команд, питание — 9 В постоянного тока (источник — в комплекте). Fatar StudioLogic 61: новый вариант модели 610. 61 пружинная клавиша, колеса Pitch Bend и программируемого контроллера, два MIDI-выхода, гнездо для педалей Sustain и Volume, октавная перестройка, переключение каналов, режим передачи команд, 475
Вопросы и ответы деление клавиатуры на две зоны, питание — 9 В постоянного тока (в комплекте). •
Fatar Studio 610 Plus: 61 взвешенная клавиша, Channel Aftertouch, колеса Pitch Bend и программируемого контроллера, два MIDIвыхода, гнездо для педалей Sustain и Volume, октавная перестройка, переключение каналов, режим передачи команд, питание — 9 В постоянного тока (источник — в комплекте).
•
Fatar StudioLogic 161: новый вариант модели 610 Plus. 61 взвешенная клавиша. Channel Aftertouch, колеса Pitch Bend и программируемого контроллера, два MlDI-выхода, гнездо для педалей Sustain и Volume, октавная перестройка, переключение каналов, режим передачи команд, деление клавиатуры на две зоны, питание — 9 В постоянного тока (источник — в комплекте, вместе с педалью Sustain.
•
Fatar Studio 900: 88 взвешенных клавиш с молоточковым механизмом, колеса Pitch Bend и программируемого контроллера, два MlDI-выхода, гнездо для педалей Sustain и Volume, октавная перестройка, переключение каналов, режим передачи команд, питание — 9 В постоянного тока (источник — в комплекте).
•
Yamaha CBX-K1 (Mike Sirotkin): мини-клавиатура, ориентированная на управление XG-модулями. 37 пружинных клавиш уменьшенного размера, октавный сдвиг +/- 4 октавы, два колеса: Pitch Bend и Assignable control (любой из 53-х контроллеров), дополнительный вход MIDI IN, режим передачи команд, в том числе ОМ ON, XG ON, Control Change (32 функции), питание от батарей или адаптера (в комплект не входит).
Возможность подключения дочерней платы, если на основной нет WT-разъема Это возможно, если на основной есть разъем MIDI/Joystick. В этом случае, руководствуясь разводкой разъемов, нужно подключить MIDI Out основной карты к MIDI In дочерней, a Audio Out дочерней — к любому Audio-входу основной (Line In, CD In, Aux In), обеспечить дочернюю плату питанием +5 и +/- 12 В и сигналом Reset с низким активным уровнем, и как-то закрепить ее в корпусе компьютера. При отсутствии на основной плате отрицательного сигнала Reset его возможно получить инверсией магистрального сигнала Reset Drv (к примеру, инвертором на транзисторе). Возможен вариант с размещением дочерней платы в отдельном корпусе с собственным блоком питания и схемой генерации Reset — в этом случае получается независимый тонгенератор (внешний MIDI-синтезатор), который соединяется с основной картой MIDI- и Audio-кабелями. В случае, если снабдить такой синтезатор адаптером стандартного MIDI-входа (токовая петля), то его возможно будет включать в сеть стандартных MIDI-инструментов.
476
Вопросы и ответы
Как заставить GUS РпР работать с загружаемыми инструментами Для этого нужны банки инструментов в формате InterWave — .FFF/.DAT, которых в первых поставках не было. Необходимо либо найти банки FFF (к примеру, с новых комплектах программного обеспечения), либо преобразовать файлы *.РАТ в формат InterWave программой GIPC, которую возможно найти на различных ftp-серверах.
Значение параметров среды BLASTER и SOUND Параметр BLASTER задает строку основных параметров SB-совместимой звуковой карты, представляемую в виде списка значений через пробел: А — адрес основного порта карты; 1 — линия прерывания; D — основной (восьмиразрядный) канал DMA (low DMA); Т - тип карты: 1 - SB (SB 1.0) 2 - SB Pro 3 - SB 2.0 4 - SB Pro 2
5 — SB MCV (Micro Channel Version) 6 - S B 16, AWE 32 или SB 32
H — дополнительный (шестнадцатиразрядный) канал DMA (high DMA); P — адрес порта MIDI-интерфейса; M — адрес набора портов микшера; Е — адрес младшего порта EMU8000 для AWE32/SB 32. Стандартные значения — А220 15 Dl H5 РЗЗО. Регистр букв и порядок параметров несущественны (это соглашение соблюдается не всеми программами). Параметр «Н» задается только для моделей типа 6; если его значение равно нулю - 16-разрядный канал не используется и все передачи идут по 8-разрядному каналу. Параметр «М» задается в том случае, если карта содержит микшер с отдельным набором портов (к примеру, выпускавшиеся ранее модели SB 2.0 CD). Практически все SB Pro-совместимые карты отождествляются с типом 4, и стандартная строка параметров для них имеет вид А220 15 DI T4. Часто такие карты по умолчанию используют IRq 7, что может приводить к конфликтам с контроллером LPT-порта. Многие программы, работающие со звуком, используют параметр BLASTER для автоматической настройки на карту или установки умолчаний при ручной настройке, Значением параметра SOUND является полное имя каталога, в котором размешено программное обеспечение карты. Служебные программы и некоторые библиотеки используют его для поиска динамически загружаемых драйверов. 477
Вопросы и ответы
Микрофоны для звуковой карты Распространенные микрофоны делятся на электродинамические и электретные. Электродинамический микрофон создает электрический сигнал за счет колебаний катушки в постоянном магнитном поле, отчего он обладает низким выходным сопротивлением и генерирует слабый сигнал (единицы мВ). Для получения хорошего звука такие микрофоны лучше подключать к картам с высокоомным усилителем, имеющим большой коэффициент усиления. В электретном (конденсаторном) микрофоне звуковая мембрана является одной из обкладок конденсатора, находящегося под действием электростатического поля за счет нанесенного на обкладки поляризующего слоя электрета. При колебании мембраны изменяется емкость конденсатора и напряжение на нем; колебания напряжения усиливаются встроенным усилителем. Такой микрофон имеет высокое выходное сопротивление и генерирует достаточно сильный сигнал (десятки мВ), однако он нуждается во внешнем источнике питания усилителя (обычно около 3-4 В). В некоторых микрофонах используется встроенная батарейка. Многие карты имеют переключатели типа «Dynamic/Condenser* для установки нужного типа микрофона. Карты Creative Sound Blaster рассчитаны на подключение электретного микрофона — на средний контакт штекера подается питающее напряжение +5 В, а с концевого контакта снимается звуковой сигнал. В случае, если на штекере микрофона концевой и средний контакт соединены уровень сигнала может упасть. Избежать этого возможно, обернув средний контакт узкой полоской тонкой липкой ленты.
Почему уровень шума карты часто гораздо выше паспортного Паспортный уровень шума измеряется при тестировании карты в «правильном* компьютере, где все компоненты (в основном — системная плата и блок питания) сделаны с соблюдением технологий минимизации уровня помех — тщательная фильтрация напряжений в блоке питания, грамотная разводка системной платы, фильтрующие емкости на шине, сертифицированные видеокарты. При установке карты в компьютер, собранный из компонент среднего и низкого качества, не согласованных друг с другом, уровень шума и помех может быть намного выше.
Можно ли иметь два WT-синтезатора, и зачем это может быть нужно Можно иметь сколько угодно WT-синтезаторов — как и любых других аппаратных или программных MIDI-устройств. WT — это метод синтеза, который никак не влияет на способ реализации МШ1-устройства. Различные синтезаторы (любые, а не только WT) имеют разные по объему и качеству наборы тембров, разные способы управления ими и самим процессом синтеза, и дополнительный синтезатор дает те же преимущества, что и дополнительный инструмент в оркестре.
478
Вопросы и ответы
Способы измерения соотношения сигнал/шум карты Точно это возможно сделать только с помощью специальных приборов, реализующих усреднение шума как по времени, так и по полосе частот, однако для приблизительной оценки возможно обойтись осциллографом, измерив амплитуду As синусоидачьного сигнала 1000 Гц и чистого шума An на выходе карты. Регулятор громкости карты при этом должен находиться в положении, обеспечивающем максимальный неискаженный уровень сигнала. Сам воспроизводимый сигнал должен иметь уровень 0 дБ (максимально возможная амплитуда синусоиды для выбранного разрешения квантования). Отношение сигнал/шум в децибелах будет приблизительно равно 20!g(As/An).
Почему звук PCI-карт прерывается при активной работе видеосистемы Многие PCI-видеокарты используют «нечестный» метод работы, захватывая шину PCI на длительное время и игнорируя требования арбитра освободить ее, достигая таким образом предельно возможной производительности видеосистемы. При параллельной работе звуковой PCI-карты это может приводить к невозможности извлечь из памяти очередную порцию звуковых данных или поместить ее туда. В настоящее время многие производители видеокарт выпустили драйверы, исправляющие эту проблему; в ряде случаев может потребоваться замена видеокарты.
Какие звуковые карты называются Sound Blaster Так называются только карты производства Creative — фирмы, состоящей из основной — Creative Labs, и научно-исследовательской — Creative Technology. Sound Blaster — одна из торговых марок Creative. Для всех остальных карт используется обозначение «Sound Blaster Compatible» «Совместимая с SB». Везде, где речь идет о Sound Blaster, должна подразумеваться только продукция Creative, иначе используется обозначение Sound Card.
Для чего нужен выход S/PDIF Это выход звука в цифровом виде с эквалайзера EMU8000 (в AWE64 Gold также с общего цифрового канала) — в 20-разрядном (для AWE64 Gold) или 18разрядном (для остальных моделей) формате на частоте 44.1 кГц, который возможно подать на вход внешнего ЦАП или усилителя со входом S/PDIF, получив более качественный звук с WT-синтезатора. На картах AWE32 с этого выхода снимается также сигнал FM-синтезатора. Сигнал S/PDIF есть только на микросхеме СТ1971; с микросхем СТ8903 и СТ8920 цифровой сигнал снимается во внутреннем формате, а в AWE64 Gold для формирования S/PDlF-выхода имеется специальный преобразователь. Таким образом, на картах AWE64 Value и поздних SB 32, не содержащих микросхемы СТ1971, сигнал S/PDIF недоступен. В последних моделях SB 32 на СТ1971 разъем S/PDIF не впаян, однако есть разводка для него. В большинстве моделей AWE выход сделан в виде двухконтактного внутреннего разъема (сигнальный + общий) с амплитудой ТТЛ (5 В). В AWE64 Gold
479
Вопросы и ответы амплитуда сигнала приведена к стандарту (0.5 В) и в комплект включена дополнительная планка с разъемом типа RCA. При наличии ТТЛ-выхода его возможно нагрузить на инфракрасный или красный светодиод (к примеру, АЛ307БМ, АЛ336) через токоограничительный резистор порядка 300 Ом, получив таким образом излучатель, вставляемый в оптический цифровой вход бытовой или студийной аппаратуры.
Что такое SoundFont Архитектура и формат банков загружаемых инструментов для EMU 8000. Различаются две разновидности: •
SoundFont 1: Три уровня — Sample, Layer и Instrument. Sample — сампл с собственной частотой дискретизации, основным тоном и точками зацикливания; Layer (слой) — сампл, воспроизводимый в заданном диапазоне нот, с собственными установками модуляторов (Env/LFO, высота/амплитуда/фильтр) Instrument — совокупность слоев, которые могут как стыковаться по высоте нот, так и перекрываться для одной ноты. При запуске звучания ноты запускаются все слои, относящиеся к данной ноте — каждый на своем голосе, с собственными параметрами звучания и модуляции, Уровень Instrument непосредственно «виден» по MIDI в виде номеров программ, или патчей. Тип файла — SBK.
•
SoundFont 2: Уровень Sample остался без изменения, уровням Layer и Instrument соответствуют Instrument и Preset, для которых введен дополнительный уровень Zone — совокупность самплов (для Instrument) или инструментов (для Preset) в пределах диапазона нот или скоростей удара, с индивидуальными характеристиками звучания и модуляции для каждого сампла. Соответственно, Instrument состоит из набора зон с самплами, a Preset — из набора зон с инструментами; плюс каждый из наборов зон может содержать глобальную зону, определяющую параметры по умолчанию для остальных зон. При задании параметров для уровня, уже имеющего подобный параметр, возможна как замена параметра нижнего уровня, так и его относительное изменение. Тип файла — SF2.
В SoundFont используются монофонические 16-разрядные самплы с частотой дискретизации 44.1 кГц. Однако с целью экономии памяти в банк могут включаться самплы с более низкими частотами дискретизации, принудительно описанные как 44.1, с последующим заданием более высокого основного тона. Каждый файл SoundFont может содержать определения одного или более банков инструментов, использующих как собственные самплы, так и ссылки на стандартные самплы из ПЗУ. Для создания и редактирования банков SoundFont служит программа Vienna SoundFont Studio, а также программа EsBeeKay.
Загрузка банков SoundFont Загрузка банков SounFont выполняется при помощи AWE Control Panel из стандартного комплекта профамм, либо программ AWE Piano, AWEPC,
480
Вопросы и ответы EsBeeKay и других, работающих с интерфейсом AWE Manager. В память ЕМШООО загружаются только сами самплы — все остальные параметры загружаются в системную память драйвера. В случае использования только самплов из ПЗУ банк не занимает места в памяти EMU8000, и может загружаться даже в карты без ОЗУ (SB 32). Драйвер AWE32 различает два вида банков: основной, или банк синтезатора (Synthesizer Bank) и дополнительные, или пользовательские банки (User Banks). Это отвечает системе банков, принятой в MIDI: основной банк имеет номер 0 и всегда должен быть загружен — он используется по умолчанию, когда банк явно не указан; дополнительные банки имеют номера 1..127 и могут загружаться в любой момент, до фактического использования. Для каждого загружаемого дополнительного банка нужно указать номер, под которым он будет использоваться, и 5ВК/5Р2-файл. При последующих запусках Windows эти банки будут загружаться автоматически, пока не будут очищены. Для того, чтобы подключить новый банк в качестве основного, нужно установить его в закладке «Synth» AWE Control Panel, желательно — в режиме «User v nth >
Использование банков SoundFont в MIDI-файлах Разместить в файле MIDI-команды смены банка и тембра (Bank/Patch Change). Драйвер AWE использует для смены банка только контроллер 0 (опция Controller 0 only в Cakewalk). Перед проигрыванием MIDI-файла нужно загрузить используемые им банки любым доступным способом, соблюдая соответствие номеров загружаемых и используемых в файле банков. Cakewalk с версии 6.01 поддерживает закрепление за WRK-файлами для AWE банков SoundFont, которые автоматически загружаются в нужные банки синтезатора при открытии WRK-файла (меню File "^ SoundFonts).
Преобразование банков других синтезаторов в SoundFont Это возможно сделать с помощью программ Convert, AWave, EsBeeKay и нескольких менее известных, однако после преобразования может понадобиться ручное редактирование банка, поскольку из-за различий в архитектурах синтезаторов точное преобразование в общем случае невозможно.
Возможно ли в AWE кэширование инструментов, как в GUS Стандартный драйвер этого не поддерживает. Существуют программы, позволяющие выборочно загружать инструменты из банков: AWEVBank общего назначения, реализующая идею «виртуального банка», содержащего только ссылки на инструменты в реальных банках, и AWEPC, самостоятельно проигрывающая MIDI-файл. предварительно загрузив в память нужные инструменты. Сделать полную поддержку кэширования возможно только доработкой драйвера или созданием драйвера более высокого уровня.
481
Вопросы и ответы
Как работает MIDI-синтезатор AWE В AWE используется программная интерпретация MIDI-сообщений. Сообшения получает драйвер, расшифровывает их и управляет работой EMU8000 для достижения нужного эффекта. Например, при получении сообщения Note On драйвер запускает по одному генератору EMU8000 на каждый слой ноты, при Note Off— отключает все генераторы этой ноты, по сообшению Pitch Bend — перестраивает частоту генераторов. Программная интерпретация MIDI позволяет сделать MIDI-синтезатор достаточно гибким, однако затрудняет реализацию некоторых видов управления EI реальном времени.
Способы переадресации вывода в MPU-401 на синтезатор EMU8000 При работе под DOS для этого служит перемычка MFBEN (MIDI FeedBack ENable — разрешение перехвата MIDI-сообщений). Кроме этого, нужно резидентно (с ключом /ЕМ) загрузить МIDI-интерпретатор AWEUTIL, который будет перехватывать сообщения, выводимые во внешний MIDI-порт (которые в норме направляются на внешний MIDI-интерфейс и разъем для дочерней платы), и отрабатывать их на синтезаторе ЕМШООО; при этом сообщения уже не будут проходить ни на внешний выход, ни на дочернюю плату.
Можно ли получить в EMU8000 другие типы эффектов В ЕМШООО реализован микропрограммный эффект-процессор с загружаемой извне микропрограммой, официальной документации на которую нет. Отдельные поля программы управляют работой цифрового эквалайзера EMU8000, однако подъем/ослабление по НЧ и ВЧ зависимы друг от друга и не могут регулироваться раздельно. Эмпирическим путем возможно подобрать новые режимы работы эффект-процессора (программы AWEFX, AWE Piano). На что действуют эффекты EMU8000 Только на звук, синтезируемый в нем самом — обычно по MIDI-сообщениям. В AWE32 два голоса EMU8000 были зарезервированы для регенерации его ОЗУ и попутно вводили в ЕМШООО сигналы левого и правого каналов FM-синтезатора, на которые возможно было накладывать эффекты. В SB 32 и AWE64 регенерация делается независимо, и все 32 канала работают только на синтез музыкальных звуков.
Отличие цифрового представления сигналов от аналогового Традиционное аналоговое представление сигналов основано на подобии (аналогичности) электрических сигналов {изменений тока и напряжения) представленным ими исходным сигналам (звуковому давлению, температуре, скорости), а также подобии форм электрических сигналов в различных точках усилительного или передающего тракта. Форма электрической кривой, описывающей (также говорят — переносящей) исходный сигнал, максимально приближена к форме кривой этого сигнала. Такое предстаатение наиболее точно, однако малейшее искажение формы несущего электрического сигнала неизбежно повлечет за собой такое же искаже482
Вопросы и ответы ние формы и сигнала переносимого. В терминах теории информации, количество информации в несущем сигнале в точности равно количеству информации в сигнале исходном, и электрическое представление не содержит избыточности, которая могла бы защитить переносимый сигнал от искажений при хранении, передаче и усилении. Цифровое представление электрических сигналов призвано внести в них избыточность, предохраняющую от воздействия паразитных помех. Для этого на несущий электрический сигнал накладываются серьезные ограничения — его амплитуда может принимать только два предельных значения — 0 и 1. Вся зона возможных амплитуд в этом случае делится на три зоны; нижняя представляет нулевые значения, верхняя — единичные, а промежуточная является запрещенной — внутрь нее могут попадать только помехи. Таким образом, любая помеха, амплитуда которой меньше половины амплитуды несущего сигнала, не оказывает влияния на правильность передачи значении 0 и 1. Помехи с большей амплитудой также не оказывают влияния, если длительность импульса помехи ощутимо меньше длительности информационного импульса, а на входе приемника установлен фильтр импульсных помех. Сформированный таким образом цифровой сигнал может переносить любую полезную информацию, которая закодирована в виде последовательности битов — нулей и единиц; частным случаем такой информации являются электрические и звуковые сигналы. Здесь количество информации в несущем цифровом сигнале значительно больше, нежели в кодированном исходном, так что несущий сигнал имеет определенную избыточность относительно исходного, и любые искажения формы кривой несущего сигнала, при которых еще сохраняется способность приемника правильно различать нули и единицы, не влияют на достоверность передаваемой этим сигналом информации, Однако в случае воздействия значительных помех форма сигнала может искажаться настолько, что точная передача переносимой информации становится невозможной — в ней появляются ошибки, которые при простом способе кодирования приемник не сможет не только исправить, но и обнаружить. Для еще большего повышения стойкости цифрового сигнала к помехам и искажениям применяется цифровое избыточное кодирование двух типов: проверочные (EDC — Error Detection Code, обнаруживающий ошибку код) и корректирующие (ЕСС — Error Correction Code, исправляющий ошибку код) коды. Цифровое кодирование состоит в простом добавлении к исходной информации дополнительных битов и/или преобразовании исходной битовой цепочки в цепочку большей длины и другой структуры. EDC позволяет просто обнаружить факт ошибки — искажение или выпадение полезной либо появление ложной цифры, однако переносимая информация в этом случае также искажается; ЕСС позволяет сразу же исправлять обнаруженные ошибки, сохраняя переносимую информацию неизменной. Для удобства и надежности передаваемую информацию разбивают на блоки (кадры), каждый из которых снабжается собственным набором этих кодов. Каждый вид EDC/ECC имеет свой предел способности обнаруживать и исправлять ошибки, за которым опять начинаются необнаруженные ошибки и искажения переносимой информации. Увеличение объема EDC/ECC относительно объема исход ной информации в общем случае повышает обнаруживающую и корректирующую способность этих кодов. 483
Вопросы и ответы В качестве EDC популярен циклический избыточный код CRC (Cyclic Redundancy Check), суть которого состоит в сложном перемешивании исходной информации в блоке и формированию коротких двоичных слов, разряды которых находятся в сильной перекрестной зависимости от каждого бита блока. Изменение даже одного бита в блоке вызывает значительное изменение вычисленного по нему CRC, и вероятность такого искажения битов, при котором CRC не изменится, исчезающе мала даже при коротких (единицы процентов от длины блока) словах CRC. В качестве ЕСС используются коды Хэмминга (Hamming) и Рида-Соломона (Reed-Solomon), которые также включают в себя и функции EDC. Информационная избыточность несущего цифрового сигнала приводит к значительному (на порядок и более) расширению полосы частот, требуемой для его успешной передачи, по сравнению с передачей исходного сигнала в аналоговой форме. Кроме собственно информационной избыточности, к расширению полосы приводит необходимость сохранения достаточно крутых фронтов цифровых импульсов. Кроме целей помехозашиты, информация в цифровом сигнале может быть подвергнута также линейному или канальному кодированию, задача которого — оптимизировать электрические параметры сигнала (полосу частот, постоянную составляющую, минимальное и максимальное количество нулевых/единичных импульсов в серии) под характеристики реального канала передачи или записи сигнала. Полученный несущий сигнал, в свою очередь, также является обычным электрическим сигналом, и к нему применимы любые операции с такими сигналами — передача по кабелю, усиление, фильтрование, модуляция, запись на магнитный, оптический или другой носитель. Единственным ограничением является сохранение информационного содержимого — так, чтобы при последующем анализе возможно было однозначно выделить и декодировать переносимую информацию, а из нее — исходный сигнал.
Как звук представляется в цифровом виде Исходная форма звукового сигнала — непрерывное изменение амплитуды во времени — представляется в цифровой форме с помощью «перекрестной дискретизации» — по времени и по уровню. Строго говоря, любой аналоговый сигнал в конечном счете тоже дискретен как по времени, так и по величине — к примеру, звуковой сигнал является результатом взаимодействия конечного числа атомов или молекул газов и твердых тел, электрический сигнал — результатом перемещения конечного числа элементарных зарядов (электронов). Поэтому, говоря о дискретизации аналогового сигнала, имеют в виду значительно большую степень дискретности, которая поддается измерению приборами средней точности. Согласно теореме Котельникова, любой непрерывный процесс с ограниченным спектром может быть полностью описан дискретной последовательностью его мгновенных значений, следующих с частотой, как минимум вдвое превышающей частоту наивысшей гармоники процесса; частота Fd выборки мгновенных значений (отсчетов) называется частотой дискретизации. Из теоремы следует, что сигнал с частотой Fa может быть успешно дискретизирован по времени на частоте 2Fa только в том случае, если он является чис-
484
Вопросы и ответы той синусоидой, ибо любое отклонение от синусоидальной формы приводит к выходу спектра за пределы частоты Fa. Таким образом, для временной дискретизации произвольного звукового сигнала (обычно имеющего, как известно, плавно спадающий спектр), необходим либо выбор частоты дискретизации с запасом, либо принудительное ограничение спектра входного сигнала ниже половины частоты дискретизации. Одновременно с временной дискретизацией выполняется амплитудная измерение мгновенных значений амплитуды и их представление в виде числовых величин с определенной точностью (квантование). Точность измерения (двоичная разрядность N получаемого дискретного значения) определяет уровень шума, вносимого квантованием, и динамический диапазон цифрового сигнала (теоретически, для цифрового сигнала в чистом виде, это взаимнообратные величины, однако любой реальный тракт имеет также и собственный уровень шумов и помех). Полученный поток чисел (серий двоичных цифр), описывающий звуковой сигнал, называют импульсно-кодовой модуляцией или ИКМ (Pulse Code Modulation, PCM), так как каждый импульс дискретизованного по времени сигнала представляется собственным цифровым кодом. Чаше всего применяютлинейное квантование, когда числовое значение отсчета пропорционально амплитуде сигнала. Из-за логарифмической природы слуха более целесообразным было бы логарифмическое квантование, когда числовое значение пропорционально величине сигнала в децибелах, однако это сопряжено с трудностями чисто технического характера. Временная дискретизация и амплитудное квантование сигнала неизбежно вносят в сигнал шумовые искажения, уровень которых принято оценивать по формуле 6N + lOlg (Рдискр/2Рмакс) + С (дБ), где константа С варьируется для разных типов сигналов: для чистой синусоиды это 1.7 дБ, для звуковых сигналов — от -15 до 2 дБ. Отсюда видно, что к снижению шумов в рабочей полосе частот И.Рмакс приводит не только увеличение разрядности отсчета, но и повышение частоты дискретизации относительно 2Рмакс, поскольку шумы квантования «размазываются» по всей полосе вплоть до частоты дискретизации, а звуковая информация занимает только нижнюю часть этой полосы. В большинстве современных цифровых звуковых систем используются стандартные частоты дискретизации 44.1 и 48 кГц, однако частотный диапазон сигнала обычно ограничивается возле 20 кГц для оставления запаса по отношению к теоретическому пределу. Также наиболее распространено 16-разрядное квантование по уровню, что дает предельное соотношение сигнал/шум около 98 дБ. В студийной аппаратуре используются более высокие разрешения — 18-, 20и 24-разрядное квантование при частотах дискретизации 56, 96 и 192 кГц. Это делается для того, чтобы сохранить высшие гармоники звукового сигнала, которые непосредственно не воспринимаются слухом, но влияют на формирование общей звуковой картины. Для оцифровки более узкололосных и менее качественных сигналов частота и разрядность дискретизации могут снижаться; к примеру, в телефонных линиях применяется 7- или 8-разрядная оцифровка с частотами 8..12 кГц.
485
Вопросы и ответы Представление аналогового сигнала в цифровом виде называется также импульс но-кодовой модуляцией <ИКМ, PCM — Pulse Code Modulation), так как сигнал представляется в виде серии импульсов постоянной частоты (временная дискретизация), амплитуда которых передается цифровым кодом (амплитудная дискретизация). РСМ-поток может быть как параллельным, когда все биты каждого отсчета передаются одновременно по нескольким линиям с частотой дискретизации, так и последовательным, когда биты передаются друг за другом с более высокой частотой по одной линии. Сам цифровой звук и относящиеся к нему вещи принято обозначать общим термином Digital Audio; аналоговая и цифровая части звуковой системы обозначаются терминами Analog Domain и Digital Domain.
Что такое АЦП и ЦАП А нал огово-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи. Первый преобразует аналоговый сигнал в цифровое значение амплитуды, второй выполняет обратное преобразование. В англоязычной литературе применяются термины ADC и DAC, а совмещенный преобразователь называют codec (coder-decoder). Принцип работы АЦП состоит в измерении уровня входного сигнала и выдаче результата в цифровой форме. В результате работы АЦП непрерывный аналоговый сигнал превращается в импульсный, с одновременным измерением амплитуды каждого импульса, ЦАП получает на входе цифровое значение амплитуды и выдает на выходе импульсы напряжения или тока нужной величины, которые расположенный за ним интегратор (аналоговый фильтр) превращает в непрерывный аналоговый сигнал. Для правильной работы АЦП входной сигнал не должен изменяться в течение времени преобразования, для чего на его входе обычно помещается схема выборки-хранения, фиксирующая мгновенный уровень сигнала и сохраняющая его в течение всего времени преобразования. На выходе ЦАП также может устанавливаться подобная схема, подавляющая влияние переходных процессов внутри ЦАП на параметры выходного сигнала. При временной дискретизации спектр полученного импульсного сигнала в своей нижней части O..Fa повторяет спектр исходного сигнала, а выше содержит ряд отражений (aliases, зеркальных спектров), которые расположены вокруг частоты дискретизации Fd и ее гармоник (боковые полосы). При этом первое отражение спектра от частоты Fd в случае Fd = 2Fa располагается непосредственно за полосой исходного сигнала, и требует для его подавления аналогового фильтра (anti-alias filter) с высокой крутизной среза. В АЦП этот фильтр устанавливается на входе, чтобы исключить перекрытие спектров и их интерференцию, а в ЦАП — на выходе, чтобы подавить в выходном сигнале надтональные помехи, внесенные временной дискретизацией.
Что такое передискретизация (oversampling) Это дискретизация сигнала с частотой, превышающей основную частоту дискретизации. Передискретизации может быть аналоговой, когда с повышенной частотой делаются выборки исходного сигнала, или цифровой, когда между уже существующими цифровыми отсчетами вставляются дополнительные, рассчитанные путем интерполяции. Другой способ получения значений промежуточных 486
Вопросы и ответы отсчетов состоит во вставке нулей, после чего вся последовательность подвер! ается цифровой фильтрации. В АЦП используется аналоговая передискретизация, в ЦАП — цифровая. Передискретизация используется для упрощения конструкций АЦП и ЦАП. По условиям задачи на входе АЦП и выходе ПАП должен быть установлен аналоговый фильтр с АЧХ, линейной в рабочем диапазоне и круто спадающей за его пределами. Реализация такого аналогового фильтра весьма сложна; в то же время при повышении частоты дискретизации вносимые ею отражения спектра пропорционально отодвигаются от основного сигнала, и аналоговый фильтр может иметь гораздо меньшую крутизну среза. Другое преимущество передискретизации состоит в том, что ошибки амплитудного квантования (шум дробления), распределенные по всему спектру квантуемого сигнала, при повышении частоты дискретизации распределяются по более широкой полосе частот, так что на долю основного звукового сигнала приходится меньшее количество шума. Каждое удвоение частоты снижает уровень шума квантования на 3 дБ; поскольку один двоичный разряд эквивалентен 6 дБ шума, каждое учетверение частоты позволяет уменьшить разрядность преобразователя на единицу. Передискретизация вместе с увеличением разрядности отсчета, интерполяцией отсчетов с повышенной точностью и выводом их на ЦАП надлежащей разрядности позволяет несколько улучшить качество восстановления звукового сигнала. По этой причине даже в 16-разрядных системах нередко применяются 1 8 - и 20-разрядные ЦАП с передискретизацией. АЦП и ЦАП с передискретизацией за счет значительного уменьшения времени преобразования могут обходиться без схемы выборки-хранения.
Достоинства и недостатки цифрового звука Цифровое представление звука ценно прежде всего возможностью бесконечного хранения и тиражирования без потери качества, однако преобразование из аналоговой формы в цифровую и обратно все же неизбежно приводит к частичной его потере. Наиболее неприятные на слух искажения, вносимые на этапе оцифровки — гранулярный шум, возникающий при квантовании сигнала по уровню из-за округления амплитуды до ближайшего дискретного значения. Гранулярный шум сильно коррелирован с сигналом (зависит от него), и представляет собой гармоники сигнала, искажения от которых наиболее заметны в верхней части спектра. Проявления гранулярного шума и его связь сигналом легко заметить, прослушав синусоидальный сигнал с частотой около 0.1..5 Гц гранулярный шум в этом случае проявляется в виде изменяющегося по высоте паразитного тона, частота которого зависит от частоты, формы и максимальной амплитуды полезного сигнала. Мощность гранулярного шума обратно пропорциональна количеству ступеней квантования, однако из-за логарифмической характеристики слуха при линейном квантовании (постоянная величина ступени) на тихие звуки приходится меньше ступеней квантования, чем на громкие, и в результате основная плотность нелинейных искажений приходится на область тихих звуков. Это приводит к ограничению динамического диапазона, который в идеале (безучета гармонических искажений) был бы равен соотношению сигнач/шум, однако необходимость ог487
Вопросы и ответы раничения этих искажений снижает динамический диапазон для 16-разрядного кодирования до 50-60 дБ. При восстановлении звука из цифровой формы в аналоговую возникает проблема сглаживания ступенчатой формы сигнала и подавления гармоник, вносимых частотой дискретизации. Из-за неидеальности АЧХ фильтров может происходить либо недостаточное подавление этих помех, либо избыточное ослабление полезных высокочастотных составляющих. Плохо подавленные гармоники частоты дискретизации искажают форму аналогового сигнала (особенно в области высоких частот), что создает впечатление «шероховатого», «грязного» звука.
Что такое Dithering и Noise Shaping Это в некотором роде искусственные методы обработки цифрового звукового сигнала, направленные на улучшение субъективного качества звучания ценой очевидного ухудшения его объективных характеристик (прежде всего — коэффициента нелинейных искажений и соотношения сигнал/шум), Dithering (сглаживание) заключается в добавлении к сигналу небольшого количества шума (псевдослучайного цифрового сигнала) разного спектра (белый. розовый). При этом заметно ослабляется корреляция ошибок квантования с полезным сигналом («рассеиваются» ошибки округления) и, несмотря на некоторое увеличение шума, субъективное качество звучания заметно повышается. Уровень добавляемого шума выбирается в зависимости от задачи и колеблется от половины младшего разряда отсчета до нескольких разрядов. Noise Shaping (формовка шума) заключается в преобразовании сильно зашумленного полезного сигнала с целью вытеснения чисто шумовых компонент в надтональную область с выделением в нижней части спектра основной энергии полезного сигнала. По существу, Noise Shaping является одним из видом PWM (Pulse Width Modulation широтно-импульсная модуляция, ШИМ) с дискретной шириной импульса. Сигнал, обработанный этим методом, требует обязательной фильтрации с подавлением высоких частот — это выполняется либо цифровым, либо аналоговым способом. Основное применение Noise Shaping находит в области представления цифровых сигналов отсчетами меньшей разрядности с повышенной частотой следования. В dclta-sigma ЦАП для повышения частоты следования отсчетов увеличивается в десятки раз частота дискретизации, на которой из исходных многоразрядных отсчетов формируются серии отсчетов разрядностью 1..3. Низкочастотная часть спектра потока этих отсчетов с высокой точностью повторяет спектр исходного сигнала, а высокочастотная содержит в основном чистый шум. В случае преобразования цифрового сигнала к отсчетам более низкой разрядности на той же частоте дискретизации Noise Shaping выполняется вместе с операцией Dithering'a. Поскольку в этом случае повышение частоты дискретизации невозможно, вместо этого спектр добавляемого шума формируется таким образом, чтобы его низко- и среднечастотная часть максимально точно повторяла слабую часть сигнала, заключенную в отсекаемых младших разрядах отсчетов, Благодаря этому основная энергия шума вытесняется в верхнюю часть рабочего диапазона частот, а в наиболее слышимой области остаются вполне разборчивые следы слабого сигнала, который иначе оказался бы полностью уничтоженным. Несмотря на то, что объективные искажения сохраненного таким образом слабо488
Вопросы и ответы го сигнала очень велики, его субъективное восприятие остается вполне приемлемым, позволяя воспринимать на слух компоненты, уровень которых меньше младшего разряда отсчета. По существу, Dithering и Noise Shaping являются частными случаями одной технологии — с той разницей, что в первом случае используется белый шум с равномерным спектром, а во втором — шум со спектром, специально сформированным под конкретный сигнал. Данная технология приводит к «нестандартному» использованию цифрового формата, основанному на особенностях человеческого слуха,
Устройство и принципы работы АЦП и ЦАП В основном применяется три конструкции АЦП: •
параллельные — входной сигнал одновременно сравнивается с эталонными уровнями набором схем сравнения (компараторов). которые формируют на выходе двоичное значение. В таком АЦП количество компараторов равно (2 в степени N) — 1, где N — разрядность цифрового кода (для восьмиразрядного — 255), что не позволяет наращивать разрядность свыше 10-12.
•
последовательного приближения — преобразователь при помощи вспомогательного ЦАП генерирует эталонный сигнач, сравниваемый со входным. Эгалонный сигнал последовательно изменяется по принципу половинного деления (дихотомии), который используется во многих методах сходящегося поиска прикладной математики. Это позволяет завершить преобразование за количество тактов, равное разрядности слова, независимо от величины входного сигнала. с измерением временных интервалов — широкая группа АЦП, использующая для измерения входного сигнала различные принципы преобразования уровней в пропорциональные временные интервалы, длительность которых измеряется при помощи тактового генератора высокой частоты. Иногда называются также считающими АЦП.
Среди АЦП с измерением временных интервалов преобладают следующие три типа: последовательного счета, или однократного интегрирования (single-slope) — в каждом такте преобразования запускается генератор линейно возрастающего напряжения, которое сравнивается со входным. Обычно такое напряжение получают на вспомогательном ЦАП, подобно АЦП последовательного приближения. •
двойного интегрирования (dual-slope) — в каждом такте преобразования входной сигнал заряжает конденсатор, который затем разряжается на источник опорного напряжения с измерением длительности разряда.
•
следящие — вариант АЦП последовательного счета, при котором генератор эталонного напряжения не перезапускается в каждом такте, а изменяет его от предыдущего значения до текущего. 489
Вопросы и ответы Наиболее популярным вариантом следящего АЦП является Sigma-Delta, работающий на частоте Fs, значительно (в 64 и более раз) превышающей частоту дискретизации Fd выходного цифрового сигнала. Компаратор такого АЦП выдает значения пониженной разрядности (обычно однобитовые — 0/1), сумма которых на интервале дискретизации Fd пропорциональна величине отсчета. Последовательность маюразрядных значений подвергается цифровой фильтрации и понижению частоты следования (decimation), в результате чего получается серия отсчетов с заданной разрядностью и частотой дискретизации Fd. Для улучшения соотношения сигнал/шум и снижения влияния ошибок квантования, которое в случае однобитового преобразователя получается довольно высоким, применяется метод формовки шума (Noise Shaping) через схемы обратной связи по ошибке и цифрового фильтрования. В результате применения этого метода форма спектра шума меняется так, что основная шумовая энергия вытесняется в область выше половины частоты Fs, незначительная часть остается в нижней половине, и практически весь шум удаляется из полосы исходного аналогового сигнала. ЦАП в основном строятся но двум принципам: •
взвешивающие — с суммированием взвешенных токов или напряжений, когда каждый разряд входного слова вносит соответствующий своему двоичному весу вклад в общую величину получаемого аналогового сигнала; такие ЦАП называют также параллельными или многоразрядными (multibit).
•
Sigma-Delta, по принципу действия обратные АЦП этого же типа. Входной цифровой сигнал подвергается значительной (64х и более) передискретизации и подается на модулятор, формирующий малоразрядные (обычно однобитовые) значения, обрабатываемые методом Noise Shaping (обычно реализуемым посредством цифрового фильтра и обратной связи по ошибке), Полученные в результате малоразрядные отсчеты управляют схемой выдачи эталонных зарядов, которые со столь же высокой частотой добавляются к выходному сигналу.
Типы ЦАП, выдающих истинно одноразрядный поток, называют bitstream (поток битов) или PDM (Pulse Density Modulation — модуляция плотностью импульсов). Несколько другой тип представляют ЦАП с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ, Pulse Width Modulation, PWM), когда на схему выборки-хранения аналогового сигнала выдаются импульсы постоянной амплитуды и переменной длительности, управляя дозированием выдаваемого на выход заряда. На этом принципе работают преобразователи MASH (Multi-stAge noise SHaping — многостадийная формовка шума) фирмы Matsushita. В них сигнал обратной связи по ошибке получают сразу несколько схем формовки шума, управляющих шириной выходного импульса. Различие ЦАП типа PDM и PWM в основном состоит в том, что максимальная ширина импульса в PWM не равна степени двойки (к примеру, для MASH она равна 11). ЦАП с передискретизацией и малым числом реальных разрядов обладают значительно лучшей линейностью, нежели пара!лельные ЦАП той же эффектив-
490
Вопросы и ответы ной разрядности. Форма выходного сигнала таких ЦАП представляет собой полезный сигнал, обрамленный значительным количеством высокочастотного шума, основная энергия которого достаточно далеко отстоит от верхней частоты полезного сигнала и потому эффективно подавляется даже простейшим аналоговым фильтром. Эффективная разрядность Delta-Sigma ЦАП обычно определяется из параметров выходного сигнала — уровня шума и коэффициента нелинейных искрений, характерных для параллельного ЦАП определенной разрядности. При этом эффективная разрядность Delta-Sigma ЦАП может значительно превышать разрядность его входного сигнала — к примеру, ЦАП для 16-разрядного цифрового сигнала может иметь эффективную разрядность 18, 20 и более, сглаживая исходный сигнал, уменьшая в нем влияние ошибок квантования и тем самым делам его более комфортным для слухового восприятия. ЦАП являются «прямыми» устройствами, в которых преобразование выполняется проще и быстрее, чем в АЦП, которые в большинстве своем последовательные и более медленные устройства.
Интерфейсы, использующиеся для передачи цифрового звука S/PD1F (Sony/Philips Digital Interface Format — формат цифрового интерфейса фирм Sony и Philips) — цифровой интерфейс для бытовой радиоаппаратуры. AES/EBU (Audio Engineers Society/ European Broadcast Union — общество звукоинженеров/европейское вещательное объединение) — цифровой интерфейс для студийной радиоаппаратуры. Оба интерфейса являются последовательными и используют одинаковый формат сигнала и систему кодирования — самосинхронизирующийся код ВМС (Biphase-Mark Code — код с представлением единицы двойным изменением фазы). Оба могут передавать стереосигналы в формате РСМ разрядностью до 24 бит на частотах дискретизации до 48 кГц. Каждый отсчет сигнала передается 32-разрядным словом (кадром), в котором 20 разрядов используются для передачи отсчета, а 12 — для формирования синхронизирующей преамбулы, передачи дополнительной информации и бита четности. 4 разряда из служебной группы могут использоваться для расширения формата отсчетов до 24 разрядов. 192 последовательных кадра образуют блок, начало которого отмечается специальным кодом преамбулы первого кадра. Помимо бита четности, служебная часть слова содержит бит достоверности (Validity), который должен быть нулевым для каждого достоверного отсчета. В случае приема слова с единичным битом Validity либо с нарушением четности в слове приемник трактует весь отсчет как ошибочный и может на выбор либо заменить его предыдущим значением, либо интерполировать на основе нескольких соседних достоверных отсчетов. Отсчеты, помеченные как недостоверные, могут передавать CD-проигрыватели, DAT-магнитофоны и другие устройства, если при считывании информации с носителя не удалось скорректировать возникшие в процессе чтения ошибки.
491
Вопросы и ответы В служебную часть слова входят также биты С (Channel Status состояние канала) и U (User Bit — бит пользователя). Последовательная цепочка каждого из этих битов, взятых по одному из каждого кадра блока, образует 192-разрядное слово служебных битов блока, где передается информация о названии произведения, номере дорожки, идентификаторе передающего устройства, субкодах компактдиска. В S/PDIF передаются параметры зашиты от копирования (SCMS). Стандартно формат кодирования предназначен для передачи одно- и двухканального сигнала, однако при использовании служебных разрядов для кодирования номера канала возможна передача многоканального сигнала. Результирующая частота сигнала в линии в стерсорсжиме — 4..6 МГц в зависимости от частоты дискретизации. С электрической стороны S/PD1F предусматривает соединение коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 75 Ом и разъемами типа RCA («тюльпан*), амплитуда сигнала — 0.5 В. AES/EBU предусматривает соединение симметричным экранированным двухпроводным кабелем с трансформаторной развязкой по интерфейсу RS-422 с амплитудой сигнала 3-10 В, разъемы — трехконтактные типа Cannon XLR. Существуют также оптические варианты приемопередатчиков — TosLink (пластмассовое оптоволокно) и AT&T Link (стеклянное оптоволокно)
Методы, использующиеся для эффективного сжатия цифрового звука Наиболее известны Audio MPEG, PASC и ATRAC. Все они используют так называемое «кодирование воспринимаемого» (perceptual coding) при котором из звукового сигнала удаляется информация, малозаметная для слуха. В результате, несмотря на изменение формы и спектра сигнала, его слуховое восприятие практически не меняется, а степень сжатия оправдывает незначительное уменьшение качества. Такое кодирование относится к методам сжатия с потерями (lossy compression), когда из сжатого сигнала уже невозможно точно восстановить исходную волновую форму. Приемы удаления части информации базируются на особенности человеческого слуха, называемой маскированием: при наличии в спектре звука выраженных пиков (преобладающих гармоник) более слабые частотные составляющие в непосредственной близости от них слухом практически не воспринимаются (маскируются), При кодировании весьзвуковой поток разбивается на мелкие кадры, каждый из которых преобразуется в спектральное представление и делится на ряд частотных полос. Внутри полос происходит определение и удаление маскируемых звуков, после чего каждый кадр подвергается адаптивному кодированию прямо в спектральной форме. Все эти операции позволяют значительно (в несколько раз) уменьшить объем данных при сохранении качества, приемлемого для большинства слушателей. Каждый из описанных методов кодирования характеризуется скоростью битового потока (bitrate), с которой сжатая информация должна поступать в декодер при восстановлении звукового сигнала. Декодер преобразует серию сжатых мгновенных спектров сигнала в обычную цифровую волновую форму. Audio MPEG — группа методов сжатия звука, стандартизованная MPEG (Moving Pictures Experts Group — экспертной группой по обработке движущихся 492
Вопросы и ответы изображений). Методы Audio MPEG существуют в виде нескольких типов MPEG-1, 2 и 3; в настоящее время наиболее распространен тип MPEG-3. Audio MPEG используется в компьютерных звуковых системах, CDi/DVD, «звуковых* дисках CD-ROM, цифровом радио/телевидении и других системах массовой передачи звука. PASC (Precision Adaptive Sub-band Coding — точное адаптивное инутрпполосное кодирование) — частный случай Audio MPEG-1 Layer 1 со скоростью потока 384 Кбит/с (сжатие 1:4). Применяется в системе DCC. ATRAC (Adaptive TRansform Acoustic Coding — акустическое кодирование адаптивным преобразованием) базируется на стереофоническом звуковом формате с 16-разрядным квантованием и частотой дискретизации 44.1 кГц, При сжатии каждый кадр делится на 52 частотные полосы, результирующая скорость потока — 292 Кбит/с (сжатие 1:5). Применяется в системе MiniDisk.
Форматы, использующиеся для представления цифрового звука Понятие формата используется в двух различных смыслах, При использовании специализированного носителя или способа записи и специальных устройств чтения/записи в понятие формата входят как физические характеристики носителя звука — размеры кассеты с магнитной лентой или диском, самой ленты или диска, способ записи, параметры сигнала, принципы кодирования и защиты от ошибок. При использовании универсального информационного носителя широкого применения — к примеру, компьютерного гибкого или жесткого диска - - под форматом понимают только способ кодирования цифрового сигнала, особенности расположения битов и слов и структуру служебной информации; вся «низкоуровневая» часть, относящаяся непосредственно к работе с носителем, в этом случае остается п ведении компьютера и его операционной системы. Из специализированных форматов и носителей цифрового звука в настоящее время наиболее известны следующие: •
CD (Compact Disk — компакт-диск) — односторонний пластмассовый диск с оптической лазерной записью и считыванием, диаметром 120 или 90 мм, вмещающий максимум 74 минуты стереозвучания с частотой дискретизации 44.1 кГц и 16-разрядным линейным квантованием. Система предложена фирмами Sony и Pbilips и носит название CD-DA (Compact Disk — Digital Audio). Для защиты от ошибок используется двойной код Рида-Соломона с перекрестным псремежением (Cross Interleaved Reed-Solomon Code, CIRC) и модуляция кодом Хэмминга 8-14 (Eight-to-Fourteen Modulation, EFM). Различаются штампованные (CD) однократно записываемые (CD-R) и многократно перезаписываемые (CD-RW) компакт-диски.
•
ИКМ-приставка (PCM deck) — система для преобразования цифрового звукового сигнала в псевдовидеосигнал, совместимый с популярными видеоформатами (NTSC, PAL/SECAM), и обратно. И КМ-приставки применяются в сочетании с бытовыми (VHS) или
493
Вопросы и ответы студийными (S-VHS, Beta, U-Matic) видеомагнитофонами, используя их в качестве устройств чтения/записи. Устройства работают с 16-разрядным линейным квантованием на частотах дискретизации 44.056 кГц (NTSC) и 44.1 кГц (PAL/SECAM), и позволяют записывать двух- или четырехканальную цифровую сигналограмму. По сути, такая приставка представляет собой модем (модулятор-демодулятор) для видеосигнала. S-DAT (Stationary' head Digital Audio Tape — цифровая звуковая лента с неподвижной головкой) — система наподобие обычного кассетного магнитофона, запись и чтение в которой ведутся блоком неподвижных тонкопленочных головок на ленте шириной 3.81 мм в двухсторонней кассете размером 86 х 55.5 х 9.5 мм. Реализует 16-разрядную запись двух или четырех канатов на частотах 32, 44.1 и 48 кГц. R-DAT (Rotary head Digital Audio Tape — цифровая звуковая лента с вращающейся головкой) — система наподобие видеомагнитофона с поперечно-наклонной записью вращающимися головками. Наиболее популярный формат ленточной цифровой записи, системы R-DAT часто обозначаются просто DAT. В R-DAT используется кассета размером 73 х 54 х 10.5 мм, с лентой шириной 3.81 мм, а сама система кассеты и магнитофона очень похожа на типовой видеомагнитофон. Базовая скорость движения ленты — 8.15 мм/с, скорость вращения блока головок — 2000 об/мин. R-DAT работает с двухканапьным (в ряде моделей четырехканальным) сигналом на частотах дискретизации 44.1 и 48 кГц с 16-разрядном линейным квантованием, и 32 кГц — с 12-разрядным нелинейным. Для защиты от ошибок используется двойной код Рида-Соломона и модуляция кодом 8-10. Емкость кассеты — 80..240 минут в зависимости от скорости и длины ленты. Бытовые DAT-магнитофоны обычно оснащены системой защиты от незаконного копирования фонограмм, не допускающей записи с аналогового входа на частоте 44.1 кГц, а также прямого цифрового копирования при наличии запрещающих кодов SCMS (Serial Code Managenent System). Студийные магнитофоны таких ограничений не имеют. DASH (Digital Audio Stationary Head) — система с записью на магнитную ленту шириной 6.3 и 12.7 мм в продольном направлении неподвижными головками. Скорость движения ленты - 19.05, 38.1, 76.2 см/с. Реализует 16-разрядную запись с частотами дискретизации 44.056, 44.1 и 48 кГц от 2 до 48 канатов. ADAT (Alesis DAT) — собственная (proprietary) система восьмиканальной записи звука на видеокассету типа S-VHS, разработанная фирмой Alesis. Использует 16-разрядное линейное квантование на частоте 48 кГц, емкость кассеты составляет до 60 минут на каждый канал. Магнитофоны ADAT допускают каскадное соединение, в результате чего может быть собрана система 128канальной синхронной записи. Для ADAT выпускается множество различных интерфейсных блоков для сопряжения с DAT, CD,
494
Вопросы и ответы MIDI. Модель Meridian (ADAT Туре II) использует 20-разрядное квантование на частотах 44.1 и 48 кГц. •
DCC (Digital Compact Cassette — цифровая компакт-кассета) — бытовая система записи в продольном направлении на стандартную компакт-кассету, разработанная Philips. Скорость движения ленты — 4.76 см/с, максимальное время звучания такое же, как при аналоговой записи. Частоты дискретизации — 32, 44.1, 48 кГц, разрешение — 16/18 разрядов (метод сжатия PASC). На DCCмагнитофонах могут воспроизводиться (но не записываться) обычные аналоговые компакт-кассеты. В настоящее время система DCC признана неперспективной.
•
MD (MiniDisk) — бытовая и концертная система записи на магнитооптический диск, разработанная Sony. Диск диаметром 64 мм, помешенный в пластмассовый футляр размером 70 х 67.5 х 5 мм, вмещает 74 минуты (60 в ранних версиях) стереофонического звучания. При обмене со внешними устройствами используется формат 16-разрядных отсчетов на частоте 44.1 кГц, однако на сам диск сигнал записывается после сжатия методом ATRAC.
Из универсальных компьютерных форматов наиболее популярны следующие: •
Microsoft RIFF/WAVE (Resource Interchange File Format/Wave — формат файлов передачи ресурсов/волновая форма) — стандартный формат звуковых файлов в компьютерах IBM PC. Файл этого формата содержит заголовок, описывающий общие параметры файла, и один или более фрагментов (chunks), каждый из которых представляет собой волновую форму или вспомогательную информацию — режимы и порядок воспроизведения, пометки, названия и координаты участков волны. Файлы этого формата имеют расширение .WAV.
•
Apple AIFF (Audio Interchange File Format — формат файла обмена звуком) — стандартный тип звукового файла в системах Apple Macintosh. Похож на RIFF и также позволяет размещать вместе со звуковой волной дополнительную информацию, в частности — самплы WaveTable-инструментов вместе с параметрами синтезатора. Формат «чистой оцифровки» RAW, не содержащий заголовка и представляющий собой только последовательность отсчетов звуковой волны. Обычно оцифровка хранится в 16-разрядном знаковом (signed) формате, когда первыми в каждой паре идут отсчеты левого канала, хотя могут быть и исключения.
Процесс обработки цифрового звука Цифровой звук обрабатывается посредством математических операций, применяемых к отдельным отсчетам сигнала, либо к группам отсчетов различной длины. Выполняемые математические операции могут либо имитировать работу традиционных аналоговых средств обработки (микширование двух сигналов сложение, усиление/ослабление сигнала умножение на константу, модуляция — 495
Вопросы и ответы умножение на функцию), либо использовать альтернативные методы — к примеру, разложение сигнала в спектр (ряд Фурье), коррекция отдельных частотных составляющих, затем обратная «сборка» сигнала из спектра. Обработка цифровых сигналов подразделяется на линейную (в реальном времени, над «живым» сигналом) и нелинейную — над предварительно записанн ы м сигналом, Линейная обработка требует достаточного быстродействия вычислительной системы (процессора); в ряде случаев невозможно совмещение требуемого быстродействия и качества, и тогда используется упрощенная обработка с пониженным качеством. Нелинейная обработка никак не ограничена во времени, поэтому для нее могут быть использованы вычислительные средства любой мощности, а время обработки, особенно с высоким качеством, может достигать нескольких минут и даже часов. Для обработки применяются как универсальные процессоры общего назначения — Intel, Motorola, SPARC — так и специализированные цифровые сигнальные процессоры (Digital Signal Processor, DSP) Texas Instruments, Analog Devices. Разница между универсальным процессором и DSP состоит в том, что первый ориентирован на широкий класс задач — научных, экономических, логических, игровых, и содержит большой набор команд общего назначения, в котором преобладают обычные математические и логические операции. DSP специально ориентированы на обработку сигналов и содержат наборы специфический операций — сложение с ограничением, перемножение векторов, вычисление математического ряда. Реализация даже несложной обработки звука на универсальном процессоре требует значительного быстродействия и далеко не всегда возможна в реальном времени, в то время как даже простые DSP нередко справляются в реальном времени с относительно сложной обработкой, а мощные DSP способны выполнять качественную спектральную обработку сразу нескольких сигналов. В силу своей специализации DSP редко применяются самостоятельно — чаще всего устройство обработки имеет универсальный процессор средней мощности для управления всем устройством, приема/передачи информации, взаимодействия с пользователем, и один или несколько DSP — собственно для обработки звукового сигнала. Например, для реализации надежной и быстрой обработки сигналов в компьютерных системах применяют специализированные платы с DSP, через которые пропускается обрабатываемый сигнал, вто время как центральному процессору компьютера остаются лишь функции управления и передачи.
Что представляет собой цифровая звуковая рабочая станция Digital Audio Workstation (DAW) представляет собой специализированную или универсальную компьютерную систему, способную выполнять запись, хранение, воспроизведение и обработку цифрового звука. Специализированные системы ориентированы исключительно на работу с цифровым звуком и выпускаются в законченном исполнении, допускающем лишь ограниченное расширение, либо нерасширяемые вообще. Универсальные системы представляют собой обычный персональный компьютер, снабженный средствами для ввода/вывода звука (ЦАП/АЦП и/или цифровые интерфейсы) и набором программ для его записи.
496
Вопросы и ответы воспроизведения и обработки. Кроме этого, станция может содержать и другие компоненты — к примеру, аппаратные модули цифровой обработки, музыкальные синтезаторы, записывающие CD-приводы. Поскольку любая компьютерная система является сильным источником высокочастотных помех, возникают определенные проблемы в достижении профессионального качества звука при использовании встроенных АЦП/ЦАП. В таких случаях предпочтительно использование внешних модулей АЦП/ЦАП, выдающих и получающих цифровую информацию в реальном времени через универсальные или собственные цифровые интерфейсы.
Какие жесткие диски используются в рабочих станциях Большинство специализированных рабочих станций используют для хранения звука жесткие диски с интерфейсом SCSI (Small Computer System Interface — интерфейс малых компьютерных систем), ставшие универсальным стандартом - любая популярная компьютерная система имеет возможность подключения этих дисков. Достоинствами SCSI является универсальность среди всех компьютерных систем, возможность подключения до семи устройств (любых, не только дисковых) к одному контроллеру, хороший арбитраж при конкуренции устройств, интеллектуальность каждого устройства, более высокое общее качество исполнен и я , возможность использования интерфейса для прямой связи между двумя станциями. К недостаткам SCSI следует отнести высокую стоимость интерфейсов и дисков и ограниченный спектр выпускаемых моделей. В компьютерах типа IBM PC более популярны жесткие диски с интерфейсом IDE (Integrated Drive Electronics — электроника, встроенная в накопитель), не получившие распространения в других системах. Достоинства IDE-дисков— простота, хорошая производительность, не уступающая большинству SCSI-дисков, а в ряде случаев — превосходящая их, низкая стоимость, массовый выпуск, широкий спектр моделей. Недостатки — низкая производительность и надежность моделей низших классов, возможность подключения только двух накопителей к одному контроллеру, невозможность прямого соединения двух станций, часто худшая поддержка драйверами операционных систем.
Применение в цифровой записи жестких дисков класса AV Класс AV (Audio/Video) у жестких дисков означает их способность предельно равномерно, без пауз, записывать и считывать потоки данных. Такие диски снабжаются внутренним буфером большего размера и не прерывают процесса чтения/записи термокалибровкой системы позиционирования. Для систем цифровой записи, имеющих недостаточное быстродействие и объемы ОЗУ, чтобы сгладить возможные неравномерности в работе обычных дисков, диски класса AV являются единственным возможным выходом. Следует иметь в виду, что натичие аббревиатуры AV в обозначении диска еще не означает его принадлежности к классу Audio/Video — об этом должно быть явно упомянуто в паспорте диска. Однако указанная особенность в общем случае необходима только при работе с качественной видеоинформацией, скорость поступления которой составляет порядка 10 мегабайт в секунду на канал. В случае же звуковых систем ско497
Вопросы и ответы рость одноканального 16-разрядного потока с частотой дискретизации 48 кГц на два порядка меньше и составляет всего 94 килобайта в секунду. В то же время почти никакая рабочая станция не в состоянии обеспечить одновременную работу с сотней каналов, как и жесткий диск не в состоянии параллельно обрабатывать такое количество данных, расположенных в разных его участках. В реальных применениях многоканальной записи на одном диске основная часть накладных расходов дисковой подсистемы ложится на перемещение головок между участками записи, а отнюдь не на саму передачу данных. Низкая же скорость звуковых потоков делает более удобной и надежной их буферизацию в ОЗУ компьютера, компенсирующую термокалибровку диска в течение 0.5 — 1 с, нежели использование дорогих и редких дисков AV-класса. К тому же далеко не на всех обычных дисках термокалибровка оказывает заметное влияние на равномерность потока данных, «Рваная» передача данных может также возникать при использовании «неправильной» операционной системы (DOS, Windows без 32-разрядного драйвера диска), недостаточном количестве и размере файловых буферов ОС и записывающей программы, применении дисков низкого класса со скоростью передачи порядка 1-2 мегабайт в секунду и ниже, неправильном подключении диска. В любом случае, такие ситуации чаще всего говорят о неправильной конфигурации и настройке аппаратной и программной части системы.
Искажение цифрового сигнала при передаче и хранении Поскольку любой цифровой сигнал представляется реальной электрической кривой напряжения или тока — его форма так или иначе искажается при любой передаче, а «замороженный» для хранения сигнал (сигналограмма) подвержен деградации в силу обычных физических причин. Все эти воздействия на форму несущего сигнала являются помехами, которые до определенной величины не изменяют информационного содержания сигнала, как отдельные искажения и выпадения букв в словах обычно не мешают правильному пониманию этих слов, причем избыточность информации, как и увеличение длины слов, повышает вероятность успешного распознавания. Другими словами, сам несущий сигнал может искажаться, однако переносимая им информация — закодированный звуковой сигнал — в абсолютном большинстве случаев остается неизменной. Для того, чтобы качество несущего сигнала не ухудшалось, любая передача полезной звуковой информации — копирование, запись на носитель и считывание с него — обязательно должна включать операцию восстановления формы несущего сигнала, а в идеале — и первичного цифрового вида сигнала информационного, и лишь после этого заново сформированный несущий сигнал может быть передан следующему потребителю. В случае прямого копирования без восстановления (к примеру, обычным переписыванием видеокассеты с цифровым сигналом, полученным при помощи ИКМ-приставки, на обычных видеомагнитофонах) качество цифрового сигнала ухудшается, хотя он по-прежнему полностью содержит всю переносимую им информацию. Однако после многократного последовательного копирования или длительного хранения качество ухудшается настолько, что начинают возникать неисправимые ошибки, необратимо искажающие переносимую сигналом информацию. Поэтому копирование и передачу
498
Вопросы и ответы цифровых сигналов необходимо вести только в цифровых устройствах, а при хранении на носителях — своевременно «освежать» не дожидаясь необратимой деградации (для магнитных носителей этот срок оценивается в несколько лет). Правильно переданная или обновленная цифровая сигналограмма качества не теряет и может копироваться и существовать вечно в абсолютно неизменном виде. Тем не менее, не следует забывать, что корректирующая способность любого кода конечна, а реальные носители далеки от идеальных, поэтому возникновение неисправимых ошибок — на такая уж редкая вещь, особенно при неаккуратном обращении с носителем. При чтении с новых и правильно хранимых DAT-кассет или компакт-дисков в качественных и надежных аппаратах таких ошибок практически не возникает, однако при старении, загрязнении и повреждении носителей и считывающих систем их становится больше. Одиночная неисправленная ошибка почти всегда незаметна на слух благодаря интерполяции, однако она приводит к искажению формы исходного звукового сигнала, а накопление таких ошибок со временем начинает ощущаться и на слух. Отдельную проблему составляет сложность регистрации неисправленных ошибок, а также проверки идентичности оригинала и копии. Чаще всего конструкторы цифровых звуковых устройств, работающих в реальном времени, не озабочены вопросом точной проверки достоверности передачи, считая вполне достаточными меры, принятые для коррекции ошибок. Невозможность в общем случае повторной передачи ошибочного отсчета или блока приводит к тому, что интерполяция происходит скрытно и после копирования нельзя с уверенностью сказать, точно ли скопирован исходный сигнал. Индикаторы ошибки, имеющиеся в ряде устройств, обычно включаются только в момент ее возникновения, и it случае одиночных ошибок их срабатывание легко может остаться незамеченным. Даже в системах на основе персональных компьютеров чаще всего нет возможности контролировать правильность приема по цифровому интерфейсу или прямого считывания CD; выходом является только многократное повторение операции л сравнение результатов. И наконец, в принципе возможны ситуации, когда даже незначительные ошибки способны необратимо исказить передаваемую информацию, оставшись при этом незамеченными системой передачи. Другое дело, что вероятность возникновения подобных ошибок исчезаюше мала (порядка одной на несколько лет непрерывной передачи сигнала), поэтому такую возможность практически нигде не принимают в расчет.
Страдает ли качество сигнала при цифровой обработке Прежде всего, необходимо различать «искажающие» и «неискажающие» виды обработки. К первым относятся операции, изменяющие форму и структуру сигнала — смешивание, усиление, фильтрация, модуляция, ко вторым — операции монтажа (вырезка, вклейка, наложение) и переноса (копирования). Качество сигнала может страдать только при «искажающей» обработке, причем любой — и аналоговой, и цифровой. В первом случае это происходит в результате внесения шумов, гармонических, интермодуляционных и других искажен и й в узлах аналогового тракта, во втором — благодаря конечной точности квантования сигнала и математических вычислений. Все цифровые вычисления выполняются в некоторой разрядной сетке фиксированной длины — 16, 20, 24, 32,
499
Вопросы и ответы 64, 80 и более бит; увеличение разрядности сетки повышает точность вычислений и уменьшает ошибки округления, однако в общем случае не может исключить их полностью. Конечная точность квантования первичного аналогового сигнала приводит к тому, что даже при абсолютно точной обработке полученного цифрового сигнала квантованное значение каждого отсчета все равно отличается от своего идеального значения. Для м и н и м и з а ц и и искажений при обработке в студиях предпочитают обрабатывать и хранить сигналограммы на мастер-носителях с повышенным разрешением (20, 24 или 32 разряда), даже если результат будет тиражироваться на носителе с меньшим разрешением. Кроме собственно ошибок вычислений и округления, на точность сильно влияет выбор представления числовых отсчетов сигнала при обработке. Традиционное представление РСМ с так называемой фиксированной точкой (fixed point), когда отсчеты представляются целыми числами, наиболее удобно и влечет минимум накладных расходов, однако точность вычислений зависит от масштаба операций — к примеру, при умножении образуются числа вдвое большей разрядности, которые потом приходится приводить обратно к разрядности исходных отсчетов, а это может привести к переполнению разрядной сетки. Компромиссным вариантом служит промежуточное увеличение разрядности отсчетов (к примеру, 16 О 32), что снижает вероятность переполнения, однако требует большей вычислительной мощности, объема памяти и вносит дополнительные искажения при обратном понижении разрядности. Кроме того, снижению погрешности способствует правильный выбор последовательности коммутативных (допускающих перестановку) операций, группировка дистрибутивных операций, учет особенностей работы конкретного процессора. Другим способом увеличения точности является преобразование отсчетов в форму с плавающей точкой (floating point) с разделением на значащую часть — мантиссу и показатель величины — порядок. В этой форме все операции сохраняют разрядность значащей части, и умножение не приводит к переполнению разрядной сетки. Однако, как само преобразование между формами с фиксированной и плавающей точкой, так и вычисления в этой форме требуют на порядки большего быстродействия процессора, что сильно затрудняет их использование в реальном времени. Несмотря на то, что качество сигнала (относительно исходного аналогового) неизбежно, хоть и незначительно, ухудшается при любой «искажающей» цифровой обработке, некоторые операции при определенных условиях являются полностью и однозначно обратимыми. Например, усиление сигнала по амплитуде в три раза заключается в умножении каждого отсчета на три; если эта операция выполнялась с фиксированной точкой и при этом не возникло переполнения, с помощью делении на три потом возможно будет вернуть все отсчеты в исходное состояние, тем самым полностью восстановив первоначальное состояние сигнала. Сказанное выше демонстрирует, что ухудшение качества при «искажающей» цифровой обработке совсем не обязательно накапливается со временем, хотя в большинстве реальных применений происходит именно так. Кроме того, это не означает, что любая операция цифрового усиления всегда будет однозначно обратимой — это зависит от многих особенностей применения операции. При сравнении аккуратности аналоговой и цифровой обработки нужно иметь в виду, что оба вида вносят в сигнал некоторое количество погрешностей,
500
Вопросы и ответы которые возможно рассматривать как шум, однако каждый вид обработки имеет свои особенности. Любой элемент аналогового тракта вносит шум всегда, однако его величина колеблется в зависимости от качества тракта и вида обработки. При цифровой обработке «первичный* шум всегда вносится самим фактом квантования, а внутри цифрового тракта его могут вносить только операции с ограниченной точностью (к примеру, описанное умножение на три шума не добавляет--оно лишь усиливает ранее внесенные шумы, и шум квантования в том числе). Из этого следует, что точные операции не изменяют соотношения сигнал/шум цифрового сигнала, однако могут увеличивать ошибки первичного квантования. Таким образом, увеличение точности цифровой обработки само по себе не гарантирует хорошего качества сигнала необходимо еще и достаточно точное квантование. Например, 20-разрядное квантование в сочетании с 24-разрядной обработкой уже может успешно соперничать со многими аналоговыми устройствами, в то время как такая же обработка при 16-разрядном квантовании существенно им уступает. Грамотно и качественно реализованная цифровая обработка может давать существенно меньший уровень искажений, чем такая же аналоговая, разве что это будут искажения разных видов.
Страдает ли качество сигнала при преобразованиях форматов Только в том случае, когда в процессе преобразования применяются «искажающие» операции — изменение разрядности отсчета, частоты дискретизации, фильтрование, сжатие с потерями. Простое увеличение разрядности отсчета с сохранением частоты дискретизации будет неискажающим, однако такое же увеличение, сопряженное с применением сглаживающей функции — уже нет. Уменьшение разрядности отсчета всегда является искажающей операцией, кроме случая, когда преобразуемые отсчеты были получены таким же простым увеличением разрядности — равной или меньшей. Многие форматы отличаются друг от друга только порядком битов в слове, отсчетов левого и правого каналов в потоке и служебной информацией заголовками, контрольными суммами, помехозащитными кодами. Точный способ проверки неискажаемости сигнала заключается в преобразовании нескольких различных потоков (файлов) формата F3 в формат F2, а затем обратно в F1. В случае, если информационная часть каждого потока (файла) при этом будет идентична исходной — д а н н ы й вид преобразования возможно считать неискажающим. Под информационной частью потока (файла) понимается собственно набор данных, описывающих звуковой сигнал; остальная часть считается служебной и на форму сигнала в общем случае не влияет. Например, если в служебной части файла или потока предусмотрено поле для времени его создания (передачи), го даже в случае полного совпадения информационных частей двух разных файлов или потоков их служебные части окажутся различными, и это будет зафиксировано логическим анализатором в случае потока или программой побайтного сравнения - в случае файла. Кроме этого, временной сдвиг одного сигнала относительно другого, возникающий при выравнивании цифрового потока по границам слов или блоков и состоящий в добавлении нулевых отсчетов в начало и/или конец файла или потока, также приводит к их кажущемуся цифровому несовпадению. В
501
Вопросы и ответы таких ситуациях для проверки идентичности цифровых сигналов необходимо пользоваться специальной аппаратурой или программой.
Преобразование цифрового звука из одного формата в другой Для «перегонки» звука между специализированными системами, имеющими совместимые цифровые интерфейсы, достаточно соединить их цифровым кабелем и переписать звук с одной системы на другую; в ряде сочетаний устройств при этом возможно ухудшение качества сигнала из-за уменьшения рафядности отсчета, передискретизации или сжатия звука. Например, при копировании звука между одинаковыми системами MiniDisk через интерфейс S/PDIF сжатый звуковой поток на передающей стороне подвергается восстановлению, а на приемной — повторному сжатию. Вследствие несимметричности алгоритма ATRAC в звук при повторном сжатии будут внесены добавочные искажения. Для преобразования компьютерного файла в другой формат используются программы-конверторы: WAV2AIFF/AIFF2WAV, Convert, AWave и другие — на IBM PC, Sound Extract or, SampleEditor, BST— на Apple Macintosh. Обмен звуковой информацией между компьютерной и специализированной системой нередко возможен несколькими способами; •
Прямой перенос по цифровому интерфейсу, если у обоих систем имеются совместимые цифровые интерфейсы. При этом на компьютерной системе используется программа записи/воспроизведения, формирующая или воспроизводящая стандартный для данной системы звуковой файл.
•
Чтение/запись на специализированных системах стандартных компьютерных носителей. Например, ряд музыкальных рабочих станций использует гибкие диски в форматах стандартных файловых систем IBM PC или Macintosh, либо позволяет прочитать или создать такой диск.
•
Чтение и запись на компьютерной системе специализированных носителей и их специальных форматов, если это позволяет аппаратура и программное обеспечение. Таким образом читаются и пишутся дискеты от Ensoniq, AKAI, Emulator, компакт-диски ряда «чужих» систем, а также читаются и пишутся обычные звуковые компакт-диски.
Что такое джиттер? Jitter — дрожание (быстрые колебания) фазы синхросигналов в цифровых системах, приводящее к неравномерности во времени моментов срабатывания тактируемых этими сигналами цифровых устройств. Сами по себе цифровые устройства нечувствительны к таким колебаниям, пока они не достигают значительной величины по сравнению с общей длительностью импульсов, однако в «пограничных» устройствах, находящихся на стыке цифровой и аналоговой частей схемы — АЦП и ЦАП — джиттер приводит к неравномерности моментов срабатывания компараторов АЦП или ключей ЦАП, приводящей к нарушению соответствия форм аналогового и цифрового сигналов. Ошибки, возникающие из-за
502
Вопросы и ответы джиттера, сродни ошибкам округления при квантовании, однако степень их корреляции с сигналом зависит от построения схемы. В первом приближении возможно считать, что джиттер порождает дополнительный шум и паразитные частотные составляющие, искажая исходные составляющие, особенно в высокочастотной области. Джиттер может возникать из-за любой нестабильности напряжений и токов в области ЦАП/АЦП. Например, колебания питающих напряжений изменяют частоту опорного генератора, наводки на провода и печатные дорожки искажают форму цифровых сигналов. Даже если эти искажения не изменяют информационного содержимого сигнала — заключенной в нем битовой последовательности, они могут нарушить равномерность опроса входного звукового сигнала в АЦП или выдачу выходного сигнала с ЦАП и привести к искажениям формы, особенно заметной в области высоких частот. Величина джиттера обозначает максимальное абсолютное отклонение момента перехода тактового сигнала из одного состояния в другое от расчетного значения, и измеряется в секундах. Величина джиттера, достаточная для искажения звука, аналогичного изменению младшего разряда отсчета, может быть оценена по формуле: t = arcsin(1 / 2**N)/(2 * pi * f), где t — отклонение в секундах, N — разрядность отсчета, f максимальная частота звукового сигнала. «**» обозначает возведение в степень. Для 16-рафядного отсчета и частоты 20 кГц получается величина порядка 120 пс. Указанная формула справедлива только для предельного случая, когда временные отклонения приходятся на моменты наиболее быстрого изменения звукового сигнала. В среднем же искажения несколько меньше, а допустимая величина джиттера — больше и примерно оценивается по формуле: t = sqrt(3)/(2**N * 2 * pi * f),
что для тех же параметров сигнала дает около 210 пс (sqrt обозначает квадратный корень). Для 20-разрядного отсчета эта величина составляет около 13 пс. Для борьбы с джиттером используется тактирование АЦП и ЦАП высокостабильными генераторами, а для подавления неравномерности цифрового потока, поступающего на ЦАП — промежуточными буферами типа FIFO (очередь), Для уменьшения влияния помех применяются обычные методы — экранирование, развязки, исключение «земляных петель>>, раздельные источники питиния. питание критичных схем от аккумулятора. Хорошие результаты дают внешние модули ЦАП, в которых реализованы описанные методы — к примеру. Audio Alchemy DAC-in-the-Box и другие. Необходимо различать «пограничный» джиттер, действуюший на границах аналоговой и цифровой части схемы — в области АЦП или ЦАП, и «внутренчий», возникающий в любых других участках чисто цифровой схемы. Влияние на звуковой сигнал имеет только «пограничный» джиттер, ибо только он непосредственно связан с преобразованием аналогового звукового сигнала. Весь «внугренний» джиттер при грамотном построении схемы должен полностью подавляться в интерфейсных цепях, однако некорректная реализация может пропускать его и непосредственно на ЦАП/АЦП.
503
Вопросы и ответы
Может ли джиттер передаваться при копировании Возникающий в цепях формирования, обработки, передачи, записи и чтения цифровых сигналов «внутренний» джиттер вполне может распространяться по системе, выходить за ее пределы и переноситься между системами через цифровые интерфейсы передачи или цифровые же носители информации. При этом вел ичинаджиттера может как ослабляться, так и усиливаться, При использовании интерфейсов передачи со «встроенным» (embedded) синхросигналом, а также при чтении с любого носителя, приемная сторона вынуждена синхронизироваться с передатчиком путем использования систем фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ, Phase Locked Loop — PLL), которая вносит дополнительные дрожания, будучи не в состоянии мгновенно отслеживать изменения фазы и частоты принимаемого сигнала. Один из возможных способов ослабления джиттера при передаче использование синхронных интерфейсов с отдельным тактовым сигналом (Word Clock), а еще лучше — асинхронных двунаправленных с возможностью согласования темпа передачи, наподобие RS-232. В этом случае стороны могут не опасаться возможного опустения или переполнения буфера на приемном конце, передача может выполняться блоками с более высокой скоростью, чем идет вывод звука, а приемная сторона может использовать полностью независимый стабильный генератор для извлечения отсчетов из буфера. Однако все это имеет смысл только в том случае, когда приемник работает непосредственно на ЦАП —- при записи на носитель неравномерности такой величины влияния на качество звука не оказывают. Таким образом, в корректно реализованной системе все виды джиттера, возникающие в чисто цифровых блоках и между ними, являются «внутренними» и должны быть подавлены до передачи цифрового сигнала на ЦАП для оконечного преобразования. Это может быть сделано при помощи промежуточного буфера, схемы ФАПЧ с плавным изменением частоты генератора (медленное изменение в небольших пределах, в отличие от дрожания, практически не ощущается на слух), или каким-либо другим метолом.
Может ли один и тот же цифровой сигнал звучать по-разному Для слуховой оценки звукового сигнала его необходимо воспроизвести либо одновременно на двух разных системах, либо последовательно — на одной. Даже если в обоих случаях сам цифровой сигнал будет одинаковым, набор сопутствующих условий — аппарат, носитель, его микроструктура, первичные сигналы при считывании информации, особенности работы декодеров, спектр аналоговых шумов и помех — почти всегда будет различен. Все эти побочные процессы могут создавать паразитные наводки, искажающие форму цифрового сигнала, порождающие джиттер. воздействующие на цепи питания и прочие аналоговые компоненты системы. В правильно сконструированных и тщательно выполненных аппаратах все эти влияния должны быть подавлены до уровня, недоступного восприятию, однако для большинства бытовых и особенно бюджетных аппаратов это не так. Могут быть и более прозаичные причины для возникновения разницы такие, как неустойчивое считывание цифрового носителя, при котором декодер не
504
Вопросы и ответы в состоянии однозначно восстановить закодированный звуковой сигнал и вынужден прибегать к его интерполяции, ухудшающей качество звучания. Такая же интерполяция или гашение отсчетов происходит в случае ошибочного их приема по цифровым межсистемным интерфейсам, что может быть вызвано плохим качеством или чрезмерной длиной кабеля, воздействием на него сильных помех, неисправностью приемника или передатчика, плохой их совместимостью. Поэтому вопрос о сравнении звучания должен рассматриваться только после того, как доказана идентичность цифровых потоков, поступающих на оконечный 11АП. Под ЦАП здесь должен пониматься именно неделимый, «самый последний» преобразователь, а не произвольное сложное устройство, получающее на входе цифровой сигнал и выдающее на выходе аналоговый.
Проверка идентичности двух цифровых звуковых сигналов Наиболее универсальным и удобным является сложение в противофазе, когда один сигнал складывается с другим, предварительно инвертированным, Для синхронных одинаковых сигналов такая операция даст абсолютную тишину. В случае различных сигналов результат будет различаться от эффекта гребенчатого фильтра (небольшой постоянный временной сдвиг между одинаковыми сигналами, на слух напоминает перекос головки в магнитофоне) до обычного смешивания {совершенно различные сигналы или временной сдвиг более нескольких десятков микросекунд). Для получения этим методом корректного результата необходимо, чтобы оба сигнала были синхронны — начинались в один и тот же момент времени и имели одинаковую длину. Для двух сигналов, записанных с реального источника через АЦП, этого достичь принципиально невозможно, поэтому имеет смысл подвергать сравнению исходный сигнал (полученный любым способом) и его цифровую копию — сделанную внутри рабочей станции, пропущенную через цифровой интерфейс, записанную на цифровой носитель. В этом случае сравнение покажет правильность копирования и передачи цифровых сигналов. Синхронность сигнала и копии обеспечивается удалением из них участка начальной тишины (серии нулевых отсчетов) — такая операция имеется во многих цифровых станциях. В противном случае тишину возможно убрать вручную, удалив начальный участок до первого ненулевого отсчета. Одинаковой длины сигналов добиваться не обязательно — это повлияет лишь на слышимость концевого участка результата, соответствующего более длинному из сигналов.
Носители информации Физическое устройство жесткого диска Почему же его называют жестким? Возьмите обычную 3-х дюймовую дискету. В случае, если вы вскроете ее корпус (желательно это проделывать над испорченной дискетой не содержащей важной информации, то вы увидите, что непосредственно сам диск выполнен из гибкого материала. Может кто еще помнит, что в свое время в ходу были 5-ти и 8-ми дюймовые дискеты. Корпус их был выполнен из непрочного гибкого материала, в отличие от 3-х дюймовых дискет, где
505
Вопросы и ответы корпус сделан из пластика. Отсюда и идет название — «гибкий диск». Жесткий диск, как возможно догадаться изготовлен по совершенно другой технологи и. Основу его составляет алюминий. Реже используется керамика или стекло, но диски на основе этого материала достаточно дороги и предназначены для использования в дорогих моделях винчестеров. В первых моделях жестких, в качестве магнитного покрытия использовался материал на основе окиси железа. Сейчас производители используют окись хрома, которая имеет большую износостойкость. Состоит жесткий диск из двух основных блоков. Первый — это механический блок, включающий в себя непосредственно сами диски, двигатель вращения, блок магнитных головок и привод перемещения головок. Этот блок является герметичным и даже из любопытства не рекомендуется изучать его устройство на работающем винчестере. В противном случае, вы потеряете не только данные, но и само устройство. Второй блок — блок электроники. Представляет из себя плату с напаянными элементами. На плате расположены микросхемы ОЗУ (рабочая память винчестера), ПЗУ с управляющей программой, DSP (цифровой сигнальный процессор) для обработки сигналов и основной управляющий процессор. Сам термин «жесткий диск» является несколько неправильным. Сегодня только винчестеры с наименьшим выпускаемым объемом соответствуют этому термину. Дело в том, что в винчестерах с большим объемом используются нееколько пластин объединенных в один блок. Пример: Quantum Fireball 4,3 Gb LT — использует один диск, а та же модель, но объемом 8,4 Gb уже два диска. Именно поэтому вы никогда не сможете встретить у этой модели объем в 5,1 или 3,2Gb. Отсюда следует, что чем больше объем винчестера, тем большее количество дисков там используется. Фактически все это выглядит следующим образом. Представьте себе шпиндельна который на одинаковом расстоянии друг от друга насажены диски. С каждой стороны диска расположены магнитные головки осуществляющие чтение и запись данных (запись информации выполняется на обе стороны диска). Головки укреплены на специальных держателях, и перемещаются между центром и краем диска. Во время работы, головки за счет своей конструкции, «плавают» над поверхностью диска. При падении скорости вращения ниже нормы или выключения питания, процессор винчестера отводит их ближе к шпинделю, в так называемую «парковочную зону», где головки ложатся на поверхность диска. Запись информации в этой зоне не производится. Предварительная парковка необходима для сохранности головок и поверхности дисков, иначе при соприкосновении головки с поверхностью диска на такой скорости будет выведена из строя рабочая поверхность диска и сама головка. Во время работы винчестера, скорость вращения шпинделя очень высока (в современных моделях это 5400, 7200 и 10000 об/мин), а расстояние между поверхностью диска и головкой составляет от единиц до нескольких долей микрона. Поэтому блок дисков и делается герметичным. При попадании пыли между головкой и диском возможен сбой в работе, а вероятнее всего и выход из строя винчестера. Логическая структура винчестера такова. Каждый диск делится на сектора и дорожки. Думаю, объяснять что такое сектор не надо — вспомните хотя бы гео506
Вопросы и ответы метрию. А дорожки представляют собой концентрические окружности, вдоль которых размешается информация. Дорожки с одинаковыми номерами с двух сторон диска и во всем пакете дисков называются цилиндром. Эти три параметра необходимы для правильной установки винчестера в BlOS'e компьютера. Сейчас это особой сложности не вызывает, так как любой современный BIOS имеет функцию автодетектирования параметров винчестера. Также на диске существует так называемый «инженерный цилиндр». В нем хранится служебная информация (серийный номер, модель, в некоторых моделях часть программы ПЗУ). Ранее винчестеры изготавливались «чистыми», как и дискеты. То есть, первоначальное форматирование было возложено конечного потребителя. Сейчас эта операция производится непосредственно на стадии изготовления. Поэтому, если вы обнаружите в вашем BIOS или какой-либо утилите пункт low level format HDD, ни в коем случае не пользуйтесь им! При форматировании в заводских условиях, на диск записывается специальная информация icepвоинформация). Это специальные метки, необходимые для поиска секторон, отслеживания положения головок и стабилизации частоты вращения диска. На современных винчестерах эти метки наносятся между секторами, а в более ранних моделях для них была предназначена отдельная поверхность пакета дисков. Сервоинформация является основой разметки диска и при ее порче контроллер винчестера не сможет восстановить ее самостоятельно! Даже при уровне современных технологий, любой новый винчестер содержит неисправные блоки (bad block). Неисправный блок (или сектор) не позволяет считывать из него записанную ранее информацию. При первоначальной разметке, обнаруженные дефектные блоки заносятся в специальную таблицу переназначения. Далее контроллер винчестера, при работе, подменяет их на резервные, которые специально оставляются для этих целей. Сама работа винчестера, в общих чертах выглядит следующим образом. При включении питания, процессор винчестера сначала тестирует электронику, после этого дает команду на включение двигателя шпинделя. По достижении критической скорости вращения, воздух увлекаемый поверхностями дисков заставляет головки «всплывать» над поверхностью диска. И все время работы винчестера головки висят над поверхностью на воздушной подушке. По достижении скорости вращения близкой к номинальной, головки выводятся из парковочной зоны и контроллер винчестера осуществляет поиск сервометок, для стабилизации частоты вращения. Далее производится поиск различной служебной информации, к примеру таблицы переназначения неисправных участков. Последней стадией инициализации жесткого диска является проверка позиционирования головок. Проверяется это установкой головок на заранее заданную последовательность дорожек. В случае, если все эти этапы проходят успешно, контроллер выдает сигнал готовности и переходит в режим нормальной работы.
Что у диска внутри Жесткий диск, как и всякое другое блочное устройство, хранит информацию фиксированными порциями, которые называются блоками. Блок явллется наименьшей порцией данных, имеющей уникальный адрес на жестком диске. Обмен информацией с жестким диском предполагает указание этого адреса в каче-
507
Вопросы и ответы стве параметра команды, выдаваемой контроллеру. Размер блока со временем стал стандартным для всех жестких дисков — 512 байт. Исторически сложилось так, что информация на диске хранилась в секторах. Сектора располагались на дорожках (цилиндрах), дорожки в свою очередь на сторонах диска, так что адрес блока на диске составлялся из трех чисел. Такой способ адресации диска был широко распространен и получил впоследствии обозначение аббревиатурой CHS {cylinder, head, sector). Именно этот способ был первоначально реализован в BIOS, поэтому впоследствии возникли ограничения, связанные с ним. Дело в том, что BIOS определил разрядную сетку адресов на 63 сектора, 1024 цилиндра и 255 головок. Однако развитие жестких дисков ограничилось использованием лишь 16 головок. Отсюда появилось первое ограничение на максимально допустимую для адресации емкость жесткого диска: 1024*16*63*512 = 504 Mb
Разумеется, настали времена, когда такой емкости диска стало не хватать. Диски стали становится больше, число цилиндров на них превысило 1024, максимально допустимое число цилиндров. Однако, адресуемая часть диска продолжала равняться 504 Мбайтам, при условии, что обращение к диску велось средствами BIOS. Это ограничение со временем было снято введением так называемого механизма трансляции адресов. Проблемы, возникшие с ограниченностью BIOS по части физической геометрии дисков, привели в конце концов к появлению нового способа адресации блоков на диске. Этот способ довольно прост. Блоки на диске описываются одним параметром — линейным адресом блока. Адресация диска линейно получила аббревиатуру LBA (logical block addressing). Линейный адрес блока однозначно связан с его CHS адресом: Iba = (cyl*HEADS + head)*SECTORS + (sector-1) Введение поддержки линейной адресации в контроллеры жестких дисков дало возможность BIOS'aM заняться трансляцией адресов. Суть этого метода состоит в том, что если в приведенной выше формуле увеличить параметр HEADS, то потребуется меньше цилиндров, чтобы адресовать то же самое количество блоков диска. Но зато потребуется больше головок. Однако головок-то как раз использовалось всего 16 из 255. Поэтому ВЮЗ'ы стали переводить избыточные цилиндры в головки, уменьшая число одних и увеличивая число других. Это позволило им использовать разрядную сетку головок целиком. Это отодвинуло границу адресуемого ВЮ5'ом дискового пространства до 8 Gb. Дальнейшее увеличение адресуемых объемов диска с использованием прежних сервисов BIOS стало принципиально невозможным. Тогда был разработан новый расширенный интерфейс BIOS, учитывающий возможность очень больших адресов блоков. Однако этот интерфейс уже не совместим с прежним, вследствие чего старые операционные системы, такие как DOS, которые пользуются старыми интерфейсами BIOS, не смогли и не смогут переступить границы в 8 Gb. Современные системы уже не пользуются BIOS'oM, а используют собственные драйвера для работы с дисками. Поэтому данное ограничение на них не распространяется. Но следует понимать, что прежде чем система сможет использовать собственный драйвер, она должна как м и н и м у м его загрузить. Поэтому на этапе на-
508
Вопросы и ответы чальной загрузки любая система вынуждена пользоваться ВЮЗ'ом. Это и вы швает ограничения на размещение многих систем за пределами 8 Gb, они не могут оттуда загружаться, но могут читать и писать информацию. Обратимся теперь к размещению операционных систем на жестких лисках. Для организации систем дисковое адресное пространство блоков разделяется на части, называемые разделами (partitions). Разделы полностью подобны целому диску в том, что они состоят из смежных блоков. Благодаря такой организации для описания раздела достаточно указания начала раздела и его длины в блоках. Разделы являются контейнерами всего своего содержимого. Этим содержимым является, как правило, файловая система. Под файловой системой с ючки зрения диска понимается система разметки блоков для хранения файлов. После того, как на разделе создана файловая система и в ней размещены файлы операционной системы, раздел может стать загружаемым. Загружаемый раздел имеет в своем первом блоке небольшую программу, которая производит загрузку операционной системы. Однако для загрузки определенной системы нужно явно запустить ее загрузочную программу из первого блока. Разделы с файловыми системами не должны пересекаться. Это связано с тем, что две разные файловые системы имеют каждая свое представление о размещении файлов, но когда это размещение приходится на одно и то же физическое место на диске, между файловыми системами возникает конфликт. Этот конфликт возникает не сразу, а лишь по мере того, как файлы начинают размещаться в том месте диска, где разделы пересекаются. Поэтому следует внимательно относиться к разделению диска на разделы. Само по себе пересечение разделов не опасно. Опасно именно размещение нескольких файловых систем на пересекающихся разделах. Разметка диска на разделы еше не означает создания файловых систем. Однако, уже сама попытка создания пустой файловой системы (то есть форматирование), на одном из пересекающихся разделов может привести к возникновению ошибок в файловой системе другого раздела. Все сказанное относится в одинаковой степени ко всем операционным системам, а не только самым популярным. Диск разбивается на разделы программным путем. То есть вы можете создать произвольную конфигурацию разделов. Информация о разбиении диска хранится в самом первом блоке жесткого диска, называемым главной зафузочнои записью (Master Boot Record (MBR)). MBR является основным средством зафузки с жесткого диска, поддерживаемым BIOS. В MBR находятся три важных элемента: •
Программа начальной загрузки. Именно она запускается BIOS'oM после успешной загрузки в память первого блока (MBR). Она. очевидно, не превышает 512 байт и ее хватает только на то. чтобы загрузить стартовый сектор операционной системы и передать гуда управление;
•
Таблица описания разделов диска. Располагается по смещению O x l B E в MBR. Таблица описывает четыре раздела. Только один из четырех разделов имеет право быть помеченным как активный, что будет означать, что программа загрузки должна загрузить в память первый сектор именно этого раздела и передать туда управление: 509
Вопросы и ответы •
Сигнатура MBR. Последние два байта MBR должны содержать число ОхАА55. По наличию этой сигнатуры биос проверяет, что первый блок был загружен успешно. Сигнатура эта выбрана не случайно. Ее успешная проверка позволяет установить, что все линии данных могут передавать и нули, и единицы.
Программа загрузки просматривает таблицу разделов, выбирает из них активный, загружает первый блок этого раздела и передает туда управление. С точки зрения разделов диска наиболее популярной до недавнего времени была и остается MS-DOS. Она забирает в свое пользование два из четырех разделов: Primary DOS partition, Extended DOS partition. Первый из них, (primary) это обычный досовый диск С:. Второй — это контейнер логических дисков. Они все болтаются там в виде цепочки подразделов, которые так и именуются: D:, Е:, ... Логические диски могут иметь и инородные файловые системы, отличные от файловой системы DOS. Однако, как правило, инородность файловой системы связана присутствием еще одной операционной системы, которую, вообще говоря, следовало бы поместить в свой собственный раздел (не extended DOS), но для таких выходок часто оказывается слишком маленькой таблица разделов. Отметим еще одно важное обстоятельство. Когда на чистый жесткий диск устанавливается DOS, то при загрузке нет никаких альтернатив в выборе операционных систем. Поэтому загрузчик выглядит весьма примитивно, ему не надо спрашивать у пользователя, какую систему тот хочет загрузить. С желанием иметь сразу несколько систем возникает необходимость заводить программу, позволяющую выбирать систему для загрузки. В случае OS/2 предлагается ставить Boot Manager, который умеет выбирать системы, но он занимает один цилиндр диска и один раздел в таблице разделов. В более общем случае возможно поставить System Commander, но эта программа тоже довольно громоздка и, что более критично, она располагается в разделе DOS, что может привести к печальным последствиям в случае вирусов или просто сбоев в файловой системе DOS. Довольно много программ работает напрямую с таблицей разделов диска. Это делает каждая операционная система при старте, программы типа Norton disk doctor, fdisk и др. Поэтому проблема совместимости заставляет использовать только четыре раздела после загрузки операционной системы. У систем со сродственными файловыми системами (таких как DOS и Windows) может возникнуть проблема перемены местами дисковых разделов. Такое возможно в случае, когда DOS есть отдельно от Windows. Появляется проблема перестановки разделов, чтобы обеспечить ра:шичные диски С: при загрузке. Вот основные проблемы, встающие перед пользователем при желании завести несколько операционных систем.
Интерфейсы жестких дисков Наиболее распространены два стандарта на подключение винчестера к компьютеру. Первый, наиболее распространенный среди домашних и офисных ПК — IDE (Integrated Device Electronics — устройство со встроенным контроллером), также именуемый как ATA (AT Attachment — подключаемый к AT). Второй чаще всего возможно встретить в серверах и высокопроизводительных рабочих
510
Вопросы и ответы станциях — SCSI (Small Computer System Interface, произносится как «скази»), Стоит отметить, что этот интерфейс не является специализированным для дисковых устройств. Помимо жестких дисков и CD-ROM приводов, существует огромная масса устройств, работающих по этому стандарту. Стандарт интерфейса IDE был разработан по некоторым причинам. Наиболее существенными являются: •
Более простой способ подключения винчестера к шине компьютера. Жесткий диск стандарта IDE с одинаковой легкостью возможно подключить к высокопроизводительной системной шине компьютера и медленному LPT-порту. Конечно, в последнем случае обмен данными будет гораздо ниже, но такая возможность есть.
•
Повышение быстродействия. Контроллер диска расположен непосредственно на устройстве, что позволяет передавать минуя длинные интерфейсные провода.
Подключить IDE-устройство к компьютеру возможно несколькими способами. Наиболее распространенный — подключение с помощью 40-проводного кабеля (тип интерфейса AT-BUS). Интерфейс 16-битный. Второй тип — PC Card ATA — с помощью PC Card (PCMCIA), также имеющий 16-битный интерфейс. Этот тип используется в основном в переносных компьютерах. Существуют также и XT IDE и MCA IDE, но рассматривать мы их здесь не будем, так как XT уже достаточно стар и встретить его возможно очень редко, а МСА используется только для PS/2 машин, которые в нашей стране практически не встречаются. Кроме подключения, типы интерфейса АТА различаются также и по скорости передачи данных. Основной — САМ ATA (Common Access Method) — стандарт определенный ANSI. Обеспечивает совместимость IDE-устройств на уровне сигналов и команд. Также позволяет подключать до двух устройств на один кабель. Длина кабеля составляет не более 46 см, АТА-2 является расширением спецификации АТА. Имеет два канала, что позволяет подключать до 4-х устройств, поддержка дисков объемом до 8 Гб. Поддерживает режимы работы PIO Mode 3, DMA Mode 1, Block mode. Об этих терминах мы поговорим чуть ниже. Следующим расширением является Fast АТА-2. Отличается только поддержкой DMA Mode 2, что позволяет достичь скорости передачи данных до 13.3 Мбайт/сек и наличием PIO Mode 4. Этот тип наиболее часто встречается в моделях компьютеров на основе 486-х и Pentium процессоров. АТА-3. Это расширение больше направленно на повышение надежности. Включается в себя улучшенное средство управлением питания и технологию SMART (Self Monitoring Analysis and Report Technology — технология слежения, анализа и предупреждения). Ultra DMA/33 — скорость обмена данными по шине составляет 33 Мбайт/ сек. Кроме этого добавлен контроль передаваемых данных. В стандарте UDMA/ 66 скорость увеличена до 66 Мбайт/сек, а в UDMA/100 — 100. Следует отметить, что указанные цифры, являются лишь максимально возможными значениями. Реально скорость передачи данных может быть суикст511
Вопросы и ответы венно ниже. Это зависит от частоты вращения дисков, скорости работы электроники, работы памяти и процессора. Помимо вышеперечисленных типов, существует еще расширение АТАР1 (ATA Package Interface). Это расширение предназначено для подключения к интерфейсу АТА накопителей CD-ROM, CDRW, стримеров (накопителей на магнитных лентах), ZIP дисководов и других устройств. Все вышеперечисленные стандарты между собой электрически совместимы. Теперь немного поговорим о тех терминах, которые используют при описании режимов работы винчестера. PIO (Programmed Input/Output — программный ввод-вывод) — при работе в этом режиме, процессом обмена информацией с буфером жесткого диска занимается центральный процессор системы. Это, соответственно, отнимает какую-то часть процессорного времени. Существует шесть режимов работы Р1О, отличающихся скоростью передачи данных. При PIO Mode О скорость составляет всего 3,3 Мбайт/сек. А в случае с PIO Mode 5 уже 20 Мбайт/сек. Режимы с 0 по 2 относятся к обычному АТА, 3 и 4 — к АТА-2, а 5 к АТА-3. DMA (Direct Memory' Access — прямой доступ к памяти). При работе в этом режиме, обмен данными между буфером винчестера и памятью компьютера осуществляется непосредственно контроллером винчестера. Режимы DMA подразделяются на однословные (single word) и многословные (multi word), в зависимости от количества слов передаваемых за один сеанс работы с шиной. В случае однословного режима, максимальная скорость обмена составляет до 8.3 Мбайт/сек. При использовании многословного режима — до 20 Мбайт/сек, Обращения производятся в паузах между обращениями центрального процессора к памяти. Такой режим экономит процессорное время, но несколько снижает скорость обмена. При использовании однозадачной операционной системы, к примеру MSDOS более предпочтителен режим PIO, в случае использования многозадачных систем лучше использовать режим DMA. Но в этом случае поддержка этого режима должна осуществляться на уровне драйверов и специальных контроллеров. LBA (Logical Block Addressing) — адресация логических блоков. Стандарт АТА адресует сектор по классической схеме — номер цилиндра, головки и сектора. Однако, из-за исторически сложившихся причин, BIOS компьютера и операционная система DOS ограничивали количество секторов (63) и цилиндров (1024). В результате этого и появилось ограничение на объем жесткого диска в 540Мб. При режиме LBA, адрес передается в виде линейного абсолютного номера сектора. Винчестер в этом случае сам преобразует его в нужные ему номера цилиндров, головок и секторов. Это позволило обойти ограничения на объем жесткого диска, однако для DOS оно по прежнему составляет 8 Гб. Работа устройства возможна только в случае поддержки этого режима драйвером (BIOS) и самим устройством. Существует также и режим Large — этот режим используется Award BIOS для работы с жесткими дисками до I Гб, не поддерживающими режим LBA. Использовать этот режим с дисками более 1 Гб не рекомендуется.
512
Вопросы и ответы Block Mode — режим блочного обмена. При использовании обычного режима, винчестер, получив команду на считывание сектора, помещает его в свой буфер, откуда он перемещается в память и ожидает команды на чтение следующего. В случае блочного обмена, винчестер сначала получает количество считываемых сектором, после чего он их считывает в буфер, откуда они перемешаются в память. Разные модели винчестеров имеют разный объем буфера, и соответственно могут считывать разное количество секторов за раз. Максимальный выигрыш от работы в этом режиме возможен только если основная работа идет с объемами данных не меньшим чем количество считываемых секторов. В случае, если фрагменты данных минимальны (к примеру не более одного сектора), использование этого режима сходит на нет. Напоследок несколько слов о том. как подключаются IDE устройства. На один IDE-кабель возможно подключить не более двух устройств. Одно из устройств должно быть выставлено в режим Master (ведущий), а второе — Slave (ведомый). Установка режимов осуществляется с помощью выставления перемычек на самих устройствах. Все современные IDE-устройства, как правило, имеют таблицу установки перемычек. В случае, если у вас два жестких диска, то система будет грузится только с Master устройства. Обычно работа устройства в slave режиме не допускается при отсутствии master устройства. Однако, современные накопители и BIOS позволяют такую работу. Существует еще один режим — Cable Select. В этом случае, определение master и slave устройства производится автоматически исходя из очередности подключенных разъемов. Для использования этого режима необходим специальный кабель и оба устройства должны быть установлены в CS.
Зачем разбивать диски Раньше основную роль играли различные ограничения, накладываемые системой адресации BIOS, которая поочередно «воздвигала барьеры» на размерах в 528 Мб, 2.1 Гб, 3.27 Гб... Сейчас, для многих машин остается актуальным ограничение в 8.4 Гб на физический диск и 2 Гб на раздел. Вкратце, эти ограничения сводятся к тому, что несмотря на физическую возможность диска записывать и считывать большие объемы информации, компьютер не мог описать адрес того сектора, куда надо было писать данные — ему просто не хватало выделенной памяти для хранения таких больших адресов. Скажем, самый первый барьер возник из-за несоответствия адресации BIOS (функции 13h. которая «занимается» записью на диск) и стандарта IDE. Изза этого несоответствия приходилось для значения каждой переменной выбирать самые маленькие значения, которые понимались бы и BIOS и диском. Каждый раз эти ограничения обходились с помощью различных «извра шений», а новые компьютеры выходили уже с обновленным BIOS. Таким обраюм, некоторые неудобства испытывали только владельцы морально устаревших компьютеров, остальные же радовались возросшим возможностям. Потом наступал очередной... барьер и все начиналось по новой. Другой причиной для разбиения дисков являлся размер кластеров. Кластер - это как бы квант дискового пространства, то есть, минимальный логический блок, в котором могут храниться данные. Для больших дисков размер кластера может быть, к примеру, 32 Кб (для FAT-16), то есть, если вы сохраните на диске файл 513
Вопросы и ответы размером в 1 Кб, то на диске вес-равно «потратятся» 32К.6. Для маленьких дисков размер кластера, соответственно, меньше, таким образом, если вам надо хранить много-много маленьких файлов, то имеет смысл разбивать большой диск на несколько маленьких. Но с появлением FAT-32 и резким удешевлением дисков (задумайтесь, что всего несколько лет назад мегабайт дискового пространства стоил около доллара!) большинство этих проблем потеряли свою актуальность и разбивка на логические диски производится просто для удобства пользователя. Действительно, чем ползать по длиннющему дереву директорий на диске С:, намного проще запомнить, к примеру, что ваши данные хранятся на диске D:, игрушки — на Е: и так далее. Кстати, это даст еще и дополнительную гарантию того, что, к примеру, игрушки не «сожрут» место, необходимое для работы. Еще одно удобство — при клонировании (или создании резервной копии) системы — сохраняя диск вам не придется «выковыривать» из него часто изменяющиеся данные... Ну и напоследок, хотелось бы упомянуть о такой ДОСовой команде, как subst. Занимается она тем, что создает из указанной вами директории виртуальный диск. То есть, напечатав в командной строке «subst W: C:\temp» вы обнаружите в проводнике новый диск W:, содержимое которого будет таким же, как и содержимое директории C:\temp. Иногда это может оказаться полезным, к примеру, при установке каких-нибудь старых программ, которые хотят ставиться исключительно с диска А: Для того, чтобы посмотреть список подключенных виртуальных дисков возможно ввести subst без параметров, а для удаления уже существующего — subst W: /D
Устройство компакт-диска Стандартный диск состоит из трех слоев: подложка из поликарбоната, на которой отштампован рельеф диска, напыленное на нее отражающее покрытие из алюминия, золота, серебра или какого-либо сплава, и более тонкий защитный слой поликарбоната или лака, на который наносятся надписи и рисунки. Некоторые диски «подпольных» производителей имеют очень тонкий защитный слой, либо не имеют его вовсе, отчего отражающее покрытие довольно легко повредить. Информационный рельеф диска состоит из спиральной дорожки, идущей от центра к периферии, вдоль которой расположены углубления (питы). Информация кодируется чередованием питов и промежутков между ними. В CD-ROM используется та же технология, что и в обычной звуковой системе CD-DA, описанной в FAQ по звуковым дискам (файл CDDAFAQ.TXT). Первый стандарт серии CD-ROM, описывающий систему записи на компактдиск произвольных цифровых данных, выпущен в 1984 году фирмами Philips и Sony под названием Yellow Book («желтая книга»); последующие расширения известны под названиями Green Book («зеленая книга»), Orange Book («оранжевая книга»), White Book («белая книга») и Blue Book («синяя книга»). Все они дополняют основной стандарт CD-DA, описанный в Red Book («красной книге»). Диск содержит вводную зону (Lead In), собственно данные (Program) и выводную зону (Lead Out). Вводная зона содержит оглавление диска (Table Of Contents — ТОС), в котором перечислены адреса дорожек диска и их параметры. Выводная зона играет роль ограничителя записанной области диска и необходи514
Вопросы и ответы ма для полной совместимости с Red Book, хотя все современные приводы CDROM и большинство бытовых проигрывателей не нуждаются в ее наличии. Для записи данных используются отдельные «звуковые дорожки». Упомянутые стандарты относятся не к диску в целом, а только к формату отдельных дорожек, причем на одном диске могут сосуществовать дорожки различных форматов. Для их чтения необходим проигрыватель, поддерживающий либо все представленные на диске форматы, либо пропускающий неизвестные (многие проигрыватели и приводы CD-ROM не умеют пропускать дорожки неизвестных форматов). Адресация дорожек ведется в формате MSF (Minuce:Second:Frame минута:секунда:кадр), где под кадром понимается стандартный кадр CD-DA (2352 байта, 1/75 сек). В интерфейсах приводов используется также абсолютная адресация номерами кадров. Первая дорожка по стандарту начинается по адресу 0:2:0 MISF. Yellow Book определяет базовые форматы записи данных на диск: CD-ROM mode 1 и CD-ROM mode 2. В обоих форматах внутри каждого из кадров дорожки, объемом по 2352 байта, выделяется 12 байт синхронизации. 4 байта заголовка сектора и область размером 2336 байт для записи данных, которая называется сектором или блоком. Благодаря наличию байтов синхронизации и заголовка возможно точное нахождение нужного блока данных, которое в обычном звуковом диске требует слежения за каналом субкода Q. В формате mode 1, используемом в большинстве CD-ROM, из области данных выделяется 288 байт для записи кодов EDC/ECC (Error Detection Code/Error Correction Code — коды обнаружения и исправления ошибок), благодаря которым диски с д а н н ы м и считываются гораздо надежнее, чем звуковые диски при том же качестве изготовления. Оставшиеся 2048 байт отводятся для хранения блока данных. В формате mode 2 корректирующие коды не используются, и все 2336 байт данных сектора отводятся для записи информации. Предполагается, что записываемая информация либо уже содержит корректирующие коды, либо нечувствительна к незначительным ошибкам, оставшимся после коррекции низкоуровневым кодом Рила-Соломона. Этот формат предназначен в основном для записи сжатых звуковых сигналов и изображений. Диск формата mode 1, на котором совмещены звуковые программы и данные, называется Mixed Mode Disk. При этом на первой дорожке записываются данные, а на всех последующих — звуковая информация. Некоторые бытовые проигрыватели, особенно прежних лет выпуска, не различают формат дорожек и при попадании на дорожку данных пытаются ее воспроизвести, что может привести к повреждению усилителей и акустических систем. Большинство современных проигрывателей либо игнорирует дорожки с данными, либо имитирует их «воспроизведение» без звука. Формат mode 2 в чистом виде практически не применяется — на его основе разработаны форматы CD-ROM/XA (extended Architecture — расширенная архитектура) двух вариантов (Green Book). В первом варианте из блока данных объемом 2336 байт выделяется 8 байт подзаголовка. 4 байта EDC и 276 байт ЕСС, оставляя для данных 2048 байт, как и в формате «mode 1»; во втором варианте Б.СС не используется и для данных остается 2324 байт. На одной дорожке формата ХА
515
Вопросы и ответы могут встречаться секторы как первого, так и второго вариантов. Достоинством такого подхода является возможность одновременного считывания в реальном времени данных и звуковой и/или видеоинформации, без лишних перемещений между дорожками. Формат CD-I {CD-Interactive — интерактивный CD), описанный в Orange Book, предусматривает запись видеоизображения на дорожках формата ХА и его воспроизведение при помощи специального проигрывателя CD-I на бытовом телевизоре параллельно с прослушиванием звуковой программы. Дорожки формата CD-I не включаются в оглавление диска (ТОС), поэтому они не видны на аппаратуре, не поддерживающей этого формата. Для совместимости со стандартными звуковыми проигрывателями был предложен формат CD-I Ready («готовый к воспроизведению на проигрывателе CD-I»), в котором для записи изображения используется растянутая пауза перед первой звуковой дорожкой, игнорируемая большинством обычных проигрывателей. Для совместимости с аппаратурой чтения дисков в формате ХА был предложен формат CD-Bridge («CD-мост»), представляющий собой включенные в общее оглавление диска дорожки формата CD-I, содержащие адресные метки обоих форматов — CD-I и ХА. Orange Book определяет также технологию и формат записываемых дисков CD-R (CD-Recordable), которые могут записываться в несколько приемов (сессий^ а также иметь отштампованную при изготовлении начальную сессию (так называемый Hybrid Disk — гибридный диск). Каждая сессия содержит свои зоны Lead In, Program и Lead Out. Третья часть {Part HI) Orange Book описывает технологию и формат перезаписываемых дисков CD-RW (CD-Re Writable), позволяющих многократно записывать и стирать информацию на диске. White Book описывает формат VideoCD, основанный на CD-Bridge и используемый для хранения движущихся изображений в кодировках AVI, MPEG и им подобных. Blue Book описывает формат CD-Xtra, состоящий из двух сеансов — звукового и сеанса данных. Организацию файловой системы на CD-ROM описывает стандарт ISO 9660. Уровень (level) 1 этого стандарта включает форматы файловых систем MSDOS и HFS (Apple Macintosh). Файлы записываются непрерывно, в виде последовательностей смежных секторов, вложенность каталогов MS-DOS не может превышать 8, длина имени — 8+3 символа. В именах и расширениях файлов допускаются только заглавные буквы A..Z, цифры 0..9 и знак «_». Уровень 2 описывает файловую систему с длинны ми именами без ограничений на набор сим волов и уровнем вложенности до 32. Уровень 3 дополнительно разрешает прерывистую запись файлов — к примеру, в случае пакетной записи в несколько этапов. Файловое оглавление сессии (VTOC Volume Table Of Contents) записывается в начале дорожки обычными блоками данных, в отличие от ТОС диска, записываемого в субканале Q зоны Lead In. Расширение Rock Ridge описывает формат файловой системы UNIX. Microsoft (Windows) использует систему Joliet с поддержкой имен до 256 символов.
516
Вопросы и ответы Система частично совместима с ISO 9660 подобно VFAT для магнитных дисков — в ISO дли иные имена выглядят своими начальными символами с добавлением порядкового номера в случае коллизий. Частным случаем CD-R является формат Kodak Photo CD, используемый для многосеансовой записи коллекций фотографий. Photo CD использует формат CD-Bridge, оформленный в файловую систему ISO 9660. Диски Photo CD могут воспроизводиться специальными проигрывателями на бытовой телевизор или считываться компьютерными приводами CD-ROM. Формат CD-Text подразумевает кодирование текстовой информации в битах субкодов R..W. Это может быть информация о названии, авторах и содержании диска, а также любая другая текстовая информация. Привод CD-ROM Типовой привод состоит из платы электроники, шпиндельного двигателя, системы оптической считывающей головки и системы загрузки диска. На плате электроники размешены все управляющие схемы привода, интерфейс с контроллером компьютера, разъемы интерфейса и выхода звукового сигнала. Большинство приводов использует одну плату электроники, однако в некоторых моделях отдельные схемы выносятся на вспомогательные небольшие платы. Шпиндельный двигатель служит для приведения диска во вращение и постоянной линейной или угловой скоростью (CLV — Constant Linear Velocity, CAV — Constant Angular Velocity). Сохранение постоянной линейной скорости требует изменения угловой скорости диска в зависимости от положения оптической головки. При поиске фрагментов диск может вращаться с большей скоростью, нежели при считывании, поэтому от шпиндельного двигателя требуется хорошая динамическая характеристика; двигатель используется как для разгона, так и для торможения диска. На оси шпиндельного двигателя закреплена подставка, к когорой после загрузки прижимается диск. Поверхность подставки обычно покрыта резиной или мягким пластиком для устранения проскальзывания диска. Прижим диска к подставке осуществляется при помощи шайбы, расположенной с другой стороны диска; подставка и шайба содержат постоянные магниты, сила притяжения которых прижимает шайбу через диск к подставке. Система оптической головки состоит из самой головки и системы ее перемещения. В головке размещены лазерный излучатель на основе инфракрасного лазерного светодиода с типовой длиной волны 780 нм и мощностью 0.2-0.5 мВт, система фокусировки, фотоприемники предварительный усилитель. Система фокусировки представляет собой подвижную линзу, приводимую в движение электромагнитной системой voice coil (звуковая катушка), сделанной по аналогии с подвижной системой громкоговорителя. Изменение напряженности магнитного поля вызывают псремешение линзы и пере фокусировку лазерного луча. Благодаря малой инерционности такая система эффективно отслеживает вертикальные биения диска даже при значительных скоростях вращения. Система перемещения головки имеет собственный приводной двигатель, приводящий в движение каретку с оптической головкой при помощи зубчатой ли517
Вопросы и ответы бо червячной передачи. Для исключения люфта используется соединение с начальным напряжением; при червячной передаче подпружиненные шарики, при зубчатой — подпружиненные в разные стороны пары шестерней. Система загрузки диска выполняется в трех вариантах: с использованием специального футляра для диска (caddy), вставляемого в приемное отверстие привода, с использованием выдвижного лотка (tray), на который кладется сам диск, и путем прямой вставки диска в приемную щель привода. Во всех случаях система содержит двигатель для втягивания/выдвигания лотка, футляра или самого диска, а также механизм перемещения рамы, на которой закреплена вся механическая система вместе со шпиндельным двигателем и приводом оптической головки, в рабочее положение, когда диск ложится на подставку шпиндельного двигателя. В некоторых приводах рама неподвижно установлена на амортизаторах, а диск опускается при помощи подвижной подставки, находящейся на лотке. В ряде приводов (к примеру, Samsung 2432, 3231) привод лотка осуществляется системой перемещения головки, где для этого предусмотрено переключение передаточного механизма. При использовании обычного лотка привод невозможно установить в иное положение, кроме горизонтального. В приводах, допускающих монтаж в вертикальном положении, конструкция лотка предусматривает фиксаторы, удерживающие диск при выдвинутом лотке. На передней панели привода обычно расположены кнопка Eject для загрузки/выгрузки диска, индикатор обращения к приводу и гнездо для подключения наушников с электронным или механическим регулятором громкости. В ряде моделей добавлена кнопка Play/Next для запуска проигрывания звуковых дисков и перехода между звуковыми дорожками; кнопка Eject при этом обычно используется для остановки проигрывания без выбрасывания диска. На некоторых моделях с механическим регулятором громкости, выполненным в виде ручки, проигрывание и переход осуществляются при нажатии на торец регулятора. Электронный регулятор громкости может поддерживать управление по интерфейсу. В Windows для этого предусмотрен отдельный регулятор громкости выхода на наушники в свойствах привода (Control Panel Ф Multimedia ^ CD Music), Большинство приводов также имеет на передней панели небольшое отверстие, предназначенное для аварийного извлечения диска в тех случаях, когда обычным способом это сделать невозможно — к примеру, при выходе из строя привода лотка или всего CD-ROM, при пропадании питания. В отверстие нужно вставить шпильку или распрямленную скрепку и аккуратно нажать — при этом снимается блокировка лотка или дискового футляра, и его возможно выдвинуть вручную.
Интерфейсы CD-ROM SCSI, IDE — CD-ROM подключается непосредственно к магистрали SCSI или IDE (ATA) с заданием номера устройства для SCSI или Master/Slave — для IDE. IDE CD-ROM обычно работают в стандарте ATAPI (ATA Packet Interface — пакетный интерфейс АТА). Sony, Mitsumi, Panasonic — три наиболее распространенных интерфейса, поддерживаемые многими звуковыми картами и отдельными адаптерами. Mitsumi
518
Вопросы и ответы и Panasonic используют 40-контактный соединительный кабель, как для IDE, а Sony — 34-контактный, как для дисководов гибких дисков. Также бывают CD-ROM с так называемыми Proprietary Interface собственным интерфейсом изготовителя, поставляемые в комплекте с адаптером и соединительным кабелем. В настоящее время CD-ROM выпускаются только с интерфейсами SCSI и IDE.
Скорость вращения диска в устройстве CD-ROM Информация на компакт-диске записана с постоянной линейной плотностью, поэтому для достижения постоянной скорости считывания скорость вращения изменяется в зависимости от перемещения считывающей головки. Стандартная скорость вращения диска — 500 об/мин при чтении с внутренних зон и 200 об/мин — при чтении с внешних (информация записывается изнутри наружу)-
«n-скоростной» CD-ROM При стандартной скорости вращения скорость передачи данных составляет около 150 Кб/с. В двух- и более скоростных CD-ROM диск вращается с пропорционально большей скоростью, и пропорционально повышается скорость передачи (к примеру, 1200 Кб/с для 8-скоростного). Из-за того, что физические параметры диска (неоднородность массы, эксцентриситет) стандартизированы для основной скорости вращения, на скоростях, больших 4-6, уже возникают значительные колебания диска, и надежность сч итывания, особенно для дисков нелегального производства, может ухудшаться. Некоторые CD-ROM при ошибках чтения могут снижать скорость вращения диска, однако большинство из них после этого не могут возвращаться к максимальной скорости вплоть до смены диска. На скоростях свыше 5000-6000 об/мин надежное считывание становится практически невозможным, поэтому последние модели 12- и более скоростных CD-ROM при чтении данных работают в режиме CAV (постоянная угловая скорость), врашая диск с максимально возможной скоростью. В этом режиме скорость поступления данных с диска меняется в зависимости от положения головки, увеличиваясь от начала к концу диска. Указанная в паспорте скорость (к примеру, 24х) достигается только на внешних участках диска, а на внутренних она падает примерно до 1200-1500 Кб/с.
Почему «нелегальные» диски часто читаются хуже «фирменных» Стандарт на компакт-диски определяет их физические и оптические параметры: толщину и отражающую способность алюминиевого слоя, глубину и форму питов (элементов записи), расстояние между дорожками, прозрачность защитного слоя, эксцентриситет. Ведущие фирмы, производящие компакт-диски, имеют отработанные технологии и надежное оборудование, позволяющие соблюсти эти параметры; аппаратура и технологии нелегальных производителей нередко этого не обеспечивают. Механика и оптика различных моделей CD-ROM имеет разные допуски и возможности подстройки, из-за чего одни модели могут уверенно читать диски,
519
Вопросы и ответы практически не читаемые другими моделями. Также, в результате эксплуатационного износа, параметры привода со временем ухудшаются, что приводит к ухудшению чтения дисков, которые уверенно читались на новом приводе,
Визуальное определение качества диска Нужно внимательно рассмотреть рабочую поверхность диска — она должна быть ровной, и на ней не должно быть царапин, замутненных участков, выпуклостей или впадин, а также «разводов» на отражающем слое. Затем посмотреть диск на свет (рабочей стороной к себе) — он может быть слегка прозрачным, но без явных отверстий в отражающем слое. Чем прозрачнее диск — тем выше вероятность его неуверенного считывания. Дешевые диски (особенно производства Китая) обычно не имеют с обратной стороны защитного лакового слоя — даже мелкая царапина на этой стороне может привести к полному отказу чтения соответствующей области диска.
Качество проигрывания звуковых дисков на CD-ROM Проигрывание звуковых дисков является побочной для CD-ROM функцией, и делается обычно «по остаточному принципу» — простейший (часто эквивалентный 12- или 14-разрядному) ЦАП и несложный выходной усилитель. Массовые CD-ROM значительно уступают стационарным проигрывателям Hi-Fi, отдельные модели приближаются к недорогим переносным проигрывателям. Б любом случае, качество сигнала на выходе для наушников (передняя панель) хуже, чем на линейном выходе (задняя стенка) — за счет дополнительных искажений при усилении. Кроме качества ЦАП, многие CD-ROM не выполняют ни передискретизации цифрового сигнала для улучшения соотношения сигнал/шум, ни интерполяции и маскирования — для сглаживания кривой и частичной компенсации неисправленных ошибок. Отсутствие интерполяции и маскирования приводит к заметным искажениям и щелчкам при ошибочном считывании дисков, в то время как на звуковом проигрывателе ошибки считывания не так заметны. Многие современные CD-ROM имеют на задней стенке дополнительный выход звука в цифровом формате (S/PDIF — Sony/Philips Digital Interface Format — формат цифрового интерфейса Sony/Philips), который возможно подключить к студийной или бытовой аппаратуре, имеющей вход S/PDIF или AES/EBU, что позволяет воспроизводить :шук с диска практически без искажений (некоторые искажения могут вноситься декодером CD-ROM). Выход имеет вид двухконтактного разъема и чаше всего обозначается «Digital Audio». Аппаратный цифровой выход, если он есть, работает всегда и не требует наличия каких-либо драйверов или программного включения.
Емкость компакт-диска Приблизительно 650 Мб — 74 минуты записи, поток данных — 153600 байт/с. Такая продолжится Е>НОСТЬ записи определена стандартом, однако при более плотном расположении дорожек или самих питов на диске может быть получено большее время звучания или объем данных. Подобные диски с отклонения520
Вопросы и ответы ми от стандарта могут неустойчиво считываться некоторыми приводами, лиоо не считываться вовсе.
Можно ли считать со звукового диска «чистый» звук в цифровом виде Можно — для этого нужен CD-ROM, поддерживающий команду Read Long и способный находить звуковые сектора в режиме прямого доступа (к примеру, многие из дисководов со SCSI-интерфейсом, большинство моделей Panasonic), и специальная программа — grabber или ripper — для считывания полных звуковых секторов, к примеру, CDGRAB, CDDA, CDT, CD2HDD, CD2WAV - для DOS; WinDAC, CD Copy, CDDA32, CD Worx или Audio Catalyst — для Windows. WinDAC, помимо простого чтения звуковых дорожек, позволяет одновременно преобразовывать их в другие форматы посредством системы АСМ (к примеру — в MPEG-3 при установленном Fraunhofer IIS ACM Codec). CDDA32 может самостоятельно преобразовывать звук в формат ReadAudio. Часто к таким программам прилагается список моделей CD-ROM, по.держивающих команду длинного чтения. Из-за небольших различий в интерфейсах некоторые дисководы не работают с одними из таких программ, но могут работать с другими, Под DOS желательно иметь «родной» драйвер используемого CD-ROM, либо один из универсальных драйверов, поддерживающих Read Long — к примеру, vide-cdd. Для контроллеров РПХ (системные платы на Intel Triton) возможно рекомендовать универсальный драйвер TriCD.sys от Triones. Под Windows, если используется контроллер РПХ и стандартный драйвер IDE AT API его распознает - это чаще всего мешает нормальному чтению звуковых дисков. В этом случае также нужно установить либо собственный драйвер CD-ROM под Windows, либо драйвер от Triones версии 3.22 или старше. Можно также попробовать установить драйвер MKEATAPI от серии CD-ROM Panasonic ATAPI. Для Windows существует переработанный драйвер CDFS.VXD неизвестного происхождения, представляющий дорожки на звуковом диске в виде обычных дисковых файлов с расширением WAV. Драйвер копируется в каталог SYSTEM\IOSUBSYS, заменяя собой стандартный драйвер CDFS.VXD (старый драйвер нужно либо удалить, либо переименовать, изменив расширение). При активном новом драйвере в оглавлении звукового диска, кроме файлов Tracks. С DA. появляется дерево каталогов — Mono/Stereo, 8bit/16bit, 11025/22050/44100, в нижних уровнях которых находятся сами файлы в соответствующих форматах. По непонятной причине драйвер не может читать со многих дисков первую звуковую дорожку. Обычные программы чтения для DOS чаще всего не работают в DOS-сеансе Windows — в этом случае нужно использовать «родные» программы — с GUI либо консольные (CDDA32). Одна из основных проблем при считывании звуковых дисков — ошибки синхронизация между кадрами. Они возникают главным образом по той причине, что большинство приводов CD-ROM ориентировано на чтение дисков с данными (Data CD), а возможность чтения «сырых» звуковых кадров является побочной функцией. Благодаря тому, что в формате сектора Data CD всегда есть
521
Вопросы и ответы заголовок, содержащий его адрес и тип, привод может уверенно находить нужный сектор без точного слежения за информацией субканала Q, в которой записаны адреса кадров формата CD-DA. В результате привод, корректно позиционирующийся на сектор с данными, часто не в состоянии сделать это для кадра CD-DA; в ряде случаев причиной служит внутренний буфер, в который считанные кадры попадают уже без временных меток, считанных из субканала Q. Программа, читаюшая кадры, получит в таком случае данные, смешенные вперед или назад — на несколько отсчетов или даже целых кадров. Многие приводы, не умеющие корректно позиционироваться на звуковые кадры, тем не менее дают удовлетворительные результаты при аккуратном непрерывном чтении, когда программа успевает забирать данные из буфера примерно с той же скоростью, с которой они туда поступают. Нарушение этого баланса — медленный процессор, частое переключение задач, конкуренция устройств на одном интерфейсе, повторение чтения из-за сбоя — приводит к перепозиционированию и ошибкам. Для борьбы с ошибками синхронизации большинство программ имеет режим, в котором проверяется правильность стыковки соседних секторов путем их чтения с перекрытием (overlapping). При использовании CD-ROM с большим объемом буфера вероятность ошибок снижается, а на приводах с корректно реализованным чтением их не возникает вообще. При чтении звуковых дисков на различной аппаратуре, с помощью различных программ и даже при повторном чтении начало звуковых данных в файле может сдвигаться — за счет той же невозможности точного позиционирования на нужный сектор дорожки в большинстве приводов. Нарушения синхронизации в результате позиционирования часто ошибочно называют «джиггер» (jitter). На самом деле термином jitter принято обозначать дрожание фазы цифрового сигнала из-за быстрых колебаний скорости потока, порожденных работой схем фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), нестабильностью генераторов, помехами, наводками. В некотором смысле нарушения синхронизации тоже являются фазовыми ошибками более высокого уровня, однако применение к ним термина jitter не совсем корректно.
Работа режима цифрового воспроизведения в OS/2 и Windows В OS/2 «Merlin» и Windows реализован режим Digital Transfer (Digital Audio), когда для проигрывания CD вместо «родного» для привода режима воспроизведения используется цифровое чтение, результат которого воспроизводится через Wave-канал звуковой карты. По сути, проигрыватель при этом работает подобно программе прямого чтения звуковых дорожек, а вся требуемая поддержка реализована на уровне ОС. В отличие от классической схемы, когда сигнал преобразуется в аналоговую форму в ЦАП привода, после чего по соединительному кабелю поступает в микшер звуковой карты, откуда передается на ее выход, в этом режиме звуковая дорожка считывается непосредственно в цифровом виде, подается на ЦАП звуковой карты, откуда звук передается в микшер и далее на выход. Таким образом, заменяется ЦАП и исключается выходной усилитель привода.
522
Вопросы и ответы В тех случаях, когда качество ЦАП и усилителя звуковой карты выше, чем в CD-ROM, это может дать заметное улучшение звука; однако параметры большинства простых звуковых карт гораздо хуже, чем в CD-ROM даже среднего класса. Сравнить звук возможно, подав сигнал непосредственно с линейного выхода CD-ROM на внешний усилитель, а затем воспроизведя через звуковую карту туже дорожку, считанную в файл. Режим цифровой передачи включается только для тех приводов, коюрые способны считывать звуковые кадры в реальном времени, пусть и не совсем идеально. Windows использует только один из возможных способов чтения звуковых кадров, поэтому нередко для приводов, успешно работающих с программами прямого чтения, режим Digital Transfer оказывается недоступным. В русской версии Windows термин Digital Audior, как и многие другие, переведен в корне неправильно — как «цифровой выход», отчего многие поль юватели путают этот режим с использованием аппаратного выхода S/PDIF. На самом деле поддержка цифровой передачи и наличие/работа аппаратного цифрового выхода никак не связаны между собой. Некоторые приводы, следуя соглашениям о защите авторских прав, при чтении звуковых секторов могут выдавать их содержимое в измененном виде (к примеру, с применением сглаживающих полиномов); при однократном копировании эти различия практически незаметны на слух.
Как узнать способность привода аккуратно читать звуковые секторы В общем случае — только путем экспериментов, так как в спецификации приводов это никак не отражается. Поддержка Read Long есть в большинстве приводов, однако лишь некоторые способны точно позиционироваться на них в режиме прямого доступа (без программной синхронизации). Проверка привода заключается в многократном (два-четыре раза) считывании без программной синхронизации одних и тех же звуковых дорожек (желательно длинных, по 10-15 минут) с начала и конца диска, желательно — с активной параллельной работой других программ и нагрузкой на винчестер, с последующим двоичным сравнением файлов. В случае, если и длины файлов, и их содержимое из раза в раз совпадают — привод работает предельно аккуратно, В ряде случаев начал о дорожки в файле может иметь переменное смещение, но остальные части файлов полностью совпадают — такой привод тоже возможно считать достаточно точным. В случае, если же различаются и длина, и содержимое — возможно попробовать сменить драйвер, установить MKEATAPI.MPD, сменить программу чтения. В случае, если и это не приводит к успеху помочь может только программная синхронизация, да и то не всегда, поскольку некоторые приводы могут выдавать по интерфейсу результаты работы интерполятора, которые на дисках низкого качества будут различаться от чтения к чтению. В крайнем случае, когда даже с программной синхронизацией возникают щелчки и провалы — возможно попробовать программу CD Worx. читающую дорожки в виртуальную память. За счет исключения параллельных обращений к винчестеру это может помочь достаточно чисто прочитать дорожку или ее члсть, однако свободного объема ОЗУ должно хватать для размещения всего читаемого 523
Вопросы и ответы звука. В случае исчерпания физической памяти начинается откачка (свопинг) на винчестер, что снова вносит сбои в процесс чтения, и к тому же требует значительного (от десятков минут до нескольких часов) времени для переноса звука из файла подкачки в WAV-файл. Даже если достигнута надежная повторяемость результатов чтения, необходимо подтвердить или исключить возможность намеренного искажения приводом считываемых данных. Для этого полученные файлы нужно сравнить с файлами, считанными на других приводах с доказанной повторяемостью, учтя при необходимости возможный разброс в начальном смешении и длинах файлов.
Почему звуковой диск, хорошо играющий в CD-ROM, плохо читается При воспроизведении звуковых дисков для неисправленных ошибок включается механизм подстановки соседних верных отсчетов сигнала или интерполяции, когда ошибочные отсчеты вычисляются по верным так, что образуют с ними плавную кривую. Это исключает щелчки и явные помехи, хотя и вносит в звук некоторые искажения, малозаметные или вовсе незаметные в устройствах такого качества, как CD-ROM. При чтении же диска большинство приводов отдает кадры непосредственно после декодера, минуя интерполятор, и неисправленные ошибки при этом проявляются в виде тресков и провалов в звуке. Интерфейс не предусматривает пометки отдельных ошибочных отсчетов в кадре — привод может пометить только весь кадр как верный либо как ошибочный. Ряд приводов всегда возврашаег признак верного кадра, если при чтении не было сбоев синхронизации, независимо от наличия в кадре неисправленных ошибок.
Время жизни компакт-дисков Это время для дисков, изготовленных и используемых в полном соответствии с технологией, приблизительно оценивается в несколько десятков лет. Однако сравнительная молодость даже технологий CD-DA и CD-ROM, не говоря уже о CD-R и CD-RW, не позволяет учесть все возможные факторы (различные нарушения технологии изготовления и записи, помутнение пол и карбонатного прозрачного слоя, окисление отражающей фольги в результате диффузии кислорода из органических слоев, проникновение кислорода воздуха и влаги через торцы диска), поэтому реальная цифра оценивается примерно в 10-15 лет. В случае дисков невысокого качества наблюдается снижение надежности чтения штампованных дисков после 5-6 лет эксплуатации, а записываемых — после одного-двух лет.
Почему надежность работы многих приводов ухудшается со временем В основном это вызывается двумя причинами: загрязнением фокусирующей линзы и деградацией лазерного излучателя (светодиода). Линза чаше всего загрязняется в результате попадания на нее пыли и табачного дыма. Для чистки линз возможно использовать специальные чистящие диски, однако некоторые из них имеют жесткие кисточки, способные поцарапать пластмассу линзы. Более аккуратно линза очищается путем разборки привода и промывания тампоном из натуральной ваты, смоченным теплой водой с мылом,
524
Вопросы и ответы с последующей протиркой таким же сухим тампоном. Обращаться с линзой нужно предельно аккуратно, чтобы не повредить ее мягкую пластмассу и дета™ подвески. Деградация (уменьшение светимости) лазерного излучателя возникает в тех случаях, когда в приводе использован светодиод низкого качества, либо он работает в предельном для него режиме. В ряде случаев положение возможно улучшить, увеличив мощность излучения подстроенным резистором, который имеется на головках большинства приводов, однако через некоторое время мощность снова упадет ниже нормы. Чрезмерное увеличение мощности также снижает надежность считывания дисков, и к тому же ускоряет деградацию излучателя. Еще одна возможная причина — износ механических частей привода и ухудшение точности позиционирования, однако такое происходит в основном лишь в очень простых и дешевых приводах, где не приняты меры для устранения люфтов передаточного механизма.
Почему видеодиски не читаются Для чтения видеодисков необходима поддержка со стороны самого дисковола и его драйвера, а также программы распаковки (проигрывателя) видеоформата. Некоторые комбинации из привода, контроллера, драйвера и программы распаковки друг с другом. Можно попробовать сменить драйвер или программу распаковки. Встречаются также случаи, когда при установке CD-ROM на один канал с HDD видеодиски воспроизводятся значительно медленнее.
Что такое DVD Первоначально Digital Video Disk — цифровой видеодиск, затем Digital Versatile Disk — цифровой многоцелевой диск. Система записи подобна CD, но имеет гораздо большую плотность записи, что дает емкость самого простого лиска около 4.7 Гб. DVD могут быть двухслойными, содержащими два различных информационных слоя, расположенных на разной глубине и считываемых независимо, а также двусторонними. Введение второго слоя сопряжено с некоторыми накладными расходами на независимую обработку слоев, и увеличивает емкость диска в 1.S раза, а организация второй стороны удваивает емкость. Таким образом, двухслойный двусторонний диск имеет емкость 17 Гб. В настоящее время DVD ориентированы в основном на запись видеофильмов со встроенной локализацией (звуковое сопровождение и субтитры на различных языках, из которых проигрывателем автоматически выбирается нужный язык), Диск минимальной емкости вмешает 133-минутный фильм в формате MPEG-2. DVD с произвольными данными обозначаются DVD-ROM, записываемые DVD-R, перезаписываемые — DVD-RAM. DVD-R имеют максимальную емкость около 3.9 Гб, DVD-RAM - 2.6 Гб. Большинство приводов DVD может читать и обычные CD, однако для считывания слоев DVD используются лазеры с длиной волны 650 и 635 нм (видимый красный цвет), что может создать проблемы чтению обычных дисков в этих приводах. 525
Вопросы и ответы
Коммуникации Модем и его функции Слово «модем» (modem) происходит от сочетания «модулятор/демодулятор» и используется для обозначения широкого спектра устройств передачи цифровой информации при помощи аналоговых сигналов путем их модуляции — изменения во времени одной или нескольких характеристик аналогового сигнала: частоты, амплитуды и фазы. При эюм модулируемый аналоговый сигнал называется несушим (carrier) и обычно представляет собой сигнал постоянной частоты и амплитуды (несущая частота). Количество модуляций в секунду называется скоростью модуляции и измеряется в бодах (Бод); количество переданной при этом информации измеряется в битах в секунду (бит/с или BPS — Bits Per Second). Одна модуляция может передавать как один бит, так и большее или меньшее их количество. В новых модемных протоколах единица информации, передаваемая за одну модуляцию, называется символом (character), «Модемный» символ может в общем случае иметь любой размер. Исходный цифровой сигнал подается на модулятор, преобразующий его в серию изменений несущего аналогового сигнала, по линии связи передаваемого демодулятору, который по этим изменениям воссоздает исходный цифровой сигнал. Для получения симметричной двунаправленной линии связи модулятор и демодулятор объединяются в одном устройстве модеме. Несмотря на то, что модуляторы/демодуляторы применяются во множестве устройств — сетевых адаптерах, дисководах, CD-рекордерах, термин «модем» (modem) закрепился для обозначения в основном интеллектуальных модемов для телефонных линий. Такой модем является сложным устройством, в который собственно модулятор и демодулятор входят л и ш ь в качестве основных по смыслу функциональных узлов. Модемы применяются там, где линия связи не позволяет надежно передавать цифровой сигнал простым изменением амплитуды. Наиболее надежно передаются изменения частоты — частотная модуляция, однако для фиксации такого изменения на приемном конце требуется несколько периодов сигнала, что требует использования несущих частот, значительно больших частоты цифрового сигнала. Для увеличения количества информации, передаваемой за одну модуляцию, используются параллельная фазовая и амплитудная модуляции. Аббревиатурой DTE (Data Terminal Equipment — оконечное оборудование передачи данных) в терминологии систем связи обозначаются оконечные цифровые устройства, генерирующие или получающие данные. Аббревиатурой DCE (Data Communication Equipment — оборудование передачи данных) обозначаются модемы. Линия связи между DCE — аналоговая, между DCE и DTE — цифровая. В случае, если для связи DTE и DCE используется унифицированный цифровой интерфейс, это зачастую дает возможность связать два расположенных рядом DTE прямой цифровой линией — так называемым нуль-модемным кабелем. В случае разнесения DTE на большое расстояние в разрыв вместо нуль-мо-
526
Вопросы и ответы демного кабеля включается пара модемов и аналоговая линия связи, обеспечивая прозрачное соединение и передачу данных, Практически все современные модемы имеют похожие функциональные схемы, состоящие из основного процессора, сигнального процессора, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ, RAM), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ, ROM), перепрограммируемого запоминающего устройства (Non-Volatile RAM. NVRAM — неразрушающаяся память с прямым доступом), собственно модулятора/демодулятора, схемы согласования с линией и динамика. Основной процессор фактически является встроенным микрокомпьютером, отвечающим за прием и выполнение команд, буферизацию и обработку данных — кодирование, декодирование, сжатие/распаковку, а также за управление сигнальным процессором. В большинстве модемов используются специали шрованные процессоры на основе типовых наборов микросхем, а в некоторых (US Robotics, ZyXEL) — процессоры общего назначения (Intel, Zilog, Motorola). Сигнальный процессор (DSP, Digital Signal Processor — цифровой сигнальный процессор) и модулятор/демодулятор занимаются непосредственно операциями с сигналом — модуляцией/демодуляцией, разделением частотных полос, подавлением эхо. В качестве таких процессоров также используются либо специализированные, ориентированные на конкретный набор способов и протоколов модуляции (AT&T, Rockwell, Ехаг), либо универсальные со сменной микропрограммой (к примеру, TMS), позволяющие впоследствии дорабатывать и изменять алгоритмы работы. В зависимости от типа и сложности модема основная интеллектуальная нагрузка смешается в сторону DSP или модулятора/демодулятора. В низкоскоростных (300..2400 бит/с) модемах основную работу выполняет модулятор/демодулятор, в скоростных (4800 бит/с и выше) — DSP. В ПЗУ хранятся программы для основного и сигнального процессоров (firmware). ПЗУ может быть однократно программируемым (PROM), перепрограммируемым со стиранием ультрафиолетом (EPROM) или перепрограммируемым электрически (EEPROM, Flash ROM). Последний тип ПЗУ позволяет оперативно менять прошивки по мере исправления ошибок или появления новых возможностей. ОЗУ используется в качестве временной памяти при работе основного и сигнального процессоров; оно может быть как раздельным, так и общим. В ОЗУ хранится также текущий набор параметров модема (active profile). В NVRAM хранятся сохраненные наборы параметров модема (stored profiles), один из которых загружается в текущий набор при каждом включении или сбросе. Обычно имеется два сохраненных набора — основной (profile 0) и дополнительный (profile 1). По умолчанию для инициализации используется основной набор, но есть возможность переключиться на дополнительный. Ряд модемов имеет более двух сохраненных наборов. Схемы согласования с линией включают разделительный трансформатор для передачи сигнала, оптопару для опознания сигнала звонка (Ring), реле подключения к линии («поднятия трубки», off-hook) и набора номера, а также элементы создания нагрузки в линии и защиты от перенапряжений. Вместо реле
527
Вопросы и ответы могут применяться бесшумные электронные ключи. В некоторых модемах применяются дополнительные оптогтары для контроля напряжения линии. Подключение к линии и набор номера могут выполняться как одним, так и раздельными ключами. На динамик (speaker) выводится усиленный сигнал с линии для слухового контроля ее состояния. Динамик может быть включен на время набора номера и соединения, во время всего соединения, а также отключен совсем. Внешние модемы дополнительно содержат схему формирования питающих напряжений (обычно +5, +12 и -12 В) из одного переменного (реже постоянного) напряжения источника питания. Кроме этого, внешние модемы содержат интерфейсные цепи для связи с DTE.
Внутренние и внешние модемы Внутренний модем выполняется в виде платы расширения, размещаемой в корпусе компьютера, подключаемой напрямую к системной шине и используюшей общий источник питания компьютера. Внешний модем выполняется в виде отдельного устройства, подключаемого к одному из портов — последовательному или параллельному, и питаемый от собственного сетевого источника. Внешний модем также имеет индикаторы режимов работы в виде набора светодиодов или жидкокристаллического дисплея. Достоинства внутреннего модема: •
меньшая сложность и цена за счет отсутствия корпуса, преобразователя питания, индикаторов и интерфейсных схем;
•
отсутствие проблем с питанием в случае использования UPS;
•
отсутствие необходимости в свободном порте; меньшее количество внешних соединений и разъемов питания.
Недостатки внутреннего модема: •
внесение в систему дополнительного порта, что может быть чревато конфликтами с другими системными устройствами;
•
большая подверженность помехам как от компьютерного источника питания, так и от соседних блоков компьютера, что может сказываться на качестве связи;
•
отсутствие индикаторов режимов работы, что затрудняет контроль состояния модема и сеанса связи;
•
необходимость вскрытия компьютера для установки и снятия модема, а также для настройки конфигурации порта;
•
невозможность использования модема с компьютером другого типа или другим интеллектуальным устройством;
•
невозможность надежного сброса модема в случае «зависания» встроенной микропрограммы, кроме как через глобальный сброс компьютера;
•
невозможность использования синхронного режима работы.
528
Вопросы и ответы Достоинства внешнего модема: •
оптимальное по помехозащищенности исполнение с собственным источником питания;
•
наличие индикаторов;
•
возможность аварийного сброса в любой момент путем отключения питания;
•
возможность использования с любым типом оконечных устройств компьютерами, терминалами, принтерами, кассовыми аппаратами;
•
возможность использования синхронного режима работы, при котором данные передаются на уровне битов, а не байтов; этот режим применяется в бит-ориентированных оконечных устройствах.
•
простое и быстрое подключение, и также — переключение между оконечными устройствами.
Недостатки внешних модемов: более высокая сложность и цена: •
большее количество внешних устройств (модем и блок питания);
•
необходимость дополнительной розетки питающей сети, а в случае подключения к UPS — специального переходника;
•
необходимость свободного порта и интерфейсного кабеля.
Способы модуляции в модемной связи При частотной модуляции ЧМ (Frequency Shift Keying — FSK) элементы передаются различными частотами несущего сигнала. Это наиболее надежный и помехоустойчивый способ модуляции, однако наименее скоростной. При относительной фазовой модуляции ОФМ (Differential Phase Shift Keying — DPSK) информация передается путем сдвига фазы несущего сигнала. Квадратурно-амплитудная КАМ (Quadrature Amplitude Modulation — QAM) сочетает изменение фазы и амплитуды сигнала. Квадратурной этот вид модуляции называется потому, что сигнал представляется суммой синусоидальной и косинусоидальной составляющих, которые находятся в квадратуре по отношению друг к ДругуДля увеличения помехоустойчивости при многопозиционной модуляции применяется предварительное кодирование информации. Без кодирования появление в сигнале каждой очередной позиции модуляции равновероятно, и при большом количестве позиций сильно возрастает вероятность ошибки демодулятора. Кодирование изменяет статистические свойства потока информации так, что вероятность появления каждой позиции зависит от предыстории, позволяя демодулятору принимать более надежные решения. Такие методы кодирования носят название сверточных, или Trellis Encoding.
529
Вопросы и ответы
Организация передачи данных посредством модемов Передача данных организуется на основе набора протоколов, каждый из которых устанавливает правила взаимодействия связывающихся устройств. Протоколы, используемые в модемах, делятся на четыре основные группы: •
протоколы модуляции и передачи данных;
•
протоколы коррекции ошибок;
•
протоколы сжатия передаваемых данных;
•
протоколы связи DTE и ОСЕ.
Первые три группы относятся только к связи DCE-DCE, последняя только к связи DCE-DTE. Первая группа протоколов устанавливает правила вхождения модемов в связь, ее поддержания и разрыва, параметры аналоговых сигналов, правила кодирования и модуляции. Эти протоколы непосредственно относятся к сигналам, передаваемым по межмодемной аналоговой линии связи. Соединение двух модемов возможно только в случае поддержки ими каких-либо общих или совместимых протоколов этой группы. В семиуровневой иерархии протоколов связи OSI эта группа протоколов имеет уровень 1 (физический) и формирует канал цифровой связи в реальном времени, однако не защищенный от ошибок передачи. Протоколы физической связи могут быть симплексными (simplex) реализующими в каждый момент времени передачу только в одну сторону, и дуплексными (duplex) — с одновременной двунаправленной передачей. Чаше всего применяются дуплексные протоколы, которые могут быть симметричными, когда скорости передачи в обоих направлениях равны, и несимметричными, когда скорости различаются, Несимметричный дуплекс применяется для повышения скорости передачи в одну сторону за счет ее снижения в обратную сторону, когда поток передаваемых данных имеет выраженную асимметрию. Для определения направления передачи в физическом канале используются понятия вызывающего (инициирующего соединение) и отвечающего модемов; направление передачи определяется со стороны вызывающего модема. Вторая группа устанавливает правила обнаружения и коррекции ошибок, возникающих на этапе передачи с помощью протоколов первой группы. Эти протоколы имеют дело только с цифровой информацией; для проверки целостности информации она разделяется на блоки (пакеты), снабжаемые контрольными избыточными кодами (CRC — Cyclic Redundancy Check). При несовпадении контрольного кода на приемном конце переданный пакет считается ошибочным и запрашивается его повторная передача. Эта группа протоколов формирует из ненадежного физического каната надежный (защищенный от ошибок) канал более высокого уровня, однако это приводит к потере связи в реальном времени и дается ценой определенных накладных расходов. В модели OSI эта группа соответствует уровню 2 (канальный). Третья группа устанавливает правила сжатия передаваемых данных путем уменьшения их избыточности. При этом на передающем конце происходит их анализ и упаковка, а на приемном — распаковка в исходный вид. Сжатие позволяет повысить скорость передачи сверх физической пропускной способности ка-
530
Вопросы и ответы нала за счет уменьшения объема реально передаваемых данных. Реализация сжатия также требует некоторых накладных расходов на анализ информации и формирование пакетов; в случае неэффективного сжатия скорость передачи может оказаться ниже скорости физического канала. Последняя группа протоколов задает правила взаимодействия DCE и DTE. Они подразделяются на физические, касающиеся кабелей, разъемов и сигналов взаимодействия, и информационные, относящиеся к формату и смыслу передаваемых сообщений. Посредством этих протоколов реализуется общение DTE и DCE во время подготовки к вхождению в связь, организации вызова и ответа, а также в процессе самого обмена данными.
Как скорость передачи зависит от параметров канала Для оценки теоретической пропускной способности идеального канала связи, единственной формой помех в котором является чистый белый шум (равномерно распределенный по всей полосе частот), применяется формула Шеннона: V = dF * Iog2 (SNR + 1),
где V— скорость передачи, бит/с; dF— ширина полосы частот, Гц, SNR соотношение сигнал/шум (Signal to Noise Ratio), отношение мощности несущего сигнала к мощности белого шума в канале, iog2 — двоичный логарифм. Синонимом SNR является понятие «уровень шума» (Noise Level), обозначающее отношение мощности шума к мощности сигнала, выраженное в децибелах: NL = -10 1д (SNR)
При стандартной для телефонии полосе частот ЗЮО Гц (300..3400) и SNR свыше Ш дБ теоретический предел скорости в килобитах в секунду, приблизительно равен SNR в децибелах, Предел допустимого уровня шума на внутригородских линиях России установлен в -25 дБ; реально он составляет более 30 дБ на хороших и менее 20 дБ на плохих линиях. Используемая в настоящее время система цифрового уплотнения линий е импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ, Pulse Code Modulation — PCM), передающая 8-разрядные цифровые отсчеты на частоте дискретизации 8 кГц, имеет предельно возможное соотношение сигнал/шум около -48 (6.02 * 8) дБ; реально предел оценивается примерно в -38 дБ, что соответствует скорости 35 Кбит/с. Шум, возникающий в линиях передачи, не является чисто белым и нередко в значительной мере зависит от передаваемого сигнала (коррелирован с ним), что сильно снижает реально достижимые скорости передачи. Для снижения влияния шумов и помех в канале применяется помехоустойчивое кодирование, повышающее различимость сигнальных элементов; при повышении скорости ] iepeдачи в пределах одной системы кодирования надежность передачи снижается. однако с переходом на более рациональную систему она может оставаться неизменной и даже возрастать.
Почему сигнал модема похож на шипение Это происходит в результате скремблирования (scrambling) — придания сигналу в л и н и и связи параметров псевдослучайного, имеющего равномерный
531
Вопросы и ответы спектр и по звуку напоминающего шипение. Скремблирование применяется для снижения влияния структуры исходного цифрового сигнала на спектр выходного аналогового, что облегчает декодеру выделение несущей частоты и декодирование сигнальных элементов.
Протоколы модуляции, использующиеся в модемной связи Большинство используемых протоколов стандартизировано Международным Союзом Связи (International Telecommunications Union — ITU), ранее носившим название Международный Консультативный Комитет по Телеграфии и Телефонии, МККТТ (Comite Consultatif Internationale de Telegraphic et Telephonic — CCITT). Отдел ITU, относящийся к телефонной связи, обозначается ITU-T. Рекомендации ITU-T в области передачи данных по телефонным линиям собраны в разделе «V». рекомендации по общему построению систем передачи данных — в разделе «X». Из протоколов физической связи наибольшее распространение получили следующие: Bell 103J (American Telephone & Telegraph, AT&T), V.21 (International Telecommunications Union — Telecommunications, ITU-T). Дуплексные, симметричные, используют ЧМ. Для организации дуплекса полоса частот канала делится на два подканала — нижний для передачи и верхний для приема данных. За одну модуляцию частоты передается один бит; таким образом, скорости модуляции и передачи равны и составляют 300 Бод и бит/с. V.22 (ITU-T). Дуплексный, симметричный, использует относительную фазовую модуляцию ОФМ (Differential Phase Shift Keying — DPSK), передающую информацию путем сдвига фазы несущего сигнала. Несущие частоты — 1200 и 2400 Тц, скорость модуляции — 600 Бод. Протокол имеет два режима, в одном из которых одной модуляцией передается один бит, а в другом — два бита (дибит). Соответственно, в первом случае имеется дне, а во втором — четыре позиции модуляции с относительным сдвигом фазы на 180 и 90 градусов, а скорость передачи равна 600 и 1200 бит/с. Реализация протокола предусматривает наличие эквалайзера, корректирующего частотные и фазовые характеристики сигнала. •
V.22bis (ITU-T). Развитие V.22 путем исключения однопозиционной и введения шестнадцатипозиционной квадратурно-амплитудной модуляции с передачей четырех битов (квадбита) за одну модуляцию сигнала. Соответственно, максимальная скорость передачи увеличена до 2400 бит/с.
•
V.32 (ITU-T). Использует шестнадцати позиционную КАМ и Trellisкодирование, скорости передачи — 4800 и 9600 бит/с.
•
V.32bis (ITU-T). Расширение V.32 со скоростью передачи до 14400 бит/с, введены промежуточные скорости 7200 и 12000 бит/с. В 532
Вопросы и ответы протокол включена поддержка процедур автоматического изменения скорости во время сеанса при изменении качества линии, однако в ряде модемов реатизованы лишь процедуры ее снижения без возврата к исходной скорости. HST (US Robotics). Оригинальный помехоустойчивый несимметричный протокол с передачей в одну сторону со скоростью до 16800 бит/с, в обратном канале скорость фиксирована — 300 или 450 бит/с. Протокол автоматически ориентируется в сторону наиболее плотного потока данных; при потоках сравнимой плотности происходит периодический «разворот» протокола. V.32terbo (AT&T). Расширение V,32bis со скоростью передачи до 19200 бит/с, промежуточная скорость — 16800 бит/с. V.32terbo/ASL (USR). Расширение V.32bis со скоростью до 21600 бит/с. ASL — Adaptive Speed Leveling, адаптивная коррекция скорости в зависимости от качества передачи. Управление осуществляется по протоколу V.42. Поддерживаются быстрые пересоединения (retrain) без полной настройки систем эхоподавления. Начальное соединение для надежности выполняется на скорости 7200. ZYX (ZyXEL). Оригинальный протокол со скоростью передачи от 7200 до 16800 бит/с в обычных моделях, и до 19200 бит/с — в моделях Plus. Дискретность изменения скорости — 2400 бит/с. ZyCELL, Оригинальный помехоустойчивый протокол, ориентированный на работу по сотовым (cellular) линиям связи, V.34 (ITU-T). Протокол последнего поколения со скоростью передачи до 28800 бит/с, промежуточные скорости — 2400..26400 бит/с с дискретностью 2400. Принятию стандарта ITU предшествовали протоколы ряда производителей под названиями V. Fast и V. FC. Модуляция 256-позиционная КАМ с дополнительным временным кодированием, при котором решение на приемном конце принимается по двум смежным состояниям сигнала. В связи с увеличением размера передаваемого за одну модуляцию элемента данных вместо понятия «бод» используется «символ в секунду»; в данном случае размер символа равен 8 битам, или одному байту. Соответственно, введено понятие «символьная скорость* 2400, 2743, 2800, 3000, 3200, 3429 симв/с. Две последние скорости формально не укладываются в стандартную полосу пропускания телефонного тракта, однако ряд телефонных линий реально обладает нужной пропускной способностью. V.34bis (ITU-T). Расширение V.34 до скорости 33600 бит/с с промежуточной скоростью 31200 бит/с. V.90 (ITU-T). Несимметричный, «полуцифровой» скоростной протокол, позволяющий поднять скорость передачи в одну сторону до 56 Кбит/с, Стандарту предшествовали протоколы х2 (USR/3COM) и k56flex (Rockwell/Lucent). Данная группа
533
Вопросы и ответы протоколов известна также под названиями V. РСМ и 56k. Протоколы 56k реализуются только на несимметричных линиях, когда с одной стороны устанавливается блок прямого сопряжения («цифровой модем») с подключением к цифровому каналу Т1/Е1, ISDN, а с другой — аналоговый модем с поддержкой V.90. При таком соединении сигнал со стороны цифрового канала большую часть расстояния передастся в неизменной цифровой форме, и только от абонентского комплекта до обычного модема — в аналоговой. Поскольку преобразование из цифровой формы в аналоговую сопряжено с меньшими потерями информации, чем обратно, предельная пропускная способность цифрового канала (64 Кбит/с) понижается только до 56 Кбит/с (реально обычно до 45-53 Кбит/с). В обратную сторону предельной является скорость 33.6 Кбит/с. Протоколы 56k ориентированы в первую очередь на централизованные системы связи — провайдеры Internet (ISP — Internet Service Provider), банковские и информационные сети, где преобладает передача информации от центра к абоненту (download), а передача от абонента к центру (upload) встречается гораздо реже,
Что такое CPS Это исторически укоренившаяся единица измерения скорости передачи данных между программами (Characters Per Second — символов в секунду), которая обозначает скорость передачи «компьютерных» {восьмибитовых) символов (байтов) между оконечными программами. «Модемная» скорость в BPS для этого не подходит, так как обозначает скорость передачи данных между модемами в физическом канале, а на реальную скорость передачи по полному каналу (между программами) влияют коррекция ошибок, сжатие данных, тонкости аппаратных и системных протоколов, настройки портов. CPS — чисто «компьютерная» единица, не имеющая отношения к «модемным» символам модуляции, введенным в V.FC, V.34 и более поздних протоколах.
Работа протоколов коррекции ошибок Практически все протоколы коррекции ошибок основаны на повторении передачи ошибочного блока (кадра) по запросу от принимающего модема. Каждый блок снабжается контрольной суммой, которая проверяется на приемном конце, и блок не отдается потребителю до тех пор, пока не будет принят в правильном виде. Это порождает возможные задержки передачи, однако практически гарантирует безошибочную передачу данных без дополнительного контроля более высокого уровня. Для увеличения эффективности передачи протоколы коррекции устанавливают соединение в синхронном режиме, в котором передаваемые по физическому каналу биты уже не делятся на байты, а оформляются в пакеты большего размера. За счет этого одна и та же пара модемов по чистому качественному каналу на протоколах с коррекцией чаще всего передает данные быстрее, нежели на низкоуровневых асинхронных протоколах без коррекции.
534
Вопросы и ответы Наиболее распространенные протоколы коррекции — MNP (Microcom Networking Protocol) уровня 4 (MNP4), введенный фирмой Microcom и ставший стандартом де-факто, и включающий его более поздний V.42, называемый также LAP-M (Link Access Procedure — Modems), введенный ITU-T. Последний Еюлее эффективен, поэтому при установлении связи модемы в первую очередь пытаются использовать V.42, а при неудаче MNP4. И в MNP4, и в V.42 отвергание (reject) принимающим модемом ошибочного кадра может быть как индивидуальным, так и включать в себя все последующие кадры, которые к этому моменту успел передать удаленный модем. Чаще всеюреализуется вторая схема, как более простая, однако в ряде моделей используется выборочный повтор кадров — Selective Reject (SREJ), заметно повышающий скорость передачи на каначах с частыми ошибками связи. Еще более позднее расширение MNP уровня 10 ориентировано на каналы с быстро меняющимися параметрами (радиочастотные, сотовые) и оптимизировано для снижения потерь от таких изменений, Кроме исправления ошибок, протоколы коррекции могут передавать ряд служебных сообщений между модемами. В основном используется два типа таких сообщений — сигнал временного перерыва в передаче (Break), передаваемый между компьютером и модемом в виде длинной серии без стопового бита в конце, и сигнал разрыва связи (Link Disconnect), передаваемый одним модемом другому при прекращении связи (многократная неудача приема блока, падение DTR, команда АТН и ей подобные). Первое сообщение позволяет передавать между компьютерами «несимвольный» сигнал, который часто называется сигналом типа «внимание», а второе облегчить и ускорить процедуру разрыва связи, чтобы удаленный модем не пытался се восстановить.
Работа протоколов сжатия данных Сжатие данных выполняется путем обнаружения и частичного устранения избыточности информации во входном потоке передающего модема, после чего закодированные блоки данных уменьшенного размера направляются принимающему модему, который восстанавливает их исходный вид. Принцип действия алгоритмов сжатия во многом похож на работу архиваторов. Наиболее распространены протоколы сжатия MNP5, введенный фирмой Microcom. и V.42bis, введенный 1TU-T. Алгоритм MNP5 основан на относительно простых методах сжатия, его эффективность в лучших случаях редко превышает 2. V.42bis основан на популярном методе сжатия LZW, применяемом в большинстве архиваторов, и в удачных случаях обеспечивает сжатие до четырех раз. В модемах, где реализованы оба протокола, предпочтение при соединении по умолчанию отдается V.42bis. В протоколе MNP5 алгоритм сжатия не отключается, и протокол всегда пытается кодировать поступающие данные. Это часто приводит к тому, что данные, не поддающиеся сжатию, за счет кодирования увеличиваются в размере, и эффективная скорость передачи падает. Протокол V.42bis следит за эффективностью сжатия потока, и временно прекращает работу, если сжатие не достигает своих цедей. В случае, если в модеме реализован только протокол MNP5, рекомендуется отключать его для сеансов, в которых преобладают данные с низкой избыточностью (архивы, дистрибутивы, изображения, явук. 535
Вопросы и ответы видео), и включать — для сеансов передачи текстов, HTML-страниц, непакованных баз данных. Алгоритм сжатия в модеме всегда имеет дело с непрерывным потоком данных, из-за чего сжатию подвергаются лишь отдельные, относительно небольшие и независимые фрагменты потока, а это не позволяет достичь столь же высокой степени сжатия, как в архиваторах. Например, текст на русском языке большинством архиваторов сжимается в 4-5 раз, в то время как реальная эффективность лучших модемных протоколов сжатия не превышает 2-3, а более высокая степень достигается лишь при передаче повторяющихся серий (таблиц, непакованных баз данных с высокой избыточностью).
Устройство интерфейса модема и DTE Чаще всего используется интерфейс RS-232C, на модеме устанавливается 25-контактный или 9-контактный разъем типа DB female (гнездо). Данные по линиям передаются двуполярными посылками напряжения +/- 12 В относительно общего провода (GND). Допускается снижение амплитуды напряжения на входах модема до +/- 5 В. Активный уровень напряжения положительный, кроме линий TxD и RxD. Сигналы DSR (модем) и DTR (DTE) показывают базовую готовность устройств, устанавливаются в начале сеанса работы и снимаются в его конце. Сигнал DTR может влиять на режим работы модема — его снятие по умолчанию вызывает разрыв связи, отключение от линии и переход модема в командный режим. Сигналы CTS (модем) и RTS (DTE) относятся к сигналам аппаратного управления потоком (hardware flow control, RTS/CTS) и отражают готовность устройств к приему или передаче в каждый конкретный момент. DTE устанавливает RTS, когда готово к приему очередного байта, и снимает его в случае неготовности; модем аналогичным образом устанавливает CTS. Сигнал DCD устанавливается модемом при обнаружении несущей. Ряд модемов выдает в линию DCD реальное состояние несущей, однако большинство модемов фактически выдает состояние связи: DCD устанавливается, когда процесс вхождения в связь завершен, и снимается при разрыве связи. Сигнал RI устанавливается модемом при обнаружении в линии вызывного звонка и удерживается в течение каждого периода звонка. Вместо аппаратного управления потоком может использоваться программное (software, XOn/XOff), при котором каждое устройство посылает символ XOff (код по умолчанию — J 7 hex) для прекращения передачи со стороны другого устройства, и символ ХОп (код по умолчанию — 15 hex) для ее возобновления. Из-за наличия этих резервных символов программное управление потоком используется только там,, где невозможно аппаратное управление.
Каким образом происходит общение DTE с модемом Практически все телефонные модемы общего назначения имеют унифицированный набор команд, предложенный и закрепленный фирмой Hayes, по имени которой назван и сам набор. Другое название набора АТ-набор (AT-set), поскольку большинство команд начинается с префикса AT (ATtcntion — внимание). Ряд специализирован536
Вопросы и ответы ных модемов имеет собственные наборы команд, несовместимые с Hayes и между собой. Различаются два основных режиме работы модема: режим команд и режим данных. В первом режиме DTE передает модему команды и получает сообщения. во втором модем прозрачно передает данные между DTE и удаленным модемом. В командном режиме процессор Hayes-модема постоянно следит за потоком битов от DTE и пытается обнаружить сочетание «AT» или «at», переданное на одной из допустимых скоростей. Как только такое сочетание обнаружено — процессор фиксирует данную скорость и переходит в режим ввода командной строки, записывая получаемые символы во внутренний буфер, объем которого обычно равен 40 символам. Пробелы в командах игнорируются, если это не оговорено особо для отдельных команд. Неправильно набранные символы возможно стирать символом «забоя» (по умолчанию — BS, код 08 hex), однако префикс AT в буфер не заносится, поэтому невозможно ни его стирание, ни отмена режима ввода командной строки Командный режим модема изначально был ориентирован на ручной ввод команд с простого терминала, поэтому способ ввода и структура команд разработаны в «человеческой» форме. По той же причине модем в командном режиме по умолчанию возвращает (эхо-режим) каждый полученный от DTE символ, позволяя визуально контролировать правильность набора команд. В режиме данных полученные символы по умолчанию не возвращаются. Большинство команд Hayes-модемов обозначаются буквой — «А», «Р»„ или символом с буквой — &С, %Т. Команда может иметь параметр (обычно числовой) - XI, &D2. В случае, если числовой параметр опущен, он полагается нулеиым. Ряд команд имеет синтаксис, не подчиняющийся этим правилам. В одной командной строке может быть записана как одна, так и несколько команд; исключение составляют случаи, когда очередная команда приводит к смене режимов, делающей следующие за ней команды бессмысленными. Выполнение каждой команды происходит после завершения ее выделения из командной строки и синтаксического разбора. В случае успешного выполнения командной строки выдается сообщение ОК; перед ним могут быть выданы строки дополнительной информации, запрошенные введенными командами. При обнаружении ошибки выдается сообщение ERROR и обработка строки прекращается, но все предшествующие правильные команды к этому моменту будут выполнены, Примеры командных строк: ' i
at&d1 at 11 m3 e1 &c Каждая строка АТ-команд завершается символом CR (код по умолчанию — OD hex, клавиша Enter). После получения CR процессор модема анализирует командную строку и по возможности выполняет каждую команду в ней, после чего выдает сообщение о подтверждении, ошибке или запрошенную командами информацию. Диагностические сообщения Hayes-модемов по умолчанию выдаются в текстовой форме, но могут выдаваться и в виде трехзначных десятичных кодов,
537
Вопросы и ответы АТ-команды служат для получения сведений о состоянии модема, изменения режимов его работы, набора номера, установки/завершения связи и тестирования модема и линии. Для изменения основных параметров имеются отдельные команды, прочие параметры хранятся в так называемых S-регистрах, принимающих значения от 0 до 255. Значения S-регистров могут использоваться как полностью, так и раздельно по полям и отдельным битам. На самом деле все или большая часть параметров хранятся в S-регистрах, а отдельные команды управления ими введены исключительно для удобства. За редкими исключениями, команды изменения состояния действуют только на текущий набор параметров, теряющий свои значения при отключении или сбросе модема. Содержимое текущего набора может быть записано в один из сохраненных наборов в NVRAM; кроме этого, ряд команд может непосредственно изменять содержимое NVRAM. Кроме командных строк, начинающихся с AT, Hayes-модемы поддерживают также команду «А/». Она повторяет последнюю введенную командную строку; исполнение начинается сразу после получения символа «/», кода CR не требуется. При выполнении команд соединения (вызов, ответ, тестирование) происходит соединение модемов и переход в режим данных, сопровождаемый выдачей сообщения CONNECT. В режиме данных все поступающие символы прозрачно пересылаются модемом. Исключение составляет так называемая Escape-последовательность из трех одинаковых символов (по умолчанию «+»), перед и после которой должны: быть выдержаны охранные интервалы (по умолчанию — 1 сек). При получении такой последовательности модем переходит в командный режим, не разрывая соединения; впоследствии возможно как вернуться в режим данных, так и разорвать соединение любой из подходящих команд.
Основные команды, использующиеся в Hayes-модемах •
А — переход в режим ответа (Answer). Модем выдает оговоренную для разрешенных протоколов последовательность тональных сигналов ответа, ожидая подтверждения от вызывающего модема. В случае, если подтверждение получено — модемы переходят к установлению соединения, успешное завершение которого приводит к выдаче сообщения CONNECT и переходу в режим данных.
•
D — переход в режим вызова и набор номера (Dial). Команда имеет сложный синтаксис, который подробно рассмотрен далее,
•
En — возврат символов (Echo) в командном режиме. О запрещает эхо, 1 разрешает (стандарт).
•
Нп — состояние подключения к линии (Hook). О (стандарт) — модем отключен от линии («трубка висит на крючке» — on-hook), 1 — модем подключен к линии («трубка снята с крючка» — off-hook),
•
In — запрос информации (Information) о модеме. О — тип модема, 1 контрольная сумма ПЗУ, 2 — проверка правильности контрольной суммы, 3 и более — запрос информации, зависящей от типа модема.
538
Вопросы и ответы Ln — громкость динамика (voLume). О — минимальная громкость, 1 и 2 (стандарт) — средняя, 3 — высокая. Мп — режим (Mode) работы динамика. О — отключен, 1 (стандарт) включен на время набора и установки соединения, 2 — включен всегда, 3 — отключен на время набора и включен на время установки соединения. On — возврат в режим данных (On line) после временного перехода в командный режим по Escape-последовательности. О — немедленный возврат, 1 — повторение процедуры установки связи и перенастройка эквалайзера (retrain). He все модемы в состоянии надежно возвращаться в режим данных после выхода в командный режим. Р — установка по умолчанию импульсного (Pulse) способа набора номера, Q — «немой» режим (Quiet). О — возвращать ответы после команд (стандарт), 1 — не возвращать. S — работа с S-регистрами (Storage). Имеет сложный синтаксис.. который подробно описан далее. Т — установка по умолчанию тонального (Топе) способа набора номера. Vn — вид ответов модема. О — числовой формат, 1 (стандарт) — словесный (Verbal). Wn — вид сообщений о соединении (CONNECT). О — в сообщении выдается скорость модем-DTE независимо от реальной скорости канала; 1 — то же, но вместе с сообщением CONNECT могут выдаваться дополнительные сообщения о протоколах соединения и скорости канала; 2 — выдается скорость канала. Команда часто работает no-разному в модемах различных типов. Хп — режим распознавания состояния линии в режиме вызова. О — сигналы АТС не анализируются (blind dialing — набор вслепую), при соединении выдается сообщение CONNECT без указания скорости. 1 — то же, разрешена выдача скорости в сообщении CONNECT. 2 — то же, распознается только сигнал «свободно» (непрерывный гудок). 3 — то же, что и 1, распознается только сигнал «занято». 4 — распознаются сигналы «свободно» и «занято», разрешены все сообщения. Zn — сброс модема (initialization) и установка набора параметрои по умолчанию (profile). О — загрузка набора О, 1 — загрузка набора I. Сброс модема всегда разрывает соединение и отключает модем от линии. Большинство модемов игнорирует конец командной строки по причине инициализации буфера. &Сп — режим контроля несущего сигнала (Carrier). О отменяет контроль, и модем постоянно выдает активный уровень на линии DCD. Параметр 1 (стандарт) разрешает контроль, уровень на линии DCD отражает наличие несущего сигнала в канале.
539
Вопросы и ответы &Dn — режим обработки падения (перехода в пассивное состояние) входного сигнала DTR. О — DTR игнорируется, 1 переход в командный режим без разрыва соединения, 2 (стандарт) — то же, с разрывом соединения, 3 — полный сброс модема. &Fn — загрузка стандартных заводских (Factory) параметров модема. Для модемов, имеющих более одной стандартной конфигурации, п задает ее номер — к примеру, для модемов US Robotics/ЗСОМ конфигурация 0 обычно подобрана под программное управление потоком, а 1 — под аппаратное. &Gn — режим выдачи в линию защитного сигнала (Guard tone). О запрещено, 1 — 550 Гц, 2 — 1800 Гц. Защитный сигнал сообщает станции, что к линии подключен модем и имеет смысл только для станций, способных его опознать. &Кп — режим управления потоком: 0 — запрещено; 3 — двустороннее аппаратное; 4 — двустороннее программное; 5 — программное только со стороны модема. &Ln — тип телефонной линии (Line). О — двухпроводная коммутируемая, 1 — двухпроводная выделенная. Работу с выделенной линией поддерживают не все типы модемов; в этом режиме изменяется поведение модема при установлении и поддержании соединения. &Мп — асинхронный или синхронный режим (Mode) общения с DTE. О асинхронный режим 1 — переход в синхронный режим только на время соединения; 2 — переход DTR в активное состояние вызывает автоматический набор первого сохраненного (&ZO) номера и установку соединения в синхронном режиме; 3 — переход DTR в активное состояние вызывает установку соединения в синхронном режиме без набора номера. &Рп — соотношение импульс/пауза при импульсном (Pulse) методе набора номера. О (стандарт) — 39% / 61% (США/Канала), 1 - 33% / 67% (Европа, Восточная Азия). &Тп — группа тестовых режимов. Описана в последующих разделах. &V — просмотр (View) текущих настроек в модема (параметры команд, S-регистры). &Wn — запись (Write) текущих настроек в NVRAM модема, п задает номер набора (profile), в который записываются настройки. &Yn — установка набора, из которого будут загружаться настройки модема при инициализации модема. Стандартное значение — 0. &Zn=xxx — запоминание часто используемых телефонных номеров, п задает номер ячейки, где запоминается номер, ххх — строку номера в формате команды D. Количество доступных ячеек зависит от типа модема.
540
Вопросы и ответы Модемы, поддерживающие коррекцию ошибок и сжатие данных, почти всегда имеют группу команд «\» и «%»: Ш
\Ап — размер кадра MNP в байтах: 0 — 64, 1 — 128, 2 — 392, 3 256 (стандарт).
•
\Gn — протокол XOn/XOff: 0 — запрет (стандарт), 1 — разрешение.
•
\Jn — переход в обмене с DTE на скорость соединения: 0 — запрещен, I разрешен.
•
\Ln — режим MNP: 0 — потоковый, I — блочный.
•
\Nn — допустимые режимы соединения: 0 — без коррекции с буферизацией; 1 — без коррекции, прямой; 2 — только с коррекцией; 3 — с коррекцией либо прямой.
•
\Qn — управление потоком в режиме с коррекцией ошибок: 0 -запрещено; 1 — двустороннее программное; 2 — аппаратное со стороны модема; 3 двустороннее аппаратное.
•
\Vn — расширенные сообщения о протоколах при соединении (Verbose): 0 запрещены; 1 — разрешены. Команда работает поразному в модемах различных типов.
•
%Сп — сжатие данных: 0 — запрещено, 1 — разрешено (стандарт).
Структура команды набора номера Команда набора номера D имеет параметр в виде строки последовательно интерпретируемых символов, управляющих процессом набора номера: •
0..9 — набор соответствующей цифры
•
Р — переключение в режим импульсного набора (Pulse)
•
Т — переключение в режим тонального набора (Топе) W — ожидание (Wait) сигнала «свободно» (длинный гудок)
•
@ — ожидание периода тишины (отсутствия сигналов) заданной длительности
•
, — пауза с длительностью, заданной регистром $8
•
; — переход в командный режим
•
! — кратковременный разрыв линии (Flash)
•
R — переход в режим ответа (Reverse)
•
S=n — набор номера, записанного в ячейке п
Структура команды работы с S-регистрами Команда работы с S-регистрами S имеет две формы: Sn=xxx
Sn?
n — десятичный номер регистра (0..255), а ххх — новое десятичное значение регистра. Первая команда записывает новое значение в регистр, вторая — выводит текущее содержимое регистра. 541
Вопросы и ответы В ряде модемов для регистров, работающих в режиме битовых полей (bitmap), введены команды записи отдельных битов: Sn.b=x где b — номер бита в регистра (с нуля), а х — новое значение бита (0/1). Наиболее общие S-регистры: •
SO — номер звонка, на который отвечает модем; 0 — не отвечает.
•
S1 — счетчик входящих звонков (устанавливается модемом).
•
S2 — код символа Escape, стандартно 43 («+»).
•
S3 — код символа Enter, стандартно 13 (CR).
•
S4 — код символа перевода строки, стандартно 10 (LF).
•
S5 — код символа забоя, стандартно 8 (Backspace).
•
S6 — время ожидания непрерывного гудка, сек; стандартно 2.
•
S7 — предельное время установки соединения, сек.
•
S8 — длительность паузы при наборе (символ «,»), сек; стандартно 2.
•
S9 — время опознания несущей, 1/10 сек; стандартно 6. S10 — время ожидания восстановления несущей, 1/10 сек; стандартно 7.
•
S11 — длительность сигнала/паузы тонального набора, мс
•
S12 — охранная пауза до и после Escape, 1/50 сек; стандартно 20.
•
S 18 — длительность теста, сек; 0 — бесконечный тест.
Команда тестирования &Т Группа команд &Т позволяет проверить правильность работы как отдельного модема, так и пары модемов, соединенных между собой, однако поддерживается не всеми модемами. Различается три типа тестовых режимов— Local Analog Loopback (LAL), Remote Digital Loopback (RDL) и Local Digital Loopback (LDL). Последний режим является вспомогательным для обеспечения работы в режиме RDL. В каждом из этих режимов происходит соединение между собой (Loopback замыкание, возврат), передатчика и приемника модема: Analog аналоговое, со стороны телефонной линии, перед разделительным трансформатором: Digital цифровое, со стороны DTE, перед интерфейсом с DTE. Слово Local в названии режима означает, что замыкание выполняется в местном модеме, Remote — в удаленном. Тесты LAL выполняются только на местном модеме, тесты LDL и RDL требуют участия как местного, так и удаленного модемов. Модемы могут быть соединены как по обычной коммутируемой линии, так и по выделенной, либо просто отрезком телефонного провода. В режимах Digital Loopback один из модемов является активным (находится в режиме данных с DTE или формирует тестовую последовательность), а другой — пассивным (предоставляет шлейф). Пассивный модем может предоставлять 542
Вопросы и ответы шлейф автоматически по запросу другого модема (для модемов, поддерживающих протоколы тестирования ITU-T V.54) либо по команде. Время выполнения каждого теста в секундах задает регистр $18, При нулевом значении в регистре тест выполняется до его ручного прерывания. Каждый из режимов LALn RDL имеет две разновидности — с ручным и автоматическим контролем. В первом случае модем устанавливает связь через аналоговое или цифровое замыкание линии, выдает сообщение CONNECT и переходит в режим данных. Этот режим ничем не отличается от обычного соединения, кроме того, что все переданные символы сразу же возвращаются обратно, позволяя проверить правильность их прохождения. Используя полнод>плексный протокол связи (к примеру, Hydra), в этом режиме возможно имитировать передачу и прием файлов, проверить работу методов управления потоком, буферизацию. Во втором случае модем после установления связи остается в командном режиме, а его процессор начинает формирование тестовой последовательности данных, которая проходит через замыкание линии и проверяется после приема. Количество ошибок подсчитывается и выдается в виде трехзначного числа после завершения или прерывания теста. Для теста LAL с автоматической проверкой рекомендуется отключить протоколы коррекции ошибок, чтобы они не влияли на результат проверки. Этот тест в любом случае не должен обнаруживать ошибок, иначе модем неисправен. В тесте RDL в проверке участвует вся линия связи и удаленный модем, поэтому количество ошибок может быть ненулевым. Параметры команды &Тп: •
0 — прекращение работающего теста
•
1 — тест Local Analog Loopback
•
3 — режим Local Digital Loopback (предоставление шлейфа по команде) 4 — разрешение предоставления шлейфа для удаленного модема
•
5 — запрет предоставления шлейфа для удаленного модема
•
7 — тест Remote Digital Loopback с автоматической проверкой
№
8 — тест Local Analog Loopback с автоматической проверкой
6 — тест Remote Digital Loopback
Таким образом, для проверки модема в режимах LAL достаточно ввести соответствующие команды. В режимах RDL необходимо вначале вручную установить соединение, затем при помоши Escape-последовательности перейти в командный режим и выдать команду RDL с активного модема. В удаленном модеме при этом либо должно быть разрешено предоставление шлейфа по запросу, либо заранее, путем ручного перехода в командный режим, установлен режим LDL.
Ответы модема на командные строки Основной набор ответов, определенный для всех Hayes-модемов: •
ОК — команда выполнена успешно
543
Вопросы и ответы •
ERROR — ошибка в синтаксисе или наборе параметров команды
•
NO DIALTONE — не обнаружен непрерывный гудок при попытке вызова
•
BUSY — обнаружен сигнал «занято»
•
МО ANSWER — модем не дождался паузы по подкоманде @ команды D
•
NO CARRIER — попытка вызова или ответа закончилась неудачно, либо произошел разрыв связи
•
CONNECT xxx — соединение успешно устаношюно, модем в режиме данных
•
RING — в линии обнаружен сигнал вызова (звонок)
Дополнительные ответы, введенные в некоторых расширениях: •
RINGING — в режиме вызова в линии обнаружен длинный гудок RINGBACK - то же
•
VOICE — обнаружен голосовой ответ
Сообщение CONNECT без параметров выдается либо в том случае, когда запрещены расширенные сообщения (ХО), либо установлено соединение на скорости 300 бит/с. Сообщение RING выдается модемом после завершения каждого вызывного сигнала (интервал около 5 сек). Сообщения RINGING/RINGBACK выдаются не всеми типами модемов. Сообщение VOICE поддерживается только некоторыми модемами и выдается в том случае, когда в линии обнаружен сигнал, который нельзя отнести к какому-либо известному классу линейных или модемных сигналов. В этом случае считается, что абонент ответил голосом, и после выдачи сообщения модем отключается от линии.
Что представляет собой факс-модем Это модем со встроенными факсовыми протоколами установления связи, модуляции и передачи изображений. Такой модем может работать как с обычными модемами посредством протоколов передачи данных, так и с факс-машинами через протоколы передачи изображений. Функциональность факс-модема определяется его классом: 1, 2 или 2.0, Класс 1 предполагает поддержку только протоколов физического уровня, все остальные процедуры выполняет управляющая программа компьютера. Класс 2 вносит большую часть интеллектуальных функций в сам модем, однако является «промежуточным» стандартом де-факто. Класс 2.0 добавляет функции кодирования и декодирования изображений, содержит ряд изменений, и утвержден в качестве официального стандарта. Классы факс-модемов не совместимы снизу вверх (функции младших классов не поддерживаются в старших), а модемы старших классов чаще всего не поддерживают младшие классы факсовых команд.
544
Вопросы и ответы Программы, ориентированные на работу с факс-модемами (BitFax, BGFax. WinFax), позволяют передавать и принимать изображения в различных графических форматах (BMP, GIF, TIFF. JPG). Кроме этого, большинство программ, а также встроенные факс-службы современных ОС, позволяют передавать документы любого типа, для чего в системе устанавливается фиктивное устройство класса «принтер», при «печати» документов на которое они преобразуются в чистое изображение и отправляются факс-модемом.
Что представляет собой голосовой модем Это модем с возможностью голосового (voice) контакта между абонентами. Первые модемы с поддержкой голоса имели только микрофонный и телефонный усилитель с возможностью подключения наушников с микрофоном, что добавляло к модему функции обычного телефонного аппарата. Современные модемы, кроме этого, способны одновременно передавать по каналу данные и голос, отчего эта группа модемов имеет общее обозначение SVD (Simultaneous Voice and Data), и часто позволяет делать это при помощи подключенного к модему телефонного аппарата. Различаются две основные технологии передачи голоса вместе с данными: ASVD — аналоговая, когда звуковая информация внедряется в поток данных в аналоговом виде на этапе модуляции. Скорость потока данных в канале при этом падает. Примером может служить протокол V.61 (скорость данных 4800 бит/с), а также его расширения от Rockwell, называемые AudioSpan: ML144 (4800..9600 бит/с) и ML288/V.34Q (4800..14400 бит/с). ASVD позволяет разговаривать с абонентом при помощь телефонной трубки или наушников с микрофоном, но не позволяет передавать по голосовому каналу звук из компьютера без его преобразования в аналоговую форму. •
DSVD — цифровая, когда звук в цифровом виде прозрачно внедряется в основной цифровой поток посредством служебных кадров. При этом звук может как оцифровываться с микрофона на входе и подаваться на наушники с выхода, так и напрямую передаваться с компьютера или на компьютер. Пример — протокол V.70.
Помимо прямых голосовых разговоров, при помощи голосовых модемов реализуются системы определения номера звонящего абонента, автоответчики, системы автоматической рассылки речевых сообщений,
Что такое Soft-modem Так называют класс модемов, часть «интеллекта» которых переносится из самого модема в основной компьютер. Повышение быстродействия центральных процессоров и появление специализированных команд для обработки сигналов (ММХ) позволяют передать часть функций модемной аппаратуры операционной системе основного компьютера. Встречаются также три наиболее распространенные разновидности softмодемов:
545
Вопросы и ответы •
модем без ПЗУ микропрограммы, содержащий только ОЗУ. Микропрограмма в такой модем загружается из файла специальным программным загрузчиком, после чего такой модем вплоть до отключения питания работает, как обычный. Такая конструкция облегчает обновление микропрограмм и исключает полную потерю работоспособности модема с некорректно «перешитым» ПЗУ, однако требует операции первоначальной загрузки микропрограммы, без которой модем неработоспособен.
•
модем с упрошенным контроллером, реализующим только протоколы модуляции и установления связи. Коррекция ошибок, сжатие данных и другие сервисные функции выполняются программным обеспечением (драйверами ОС или специализированными связными программами). Такой модем выглядит как обычный, имеет набор команд, однако без внешних сервисных программ неспособен реализовать описанные функции. Частным случаем являются модемы с интерфейсом RPI (Rockwell Protocol Interface — интерфейс протоколов Rockwell), построенные на серии микросхем Rockwell.
•
модем без контроллера (controllerless). Такие модемы выпускаются только во внутреннем исполнении, и фактически представляют собой модулятор/демодулятор с «неинтеллектуальным» интерфейсом. Все функции по инициализации такого адаптера и превращению его в привычный интеллектуальный модем с набором АТ-команд возлагаются на центральный процессор и драйверы, что создает значительные накладные расходы и требует процессора значительной мощности. Модемы этого типа работоспособны только в среде ОС, в которой установлены их драйверы, в остальных случаях они не имеют никакого смысла. Наиболее известным примером является USR Sportster WinModem.
Первоначальная настройка нового модема Для внутреннего модема прежде всего необходимо установить номер СОМпорта и линии IRq, которые он будет использовать. Подавляющее большинство внутренних модемов видны компьютеру, как дополнительный СОМ-порт, за исключением Soft-модемов с полностью программным управлением, которые могут иметь произвольный интерфейс. При установке номера порта нужно иметь в виду, что на всех современных системных платах имеется встроенный контроллер ввода/вывода, поддерживающий два последовательных порта, по умолчанию обычно работающих как СОМ1 и COM2. В BIOS Setup для каждого из этих портов может быть также режим Auto, в котором порт включается только в случае наличия свободных стандартных адресов и линий I Rq. Например, если для второго системного порта задано Auto и в плату установлен внутренний модем, настроенный, как COM2, BIOS в зависимости от типа и версии может либо перенести второй системный порт на COM4, либо отключить его совсем. В случае, если два порта настроены на одну линию IRq (IRq sharing), то возможна работа только с одним из них в каждый конкретный момент времени. При
546
Вопросы и ответы попытке активизировать оба порта не сможет работать ни один, кроме случая, когда оба порта обслуживает специализированная программа, которая в состоянии разобраться, какой порт генерирует какое прерывание. При настройке двух портов на один и тот же адрес оба будут неработоспособны. Внутренние модемы с интерфейсом Plug & Play в специальной настройке не нуждаются; может потребоваться разве что установка перемычками режима РпР. если модем допускает также и прямое конфигурирование адреса и IRq. На внешнем модеме может потребоваться установка режимов работы переключателями, если они есть. Проверить правильность работы порта модема возможно при помощи любой терминальной программы (Telix, Terminate, Telemate — для DOS, или стандартный Hyper Terminal (Программа Связи) — для Windows), На ввод строки AT&F модем обязательно должен дать ответ ОК. Можно использовать и строку ATZ, однако в том случае, если в параметрах по умолчанию установлен режим Q1, модем не даст ответа ОК на эту строку. Убедившись, что модем работает, необходимо сформировать набор параметров по умолчанию. Для этого вводится команда &Fn с нужным номером конфигурации, описанной в руководстве к модему; крайне желательна конфигурация с аппаратным (hardware, RTS/CTS) управлением потоком данных. В случае, если некоторые параметры желательно иметь отличными от заводской конфигурации, их нужные значения задаются после команды &Fn. После настройки всех параметров вводится команда &W, которая записывает сформированный набор в качестве набора по умолчанию с номером 0. Впоследствии, при каждом включении модема или после выполнения команды Z, будет устанавливаться этот набор параметров. Для того, чтобы программы правильно отображали скорость установленного соединения, необходимо задать модему режим вывода в строке CONNECT реальной скорости вместо скорости модем-DTE. Для этого служит команда Wn; также могут потребоваться и другие команды (к примеру, \Vn), которые нужно найти в описании. Проверить формат строки CONNECT на большинстве модемов возможно командой &Т1, устанавливающей тестовое соединение по типу Local Analog Loopback.
Строка инициализации и ее назначение Строкой инициализации называют последовательность команд, приводящую модем Б заранее известное состояние. Обычно такая строка начинается с одной из команд &Fn, устанавливающей заводские установки, следом за которой идут команды установки нужных режимов. В случае, если терминальная программа поддерживает несколько строк инициализации, последовательно выводимых в модем, удобно начинать последовательность с команды Z. В этом случае в активный набор параметров по умолчанию записываются наиболее обшие установки для всех применений модема на данной станции. В том случае, если для всех применений модема достаточно одного набора параметров, наиболее удобным будет запоминание его в NVRAM. Строка инициализации в этом случае сводится к одной команде Z.
547
Вопросы и ответы
Оптимизация настройки модема и управляющей программы В общем случае оптимальная настройка модема и программы весьма сложна и неоднозначна, однако в большинстве случаев возможно выделить несколько наиболее типичных моментов: •
Надежность соединения. Все современные модемы поддерживают аппаратную коррекцию ошибок, однако заводские установки разрешают соединение без коррекции, если в процессе вхождения в связь модемам не удалось выбрать обший протокол коррекции. В результате даже при случайной помехе в этот момент может быть установлено соединение без коррекции, что чревато появлением на выходе модема большого количества мусора вперемешку с полезными данными и значительное снижение общей скорости передачи. Для избежания подобных ситуаций рекомендуется задавать принудительный режим коррекции командами \N2, \N4, \.N5, \N6 (для большинства модемов), &М5 (USR/3COM).
•
Эффективность сжатия данных. По умолчанию все современные модемы пытаются задействовать протокол сжатия. В случае передачи неупакованных данных это чаще всего повышает общую скорость обмена, однако в случае передачи эффективно упакованной информации (архивы ZIP, ARJ, RAR, свернутые дистрибутивные наборы, САВ-файлы) алгоритм сжатия V.42bis чаще всего работает вхолостую, а алгоритм MNP5 в любом случае пытается сжимать поток, вызывая его увеличение из-за накладных расходов. Поэтому, если данная сессия связи ориентирована главным образом на передачу непакованных данных — лучше разрешить сжатие, если же преобладают большие объемы пакованных, а модем поддерживает только MNP5 — сжатие имеет смысл запретить. Пропускная способность интерфейса с DTE. При установке соединения модем может либо установить с DTE такую же скорость передачи, что и в канале (floating speed), либо всегда работать с DIE на фиксированной скорости (fixed speed). Последний случай называется режимом фиксации скорости порта (Port Locking, Baud Locking) и является наиболее удобным и эффективным. Фиксированную скорость порта рекомендуется устанавливать максимальной, на которой система и программы сохраняют способность надежно принимать данные, или хотя бы вдвое большей максимальной скорости соединения. В результате возрастание скорости передачи вследствие сжатия данных будет компенсировано увеличением скорости порта, и интерфейс с DTE не будет узким местом модемного тракта.
На линиях невысокого качества в зависимости от спектра помех могут поразному вести себя различные протоколы модуляции при близких битовых скоростях передачи. Например, при соединении по протоколу V.34 со скоростью 16800 бит/с скорость обмена из-за исправления ошибок может оказаться ниже, чем при соединении по протоколу V.32bis на скорости 14400 бит/с. В таких случаях имеет
548
Вопросы и ответы смысл принудительно ограничивать возможные протоколы и скорости для конкретных сеансов связи.
Отличие асинхронных и синхронных режимов В асинхронном режиме данные передаются побайтно, каждый байт предваряется стартовым битом и завершается одним или двумя стоповыми битам и. Таким образом, минимальной единицей передачи является байт, а стартовые/стоповые биты между байтами обеспечивают правильное опознание начала и конца каждого байта. Этот режим удобен с точки зрения надежности выделения сигналов с линии однако требует упаковки/распаковки битовых данных в байты, а также снижает скоростей передачи в канале за счет избыточных стартовых и стоповых битов (минимум на 25% — 2/8). В синхронном режиме данные передаются побитно, без группировки в байты. В этом случае нет накладных расходов на группировку битов, и единицей передачи является отдельный бит. Тем не менее, чтобы приемник имел возможность пересинхронизации в случае потери части потока, биты часто оформляются в пакеты различной длины, снабженные заголовком и контрольной суммой. Минимальной информационной единицей в этом случае является пакет. Поскольку длина пакета значительно превышает длину его служебной части, накладные расходы оказываются намного меньше. Все протоколы коррекции ошибок и сжатия данных устанавливают между модемами синхронный режим передачи с обменом пакетами. В то же время обмен между модемом и DTE чаше всего идет в асинхронном режиме, что вкупе <.: накладными расходами на оформление и обработку пакетов порождает разность скоростей в канапе и с DTE. Для компенсации этой разности в модеме имеется буфер, а также используются методы управления потоком (flow control). Специализированные устройства (пейджерные станции, промышленные системы сбора информации) нередко используют синхронную передачу между собой и модемом, сами формируя пакеты и следя за их правильностью. В таких случаях, из-за неспособности обычного компьютерного порта работать в синхронном режиме, взаимодействие компьютера с такими устройствами через пару модемов может оказаться невозможным.
Почему при смене видеорежима нарушается связь на внутреннем модеме Это происходит в основном при работе с рядом видеоадаптеров на основе микросхем S3. Эти микросхемы используют для управления ускорителем порты с адресами, младшая часть которых совпадает со стандартными адресами COM4 (2E8..2EF). При корректно реализованном интерфейсе PCI/ISA на системной плате обращения к этим адресам должны выдаваться только на ш и н у PCI, однако некоторые chipset'bi системных плат ошибочно транслируют их также и на ISA. В случае, если внутренний модем настроен на COM4 — это вызовет сбой в обмене данными, разрыв связи или даже неработоспособность модема до его повторной инициализации.
549
Вопросы и ответы
Почему модем не распознает сигнал «занято» Подавляющее большинство модемов настроено на распознавание телефонных сигналов в стандарте США/Канады. Сигнал «занято» в этом стандарте представляет собой сочетание двух частот — 480 и 620 Гц, длительность тона и паузы — 0.5 с, причем громкость сигнала существенно (на 12 дБ) ниже громкости непрерывного гудка. В российской телефонной системе сигналы «занято» передаются посылками частоты 425 Гц, длительность тона и паузы 0.35 с, уровень всех сигналов одинаковый. В результате, если анализатор модема не имеет достаточного запаса по длительности/интенсивности сигналов, корректное их опознание происходит редко или его не происходит вовсе. В случае, если модем имеет возможность регулировки чувствительности к сигналам станции и диапазона их параметров — возможно попытаться подобрать подходящие значения. Модемы, ориентированные на российскую телефонную сеть (ЮС, Russian ZyXEL, Russian Courier) изначально настроены на параметры отечественных сигналов. Для модемов, не имеющих подобных регулировок, в том случае, когда трудность в опознании сигнала «занято» вызвана слишком громким его уровнем, возможно попытаться ослабить входной сигнал, включив последовательно с линией резистор сопротивлением 50..500 Ом, однако это чаще всего отрицательно сказывается на качестве связи,
Зависание модема и как с этим бороться Как и любой компьютер, внутренний микрокомпьютер модема может зависать по нескольким причинам: •
ошибки в микропрограмме;
•
нестандартные входные сигналы или элементы данных, против которых в модеме не предусмотрено защиты;
•
некачественная фильтрация питающих напряжений;
•
электростатические разряды или мощные магнитные поля.
Наиболее частыми причинами зависания являются первые две. В частности, в большинстве современных модемов протоколы реализуются методом конечных автоматов, предусматривающих большое количество состояний и правил перехода между ними. При таком подходе крайне трудно проверить все возможные переходы и исключить появление «запрещенных» состояний, в которые модем может попасть по ошибке, а также некорректных цепочек таких состояний. В результате, при определенном сочетании входных условий (типы модемов в паре, протоколы связи, виды передаваемых данных) один или оба модема могут попасть в запрещенные состояния. В зависимости от тяжести зависания модем может быть выведен из него либо срабатыванием внутреннего таймера (если таковой имеется), либо снятием сигнала DTR, либо полным аппаратным сбросом. В случае, если модем регулярно зависает и нет возможности сменить его или хотя бы микропрограмму — возможно принять компромиссные меры: •
Установить режим &D3 для сброса по падению сигнала DTR. Однако на большинстве модемов сигнал DTR наравне с другими анализируется процессором модема, и зависший процессор часто 550
Вопросы и ответы оказывается неспособным отреагировать на его изменение. Модемы повышенной надежности могут иметь специальный режим, в котором сигнал DTR напрямую подключается к цепи аппаратного сброса. •
Установить в модем схему аппаратного сброса, формирующую импульс сигната Reset, который автоматически формируется при включении питания. Сигнал сброса возможно сформировать и л падения сигнала DTR, либо взять отдельный сигнал с какого-либо другого порта (СОМ или LPT). В первом случае потребуется только доработка самого модема, так как практически все программы умеют сбрасывать DTR для разрыва соединения. Во втором случае потребуется запуск специальной программы, которая будет выдавать в нужный порт сигнал, от которого сработает схема аппаратного сброса.
Для внешнего модема возможно сделать схему кратковременного отключения питания, работающую на тех же принципах. Метод хорош тем, что не требует вмешательства в схему самого модема. Вариант с формированием сигнала внутреннего сброса имеет ограниченное применение в случае внутреннего модема. Дело в том, что вн>тренний модем всегда содержит еще и контроллер СОМ-порта, настройку которого большинство программ выполняет только в начале работы. Таким образом, если сигнал сброса формируется от падения DTR, то порт также окажется приведенным в стандартное состояние, и программа не сможет с ним работать до повторной инициализации. В этом случае нужно, чтобы программа, обнаружив зависание модема, аварийно перезапускалась.
Максимальный CPS При условии, что в тракте нет узких мест (в частности, скорость асинхронных последовательных портов с обеих сторон превышает скорость соединения) и данные везде передаются с максимальной скоростью, предельный CPS без эффективного сжатия (к примеру, при передаче архивов) примерно равен 90..95% от битовой скорости, деленной на восемь. Например, для скорости 14400 бит/с предел CPS около 1650, а для 28800 — около 3400. При эффективной работе протоколов сжатия реальная скорость может возрастать в два и более раз (наиболее эффективно сжимаются длинные серии повторяющихся символов). Различные программы по-разному измеряют CPS при обмене: одни отображают только мгновенное значение, вычисленное при передаче текущего пакета, другие — результат деления общего количества переданных/принятых байтов на время с начала обмена. В первом случае значение сильно изменяется от влияния кратковременных факторов, а во втором оно неоправданно занижается. Наиболее корректным является отображение среднего CPS за небольшой промежуток времени (несколько секунд) с одновременным подсчетом среднего CPS за все время передачи.
551
Вопросы и ответь!
Отличие работы по коммутируемой и выделенной линии Стандартная коммутируемая линия отличается наличием питающего напряжения (около 60 вольт в российских телефонных сетях) и способностью выдавать и принимать сигналы состояния линии и набора номера. Соответственно, при работе по коммутируемой л и н и и вызывающий модем в общем случае дожидается непрерывного гудка, затем набирает номер, и только после этого ожидает ответа от удаленного модема. Отвечающий модем, в свою очередь, воспринимает сигнал вызова (звонок), после чего подключается к линии («берет трубку») и переходит в режим ответа. Выделенная линия представляет собой постоянное двухточечное соединение между двумя абонентами. Обычно это — двух- или четырехпроводная линия связи, напрямую соединяющая два модема и никакие соединенная со станционной аппаратурой. В простейшем случае это может быть обычный телефонный кабель, входящий в комплект модема, в наиболее сложном — участок многоканального проводного, оптоволоконного или радиотракта, который при помощи канальной аппаратуры имитирует простое проводное соединение. Модемы, поддерживающие работу по выделенной линии (команда &LJ) в этом режиме автоматически отключают проверку наличия непрерывного гудка, а также автоматически пытаются восстановить соединение при его разрыве. Для начальной установки соединения один модем должен быть активизирован как вызывающий (команда D), а другой — как отвечающий (команда А). После этого восстановление связи при обрыве модемы выполняют сами в тех же ролях. Кроме этого, модемы с поддержкой выделенных линий имеют запоминаемые режимы, в которых установление связи в выбранной роли выполняется автоматически при включении питания (либо после появления сигнала DTR). Таким образом, пара таких модемов сразу после включения питания или появления DTR создает автоматически поддерживаемое соединение без вмешательства управляющих программ, которым в этом случае остается лишь слежение за сигналом DCD и/или сообщениями CONNECT/NO CARRIER. В идеальном случае такая пара модемов позволяет организовать полностью прозрачное соединение, аналогичное нуль-модемному кабелю, при котором программам совершенно неизвестно о существовании в каких-либо дополнительных устройств в тракте. По выделенной линии могут работать практически все модемы — даже не поддерживающие команду &L1. Достаточно, чтобы модем не обращай внимания на наличие напряжения в линии (некоторые модемы имеют датчик напряжения) и не пытался ожидать гудка при переходе в режим вызова (это обеспечивает команда ХЗ). Для установления связи на вызывающем модеме вводятся команды X3D, после чего на отвечающем вводится команда А. Единственное неудобство в этом случае — обычные модемы не умеют автоматически восстанавливать оборванное соединение. Описанная технология может использоваться и при работе по коммутируемой линии — для установления модемной связи по канату, уже соединенному для голосового разговора. При этом модемы должны быть подключены параллельно каждому телефонному аппарату, их операторы выбирают для себя роли вызывающего/отвечающего, после чего вызывающий вводит команду D и после
552
Вопросы и ответы подключения его модема к л и н и и кладет трубку. Отвечающий оператор, услышав щелчок подключившегося к линии удаленного модема, вводит команду А и тоже кладет трубку, после чего модемы переходят к обмену сигналами установки соединения.
Подключение модема через блокиратор или АВУ Блокиратор используется для разделения спаренных абонентских линий, когда к одной телефонной паре подключаются две абонентские линии, каждая из которых использует свою полярность питающего и вызывного напряжения, it одновременная работа обеих линий невозможна. Типовой блокиратор представляет собой диодный однополярный выпрямитель, пропускающий в абонентскую линию только напряжение «своей» полярности, и также содержит транзисторный ключ, замыкающий обратный ток вызывного сигнала (звонка). Такой блокиратор рассчитан на телефонные аппараты с индуктивным звонком; после завершения действия очередного полупериода однополярного вызывного сигнала в катушке звонка возникает ток того же направления, замыкающийся через транзисторный ключ. Телефонные аппараты с электронным звонком и модемы содержат разделительный конденсатор, в котором возникает ток противоположной направленности, а для этого в блокираторе нет разрядной иепи. В результате аппарат или модем нормачьно работает во вес* режимах, кроме опознания звонка. Для нормальной работы на спаренных линиях выпускаются блокираторы, поддерживающие аппараты с электронным звонком. Можно также самостоятельно собрать схему, обеспечивающую замыкание возвратного тока и разряд разделительного конденсатора. При помощи АВУ (аппаратура высокочастотного уплотнения) к двухпроводной телефонной линии может подключаться несколько (обычно две) абонентские линии, могущие работать одновременно. При этом одна из линий работает в обычном режиме — на низкой частоте, а остальные на высоких частотах. Для передачи сигналов вызова по линии, уплотненной АВУ, используются специальные сигналы, принимаемые блоком АВУ и преобразуемые в стандартный вызывной сигнал напряжением ПО В и частотой 100 Гц. Типовой блок АВУ также рассчитан на аппараты с индуктивным звонком и имеет три точки подключения: два — низковольтная линия, и третий — выход вызывного сигнала. Для подключения аппаратов с электронным звонком или модемов нужен либо блок АВУ с двумя точками подключения, либо специальный адаптер. В случае, если через блокиратор модем в общем случае работает практически без потери качества, то на высокочастотной линии АВУ часто наблюдается значительное снижение скорости и надежности связи.
Что такое FOSSIL Fido/Opus/SeaDog Standard Interface Layer — стандартный уровень интерфейса, совместно разработанный Fido, Opus и SeaDog. Служит для унификации интерфейса с последовательными портами в DOS, заменяя и дополняя функции BIOS. В дополнение к стандартным для BIOS функциям ввода/вывода символа с ожиданием предоставляет функции ввода/вывода без ожидания, работы по прерываниям, буферизованного ввода/вывода. В FOSSIL может быть также включен 553
Вопросы и ответы интерфейс с видеоадаптером. Наиболее известные версии FOSSIL для DOS BNUnXOO. FOSSIL полезен и под многозадачными системами типа OS/2 и Windows. Стандартные средства виртуализации портов этих систем эмулируют только поведение порта на аппаратном уровне — байтовый ввод/вывод по прерываниям, при этом эмуляция побайтного обмена с прерыванием на каждые несколько байтов создает заметные накладные расходы и приводит к периодической потере байтов. Версии FOSSIL для этих систем создают DOS-программам оптимальный интерфейсе портами. Наиболее известная версии РО8Я1Едля Windows — WinFossil, для OS/2 — SIO (Serial I/O). SIO является развитием версии ХОО и, помимо поддержки функций FOSSIL, эмулирует соединение двух последовательных портов посредством сетевых протоколов.
Как уменьшить шум от реле набора номера Минимальное решение: обклеить реле кусочками поролона, подобрав их размеры и конфигурацию для оптимального поглощения звука. Этот способ, однако, редко дает заметный эффект, так как вибрация реле передается всей плате, которая излучает сильнее, чем сам корпус реле. Оптимальное решение: выпаять реле и присоединить его отрезками тонкого гибкого провода, а само реле так же обклеить поролоном. При этом вибрация практически не будет передаваться печатной плате. Кардинальное решение: заменить реле на герконовое. Хорошо подходят 5вольтовые РЭС-55А (модель 0201). В случае, если реле имеет две пары контактов, вторая из которых отключает параллельный телефон — возможно поставить два реле, или же замкнуть выключатель телефона накоротко. Реле также возможно заменить на электронный ключ, которые продаются на радиорынках, однако в этом случае может ухудшиться соотношение сигнал/шум из-за паразитного влияния электронных компонент ключа.
Можно ли добавить в модем поддержку новых возможностей Проще всего это сделать, если модем имеет электрически перепрограммируемое ПЗУ (Flash EEPROM). Тогда при появлении новых микропрограмм («прошивок») любая из них может быть записана в EEPROM при помощи специальной программы загрузки. Прошивки микропрограмм обычно выпускаются самими производителями модемов, однако для некоторых модемов (TJSR, ZyXEL) имеются и «самодельные» прошивки, в которых нередко исправлены ошибки и добавлены новые возможности. Перед записью прошивки в EEPROM происходит полное стирание его прежнего содержимого, поэтому прерывание процесса записи (сброс программы, зависание или отключение компьютера, отключение питания модема, сбой процедуры записи) чаще всего приводит к полной неработоспособности модема. Процесс восстановления EE1PROM довольно сложен, особенно в модемах со впаянной микросхемой, поэтому операция смены прошивки является потенциально опасной.
554
Вопросы и ответы В случае, если модем содержит только обычное ПЗУ, то при наличии более новой версии прошивки ее возможно записать в ПЗУ при помощи программатора, или заменить саму микросхему на уже записанный экземпляр. После замены прошивки рекомендуется выполнить команды установки заводских параметров (&Fn и ей подобные), после чего записать текущие параметры в NVRAM. Это нужно для того, чтобы новая версия микропрограммы могла корректно установить по умолчанию новые параметры, или скорректировать, старые, смысл которых изменился. После этого возможно заново настраивать модем. как при его первоначальной установке.
Лазерные принтеры и сканеры Проблема работы принтера HP5L — захват нескольких листов В большинстве копировальных аппаратов и лазерных принтеров малой линейки механизм разделения листов при подаче бумаги реализован с помощью так называемой «тормозной площадки». На лотке непосредственно под роликом захвата бумаги наклеена полоска материала, обладающим повышенным коэффициентом трения с бумагой — «тормозная площадка». Ролик, вращаясь, начинает подавать из пачки несколько листов (как правило, не более десяти). Нижний лист, выйдя из пачки и попадая на тормозную площадку, тормозится ею. Следующий лист немного сдвигается вперед, скользя по приторможенному листу, и также останавливается тормозной площадкой. Наконец, последний. верхний лист попадает на тормозную площадку. Однако, благодаря тому, что сцепление бумаги с роликом подачи выше, чем с тормозной площадкой, он не останавливается, а продолжает поступать в тракт подачи. В этом способе подачи возможны следующие неисправности: •
в результате износа и засаливания тормозной площадки уменьшается ее сцепление с бумагой, вследствие чего в тракт подачи бумаги попадают несколько неразделенных листов. Устранение: очистка и обезжиривание тормозной площадки (временный эффект) или замена тормозной площадки.
•
В результате засаливания ролика захвата уменьшается его сцепление с бумагой, вследствие чего возникают пропуски в подаче бумаги. Устранение: очистка и обезжиривание ролика захвата неспиртосодержащими растворами. Спиртовые растворы не рекомендуются из-за их свойства дубить резиновое покрытие ролика.
•
В результате износа ролика захвата уменьшается его диаметр, что приводит к увеличению зазора между роликом и тормозной площадкой. В этом случае возможны как пропуски подачи из-за уменьшения сцепления бумаги и ролика, так и подача нескольких листов — давление ролика на бумагу мало и сцепления нижних листов с тормозной площадкой меньше, чем между самими листами. Устранение: замена ролика захвата бумаги; увеличение диаметра ролика (к примеру, подмоткой изоленты под резиновое покрытие
555
Вопросы и ответы ролика; смещение ролика ближе к тормозной площадке (если позволяет конструкция аппарата/блока).
Mita CC-10 — значение кода U Не вставлен картридж (или плохой контакт в его разъеме). Ricoh M-50 — Коды ошибок • El: Exposure — Exposure sensor or Lamp stabilizer failure •
E2: Slider — Home position switch or Slider drive failure E3: Development — No Developer Unit Installed or Toner end sensor short
•
E5: Fusing — Thermistor failure or Fusing Lamp cirquit open
•
E6: Functional Drive — Pulse generator/Main Motor/AC power supply failure
•
E7: Master Unit — Master Unit don't turn/No Master Unit installed/Master sensor failure
Сканирование фотографий Все, написанное ниже, касается лишь сканирования, предназначенного не для профессиональной полиграфии, а для дальнейшей «жизни» картинок в электронной форме — пересылке друзьям, использования в качестве заставок, сохранения своего фотоальбома на лиске, с возможностью в дальнейшем печати на лазерном принтере лишь снимков относительно небольшого формата. Приступая к сканированию, вы должны четко представлять себе, что должно получиться «на выходе*. Полное безумие — сканировать фотографии с разрешением 2400, если потом они будут лишь рассматриваться на мониторе в режиме 600 х 800... Предположим, вы сканируете фотографии небольшого, «открыточного» формата и не собираетесь слишком сильно кадрировать их при обработке. Это наиболее распространенный случай в практике. Тут может быть два варианта. Первый — полученное изображение будет предназначено в основном для рассматривания на экране в масштабе 1:1, и второй вариант — если на снимке имеются мелкие сюжетно важные детали, требующие некоторого увеличения изображения при рассматривании. Ну, к примеру, это может быть групповой снимок из 50 человек и очень хочется, чтобы каше лицо на нем возможно было разглядеть подробно. Теперь необходимо в уме сделать небольшие вычисления и в дальнейшей работе вообше забыть понятие «разрешение», а пользоваться лишь пиксельным размером изображений. Пусть, к примеру, исходный снимок имеет длинный размер 15 см, расположен «альбомно», и вы не собираетесь его существенно кадрировать. А при дальнейшем использовании он не потребует увеличения при рассматривании. В этом случае, выбрав исходный пиксельный размер по длинной стороне 1600, вдвое больше, чем будет окончательное изображение, с удивлением обнаруживаем, что разрешение 300 при сканировании оказывается более, чем достаточным! Для снимков, имеющих «книжную» ориентацию, исходное разрешение может быть и еще меньше, так как их длинная сторона, расположенная вер556
Вопросы и ответы тикально, в конце концов должна будет уложиться в 600 пикселей. Конечно, если изображение потом предполагается рассматривать с увеличением, или вы собираетесь сильно кадрировать снимок, исходный пиксельный размер должен быть адекватно увеличен. Следует учесть одно малозаметное обстоятельство — опыт показывав", что если вы используете высококачественный сканер, то можете смело сканировать даже в масштабе 1:1, то есть, примерно 800 по горизонтальной стороне или 6DO по вертикальной. В случае, если же сканер похуже — выберите несколько больший пиксельный размер, но в любом случае двукратного запаса вам хватит. Очень важным моментом перед началом сканирования является также согласование, или точнее — привязка, характеристик вашего монитора с тем, на котором происходит работа при сканировании. В случае, если этот момент упустить, то придя домой, или перенеся файлы на свой компьютер, вы с нехорошим удивлением можете заметить, что результат получился весьма далекий от ожидаемого... Для того, чтобы избежать такой неприятности, заранее на своем компьютере выберите наиболее «правильную» картинку с богатой гаммой цветов, и посмотрите ее на том мониторе и в том графическом редакторе, из под которого будете сканировать. Потратьте немного времени и настройте редактор так, чтобы эта ваша «эталонная» картинка выглядела великолепно! А в дальнейшем внимательно контролируйте неизменность настроек. Особенно — после перерывов, так как не вы один работаете на этом сканере. Сканировать необходимо, конечно на максимальном количестве цветов, которое обеспечивает сканер. Затрубив исходную цветность, вы не слишком много сэкономите на размерах файлов, в отличие от выбора исходного разрешения, а при дальнейшей работе, особенно при ошибках в подборе режима по яркости контрастности — цветности, запас цветов может сильно выручить. В случае, сели даже у вас очень много снимков, все же не советую экономить время и закладывать их сразу по нескольку, Даже выглядящие совершенно одинаковыми на бумаге, они получаются существенно разными после сканирования... И вы будете вынуждены при дальнейшей обработке потратить гораздо больше времени на цветокоррекцию, чем сэкономили на сканировании. В крайнем случае — подбирайте снимки совершенно близкие по характеристикам, если уж никак не обойтись без группового сканирования. И совершенно ни к чему хорошему не приведет, к примеру, одновременное сканирование старых снимков на «Фотоцвете» с современными фотоматериалами, не говоря уже о комбинации цветных с черно-белыми. Некоторые снимки с сомнительной цветопередачей сканируйте сразу в нескольких режимах, сохраняя файлы под подобными именами — чтобы облегчить себе потом дальнейшую работу. Опыт показывает, что легче исправить более темное изображение, чем излишне светлое. В случае, если снимков много, то периодически удаляйте со стекла сканера неизбежно накапливающиеся пылинки. Это сделать быстрее, чем ретушировать их в дальнейшем. Для чистки стекла возможно использовать то же самое аэрозольное средство, что используется для экранов мониторов. Естественно, используемая при этом мягкая ткань или специальная чистящая бумага должны быть совершенно чистыми! Ну и, конечно, еше только подбирая фотографии для 557
Вопросы и ответы сканирования, не поленитесь их обеспылить. Это возможно сделать и пьшесосом с мягкой чистой кистью. Со сканированием разобрались. Теперь несколько рекомендаций по обработке полученных изображений. Для конкретности все дальнейшее — на примере русифицированного Adobe PhotoShop. При обработке изображений важно придерживаться некоторой определенной последовательности операций, от перестановки их местами «сумма» может измениться. Первое,, что необходимо сделать, это так же, как и в начале сканирования, согласовать характеристики отображения Adobe PhotoShop и той программы просмотра картинок, которая вами используется. Например, ACDSee. Точнотакже, каки в первом случае, откройте в Adobe PhotoShop вашулюбимую картинку и добейтесь «Настройками монитора» идентичности изображений. А заодно в качестве единицы измерения установите пиксели. Открываем файл для редактирования, просто перетащив его значок мышкой из браузера ACDSee на поле окна Adobe PhotoShop. (Окно ACDSee пусть у вас будет всегда открытым — в нем гораздо удобнее сравнивать получаемые промежуточные и окончательные результаты и выбирать наилучший). Первое, что нужно сделать, открыв файл для редактирования, — увеличить пиксельный размер, примерно втрое от того, что вам понадобится в окончательном варианте, то есть, 2400 х 1800. Такое увеличение совершенно необходимо для работы не только по ретуши и исправлению мелких деталей, повороту, наклону, выделению контуров, но, как ни странно, даже и для коррекции цветопередачи. При увеличении размера обязательно сбросьте флажок «Пропорциио, введя второе число вручную, иначе можете получить грубопикселизованное изображение. В данной операции возможно также и несколько исказить пропорции, руководствуясь художественным замыслом или другими соображениями. Следующий этап — при необходимости поверните изображение на некоторый угол, если фотоаппарат при съемке оказался нежелательно наклонен, естественно, также необходимо повернуть картинку на 90 или 180 градусов, если фотография была заложена в сканер неверно. Вот только теперь необходимо откадрировать картинку, выделив прямоугольную область с заданным (8 х 6) или произвольным соотношением сторон и выбрав «Кадрировать» в пункте меню «Редактирование». При этом руководствуйтесь теми представлениями о грамотной композиции кадра, что вы имеете, видите ежедневно по телевизору. Сохраните полученное изображение на диске под другим именем. И в дальнейшем не забывайте сохранять промежуточные результаты под разными, но близкими именами для удобства сравнительного контроля картинок. Все промежуточные файлы при работе сохраняйте только с максимальным качеством, если, конечно вы сохраняете их в формате JPG. Сохранение с пониженным качеством для уменьшения размера файла вы еще успеете сделать в самом конце работы, проконтролировав результат и выбрав компромисс между качеством и длиной файла. Не забывайте при работе закрывать открытые файлы! Иначе очень скоро система услужливо объявит вам о нехватке памяти.
558
Вопросы и ответы Теперь займемся цветокоррекцией. В Adobe PhotoShop для этого имеется несколько инструментов различной «мощности». Самый мощный, это конечно «Выборочная коррекция цвета». С ее помощью возможно даже черно-белый зимний пейзаж раскрасить во вполне правдоподобные цвета! Однако для качественных цветных снимков он пригоден лишь в крайних случаях... Достаточно универсальным является «Цветовой баланс» — с его помощью поддаются исправлению даже очень сильно искаженные по цветопередаче снимки. Нужно только немного терпения. Переходя неоднократно от коррекции в светах к теням и средним тонам достаточное количество раз, получаем требуемый результат. Здесь одна практическая рекомендация — если снимок заведомо слишком контрастен, то первым делом сразу добавьте все три цвета в тенях почти до конца шкалы, а в светах — поставьте их в противоположное положение — почти до минимума. И после этого начинайте работать со средними тонами, При малоконтрастных снимках действуйте противоположным способом. При первых шагах по подгонке цвета не бойтесь перемещать регуляторы цвета большими движениями, так как если с самого начала двигать их очень осторожно, глаза быстро утомятся, перестанут различать оттенки и вы окажетесь в недоумении. А вот при приближении к окончательному результату, напротив, приходится двигать регулировки уже «по миллиметрам», особенно это касается обычно пурпурного цвета. В случае, если при этом не появляется уверенности в том, что достигнутый результат — вполне хорош, сохраните несколько вариантов, и, перейдя в окно ACDSee, выделите необходимые для просмотра файлы, сравните их, нажимая «Page Up — Page Down» и удалите худшие. В случае, если «Цветовой баланс» не дал желаемого качества, воспользуйтесь другими инструментами. Например, для черно-белых фотографий очень хорош инструмент «Кривые» — им возможно замечательно корректировать даже зимние пейзажи с очень большим интервалом яркостей и одновременно добиться проработки деталей как на снегу, так и в складках темной одежды спортсмена — лыжника. К сожалению, на цветных снимках им работать практически невозможно, если только речь не идет о сюрреализме — экспрессионизме. После коррекции цвета подберите яркость — контраст, опять же используя ACDSee в качестве арбитра. Далее возможно, если есть необходимость, желание и время, выделить или слегка пригасить контуры. Эту операцию возможно сделать либо со всем снимком сразу, к примеру инструментом «Контурная резкость», подобрав в нем параметры по вашему вкусу, либо растушевкой («Размытие•* — «Резкость»), выделив, скажем, глаза на портрете, слегка «выгладив» дефекты кожи лица и пригасив слишком резкие контуры фона, К сожалению, повторюсь е ще раз — работа растушевкой часто остается заметной на снимке, вследствие исчезновения фактуры изображения, поэтому в этом нельзя переусердствовать... И вот лишь теперь займемся ретушью. Выбрав увеличение побольше, закрасим мелкие точки и пятнышки. Для этого необходима кисточка с размером, примерно равным размеру микроструктурного элемента изображения, Применять более мелкие кисточки нецелесообразно, а ретушь кисточками большего размера может быть заметной. Не стоит увлекаться растушевкой! Даже равномерно окрашенные поверхности — небо к примеру, после растушевки утратит свою фактуру и будет выглядеть «мертвым», а пятно растушевки будет заметно. Несколько сложнее, а может быть — проще, обстоит дело с ретушью длинных царапинок, волосинок. Ретушь их кисточкой утомительна и все равно заметна. Очень удобно та-
559
Во
"Росы и отав!
Приложения многие производители компьютеров создают системы таким образом, чтобы при включении компьютера выполнялось копирование BIOS из ROM в оперативную память. Задействованная при этом область памяти называется Shadow Memory (теневая память). В настоящее время, почти все материнские платы комплектуются Flash BIOS, то есть, ВЮЗ'ом, который в любой момент может быть перезаписан в микросхеме ROM при помощи специальной программы. BIOS PC стандартизирован, поэтому, в принципе менять его, также как, например, операционные системы нет необходимости. Дополнительные возможности компьютера можно использовать только при помощи нового программного обеспечения. BIOS, который поддерживает технологию Plug-and-Play, называется PnP BIOS. При использовании этой технологии BIOS должен быть обязательно прошит во Flash ROM. Далее описываются практически все (по мере создания) параметры, устанавливаемые в программе SETUP для BIOS фирмы AWARD Software International Inc. В конкретной материнской плате каких-то из описываемых параметров может и не быть. Одни и те же параметры могут называться по разному в зависимости от производителя материнской платы, поэтому здесь в некоторых случаях приведено несколько вариантов.
Раздел BIOS FEATURES SETUP Virus Warning (Предупреждение о вирусе) — разрешение этого параметра запрещает любую запись в загрузочный сектор жесткого диска без разрешения пользователя. Он введен для защиты от так называемых boot-вирусов, поражающих загрузочный сектор. Рекомендуется всегда разрешать этот параметр, но следует учесть, что, например. Windows при установке «зависает», если Virus Warning установлен в Enable (при этом на экране появляется черный квадрат). Может принимать значения; • Enabled — разрешено • Disabled — запрещено Boot Virus Detection (Определение вируса в загрузочном секторе) — смысл этого параметра сильно отличается от Vims Warning. Идея заключается в следующем ~ если этот параметр запрещен, то до загрузки операционной системы BIOS переписывает загрузочный сектор во флэш-память и сохраняет его там, После установки параметра в значение Enabled BIOS не будет загружать систему с жесткого диска, если содержимое boot-сектора отличается от сохраненного в памяти. Далее, по усмотрению пользователя, возможно либо загрузить систему с жесткого диска, либо с дискеты. Может принимать значения: • Enabled — разрешено • Disabled — запрещено CPU Internal Cache/External Cache (Внутренний/Внешний кэш процессора; - разрешается/запрещается внутренний или внешний кэш процессора. Заире щать какой-либо вид кэш-памяти следует только в случае необходимости искус ственно замедлить работу компьютера, например, при установке какой либо старой платы расширения. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
562
Приложения • Disabled — запрещено CPU Level 1 Cache/CPU Level 2 Cache (Кэш процессора первого уровня/ Кэш процессора второго уровня) — разрешается/запрещается кэш первого уровня или кэш процессора второго уровня для процессоров архитектуры Pentium Pro (Pentium II, Deshutes). Запрещать какой-либо вид кэш-памяти следует только в случае необходимости искусственно замедлить работу компьютера, например. при установке какой либо старой платы расширения. Может принимать значения: • Enabled — разрешено • Disabled — запрещено CPU Level 2 Cache ECC Check (Включить ЕСС для кэш-памяти процессора 2 уровня) — параметр может присутствовать только для плат с процессорами архитектуры Pentium II. Разрешать его есть смысл только в том случае, если установленный процессор класса Pentium II имеет кэш-память второго уровня с возможностью ЕСС контроля. В некоторых процессорах допущена ошибка и включение этого режима может привести к нестабильной работе компьютера. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
BIOS Update (Обновление BIOS) — процессоры семейства Р6 (Pentium Pro, Pentium II, Celeron, Xeon) имеют особый механизм, называемый «программируемым микрокодом», который позволяет исправить некоторые видь! ошибок, допущенных при разработке и/или изготовлении процессоров за счет изменения микрокода. Обновления микрокола остаются в BIOS и загружаются в процессор после включения компьютера и запуска программы BIOS. Именно поэтому BIOS для материнских плат с Pentium II и выше необходимо регулярно обновлять Может принимать значения: • Enabled — разрешено •
Disabled — запрещено
Processor Serial Number (Серийный номер процессора) — параметр позволяет увидеть серийный номер процессора. Номер может быть индицирован только для процессоров Pentium 111 (Katmai) и следующих за ним. Значение N/A означает отсутствие у процессора серийного номера. CPU Fast String (Быстрые операции со строками) — Разрешение этою параметра позволяет использовать некоторые специфические особенности архитектуры семейства Pentium Pro (Pentium II, Deshutes), в частности, возможность кэширования операций со строками. Надо только понимать, что и в используемой программе авторами должны быть выполнены условия для включения этого механизма. Эти условия указаны в документации на любой процессор данного семейства. Параметр рекомендуется оставлять в состоянии «Разрешено». Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
HDD S.M.A.R.T Capability (Возможность S.M.A.R.T диагностики) — позволяет разрешать/запрещать возможность диагностики состояния жесткого диска в 563
Приложения соответствии с требованиями стандарта S.M.A.R.T. При разрешении параметра и нарушении нормального функционирования жесткого диска BIOS выдает на экран соответствующее сообщение до появления таблицы с характеристиками компьютера. Следует учесть, что разрешение этого параметра снизит производительность компьютера на несколько процентов. Может принимать значения: • Enabled — разрешено •
Disabled — запрещено
Deturbo Mode (Режим deturbo) — при разрешении этого параметра сигнал FLUSH* становится активным и никакие данные после этого не кэшируются процессором в свой внутренний кэш {кэш первого уровня) процессорами архитектуры Pentium Pro (Pentium II, Deshutes). Разрешение этого параметра следует использовать только при необходимости сознательно замедлить работу компьютера. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
Quick Power On Self Test (быстрый тест компьютера после включения питания) — разрешение этого параметра приводит к значительному сокращению времени на начальное тестирование компьютера ВЮ8'ом, особенно при значительных объемах оперативной памяти. Следует только учесть, что память, например, в этом случае не тестируется, а только проверяется ее размер. Может принимать значения: • Enabled — разрешено •
Disabled — запрещено
Boot Sequence (последовательность загрузки) — параметр устанавливает последовательность опроса устройств, с которых может быть загружена операционная система. Эти устройства обозначаются либо буквами для физических жестких дисков и обычных дисководов, либо названием устройства — CD-ROM для накопителей CD-ROM, LS для накопителей a:drive на 120 Mb или ZIP для накопителей ZIP IDE на 100 Mb. Для современных версий возможные значения могут выглядеть так: А, С; С only; CD-ROM, С; С, A; D, A; LS/ZIP, С. Boot Up System Speed (скорость системы после загрузки) — скорость системной шины и соответственно, процессора после включения компьютера. Параметр используется для искусственного снижения скорости компьютера из-за старых программ и/или плат расширения. Может принимать значения: •
High — номинальная скорость процессора и номинальная частота системной шины
•
Low — пониженная скорость процессора и частота системной шины
Gate A20 Option (вариант включения шины А20) — параметр позволяет управлять способом включения адресной шины А20 и, тем самым, обращаться к памяти за 1 мегабайтом. Этот параметр в современных платах не управляется пользователем и всегда в значении Fast, Может принимать значения: •
Fast — управление осуществляется chipset, что повышает скорость работы
564
Приложения •
Normal — управление осуществляется через контроллер клавиатуры
Swap Floppy Drive (перестановка дисководов) — если разрешен, то дисководы А и В как бы меняются местами. Имеет смысл только при наличии 2-х дисководов в компьютере. Может принимать значения: • Enabled — разрешено • Disabled — запрещено Boot Up Floppy Seek (поиск загрузочного дисковода после включения компьютера) — если этот параметр разрешен, то BIOS обращается к каждому дисководу на предмет распознавания его формата (40 или 80 дорожек он поддерживает). Поскольку уже с 1993 года дисководы на 40 дорожек не выпускаются, не следует разрешать этот параметр, так как BIOS каждый раз будет тратить несколько секунд на выяснение формата дисковода. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
Boot Up NumLock Status (включение цифровой клавиатуры по включению компьютера) — разрешение этого параметра включает индикатор NumLock и цифровая клавиатура генерирует коды цифр и знаков, в противном случае генерируются коды стрелок, Ins, Del. Может принимать значения: • Enabled — разрешено •
Disabled — запрещено
Typematic Rate Setting (установка скорости ввода символов) — разрешает или запрещает установку скорости повторения ввода символов клавиатурой при нажатой клавише. Может принимать значения: • Enabled — разрешено •
Disabled — запрещено
Typematic Rate (Chars/Sec) (частота повторения симв/сек) — параметр оказывает действие только в том случае, если разрешен Typematic Rate Setting. Частота повторения имеет ряд фиксированных значений, которые и может принимать этот параметр: 6, 8, 10, 12, 15, 20, 24 или 30. Typematic Delay (Msec) (задержка повторения в msec) — устанавливает значение задержки от момента нажатия клавиши до начала повторения символа клавиатурой. Оказывает действие только в том случае, если разрешен Typematic Rate Setting. Значение может быть выбрано из ряда: 250, 500, 750 или 1000. PS/2 Mouse Function Control (управление функциями порта мыши PS/2) — разрешение этого параметра отдает IRQ 12 только для порта мыши PS/2. В противном случае, при отсутствии подключенной к компьютеру мыши с интерфейсом PS/2, IRQ12 свободно для других устройств. Рекомендуется устанавливать значение Auto. Может принимать значения: • Enabled — разрешено и IRQ 12 занято. • Auto — BIOS определяет присутствие или отсутствие PS/2 мыши. 64MB"OS/2 Onboard Memory > 64MB (выбор значения для OS/2, если памяти больше, чем 64 Mb) — требует разрешения при выполнении двух условий —
565
Приложения в компьютере установлено больше, чем 64 Mb памяти и используется OS/2 в качестве операционной системы. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
PCI/VGA Palette Snoop (корректировка палитры VGA видеокарты на PCI) - параметр следует разрешать только в том случае, если на экране некорректно отображаются цвета. Как правило, этот эффект может возникать при использовании таких нестандартных устройств, как MPEG карты, 3D ускорители. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
Video ROM BIOS Shadow (видео BIOS в память) — разрешение этого параметра приводит к переносу видео BIOS из ПЗУ (постоянного запоминающего устройства) на видеокарте в основную память компьютера, что значительно ускоряет работу с видео BIOS (это необходимо и видно в DOS). Ускорение объясняется как и тем, что обращение к ПЗУ намного медленнее, чем к ОЗУ, так и тем, что обращение к ПЗУ, как правило, выполняется в 8-ми разрядной сетке, а к ОЗУ — 32х или 64-х сетке. Может принимать значения: • Enabled — разрешено •
Disabled — запрещено
Floppy Disk Access Control (R/W) (управление чтением/записью на гибкий диск) — разрешение этого параметра позволяет записывать информацию на дискету, в противном случае дискету можно читать. Параметр следует использовать для зашиты от несанкционированного копирования с компьютера. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
Report No FDD For WIN 95 (сообщение об отсутствии накопителя на гибких дисках для Windows) — параметр используется, как правило, в сетевых компьютерах без флоппи-диско вод а или в случае необходимости размещения в компьютере устройства, для которого не хватает прерывания. При выборе Yes и одновременном выборе Disable в параметре Onboard FDC Controller, Windows освободит IRQ 6, занимаемое контроллером флоппи-дисковода, для использования другими устройствами. Совместное разрешение этих параметров обязательно в компьютерах без дисководов (используемых как сетевые в организациях) для уменьшения времени запуска Windows 95. Может принимать значения: •
Yes — освободить IRQ 6
•
No — не освобождать (независимо от того, есть ли флоппи-дисковод или нет)
Delay IDE Initial (задержка инициализации IDE устройства) — в данном параметре устанавливается значение времени (в секундах) в течении которого IDE устройство не будет опрашиваться BIOS'oM после включения питания или сброса.
566
Приложения Ненулевое знамение параметра рекомендуется устанавливать только в случае применения каких-либо старых жестких дисков или приводов CD-ROM. Параметр принимает значения в диапазоне от 0 до 30 сек, в зависимости от производителя материнской платы. MPS 1.4 Support (поддержка режима М PS 1.4) — параметр появляется только в BIOS материнских плат, допускающих установку нескольких процессоров. Выбор режима влияет на распределение ресурсов компьютера. При запрещении устанавливается режим MPS I . I . Строго говоря, для различных Windows можно устанавливать любое значение (даже лучше Disable), а для Novell Netware рекомендуется Enable. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
Раздел CHIPSET FEATURES SETUP: Установка параметров для FPM DRAM, EDO DRAM и Synchronous DRAM AUTO Configuration (автоматическая конфигурация) — имеет 3 значения: •
60 ns — устанавливает параметры доступа для DRAM с быстродействием 60 ns
•
70 ns — то же для памяти с быстродействием 70 ns
•
Disabled (запрещена) — позволяет установить любые возможные параметры доступа к DRAM памяти
DRAM RAS# Precharge Time (время предварительного заряда по RAS) — эта функция позволяет определить количество тактов системной шины для формирования сигнала RAS. Уменьшение этого значение увеличивает быстродействие, но чрезмерное для конкретной памяти уменьшение может привести к потере данных. Принимает значения: •3 •4
DRAM R/W Lcadoff Timing (число тактов при подготовке выполнения операции чтения/записи) — определяет число тактов на шине до выполнения .любых операций с DRAM. Параметр может принимать значения: • 8/7 — восемь тактов для чтения и семь тактов для записи • 7/5 — семь тактов для чтения и пять тактов для записи DRAM RAS to CAS Delay (задержка между RAS и CAS) — во время доступа к памяти обращения к столбцам и строкам выполняются отдельно друг от друга. Этот параметр и определяет отставание одного сигнала от другого. Параме^ р может принимать значения: •
3 — три такта задержки
•
2 — два такта задержки
567
Приложения Уменьшение значения увеличивает быстродействие. DRAM Read Burst Timing (время пакетного чтения памяти) — Запрос на чтение и запись генерируется процессором в четыре раздельные фазы. В первой фазе инициируется обращение к конкретной области памяти, а в оставшихся происходит собственно чтение данных. Параметр может принимать значения • х2222 — два такта задержки •
хЗЗЗЗ — три такта задержки
• х4444 — четыре такта задержки (уменьшение суммарного количества тактов увеличивает быстродействие). Speculative Leadoff (опережающая выдача сигнала чтения) — разрешение этого параметра позволяет выдавать сигнал чтения немного ранее, чем адрес будет декодирован. Этот прием снижает общие затраты времени на операцию чтения. Другими словами, процессор будет инициировать сигнач чтения одновременно с генерацией того адреса, где находятся необходимые данные. Сигнал чтения воспринимается контроллером DRAM и, если параметр Speculative Leadoff разрешен, то контроллер выдаст сигнал чтения до завершения декодирования адреса. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
• Disabled — запрещено Turn-Around Insertion (задержка между циклами) — Если этот параметр разрешен (Enabled), то между двумя последовательными циклами обращения к памяти включается один дополнительный такт. Разрешение уменьшает быстродействие, но увеличивает достоверность при операциях чтения/записи. Может принимать значения: • Enabled — разрешено •
Disabled — запрещено
Data Integrity (PAR/ECC) (целостность данных) — разрешает/ запрещает контроль памяти на ошибки. Вид контроля устанавливается параметром DRAM ECC/PARITY Select, Может принимать значения: • Enabled — разрешено •
Disabled — запрещено
DRAM ECC/PARITY Select (режим коррекции ошибок/проверка по четности) — Параметр появляется только в тех материнских платах, в которых chipset поддерживает ЕСС и только в том случае, если установлены модули памяти с истинной четностью, В некоторых вариантах BIOS этим параметром может устанавливаться только вид проверки, а разрешение на проверку устанавливается параметром Data Integrity (PAR/ECC). Такие планки часто называют также 36-разрядными. Может принимать значения: •
Parity — в случае возникновения ошибки на монитор выдается сообщение о сбое по четности в памяти и работа компьютера останавли вается.
568
Приложения •
ЕСС (Error Control Correction) в случае возникновения одиночной ошибки она исправляется и работа продолжается. Если имеет место не одиночная ошибка, то работа компьютера также прекращается.
Следует только учесть, что по данным Intel, скорость обмена с памятью при включении этого режима уменьшается приблизительно на 3%. Fast RAS# to CAS# Delay (интервал между RAS и CAS) — При регенерации памяти строки и столбцы адресуются отдельно, поэтому этот параметр устанавливает интервал между сигналами RAS и CAS. SDRAM Configuration (Конфигурация SDRAM) — параметром определяется, должна ли программа BIOS сама определять временные характеристики доступа к памяти на основании информации из блока SPD или разрешить это сделать пользователю. Может принимать значения: •
By SPD — параметры доступа устанавливаются по SPD
•
7 ns {143 Mhz) — параметры доступа устанавливаются BIOS как для памяти с временем доступа 7 ns и частотой шины 143 MHz
•
8 ns (125 Mhz) — параметры доступа устанавливаются BIOS как для памяти с временем доступа 8 ns и частотой шины 125 MHz
•
Disabled — устанавливаются пользователем
SDRAM RAS Precharge Time (Синхронная память — время предварительного заряда) — Параметр позволяет определять быстрое или медленное накопление заряда по RAS до начала цикла регенерации памяти. Установка значения Fast увеличивает быстродействие, но Slow повышает стабильность работы компьютера, поэтому значение Fast следует устанаативать в случае уверенности в качестве памяти. Может принимать значения: •
Fast — быстро
•
Slow — медленно
SDRAM (CAS Lat/RAS-to-CAS) (Синхронная память - задержка CAS/От RAS к CAS) — Этот параметр позволяет комбинировать между длительностью сигнала CAS и задержкой между сигналами RAS и CAS. Значение этого параметра зависит от характеристик SDRAM, примененной в материнской плате и от быстродействия процессора. Поэтому изменять этот параметр стоит крайне осторожно. Может принимать значения:
• 2/2 • 3/3 SDRAM CAS to RAS Delay (задержка между CAS и RAS) — параметр определяет значение задержки после выдачи сигнала RAS до пояатения сигнала CAS для синхронной памяти. Чем меньше это значение, тем быстрее доступ к памяти. Тем не менее изменять его следует осторожно. Параметр может принимать значения: •
3 — три такта задержки
•
2 — два такта задержки
569
Приложения SDRAM CAS# Latency (задержка CAS для SDRAM) — Устанавливает значение задержки выдачи сигнала CAS для SDRAM. Меньшее значение увеличивает производительность системы. Рекомендуется устанавливать меньшее значение для SDRAM с быстродействием 10 пс или лучше. Может принимать значения: • 2Т
• зт SDRAM Banks Close Policy (правила закрытия банков SDRAM памяти) параметр был введен для плат с набором 440LX из-за того, что память с 2-х банковой организацией некорректно работает в этих платах, если параметры доступа к банкам памяти установлены по умолчанию. В наборе 430ТХ этого не требовалось, так как правила доступа для различной памяти были одинаковы. Изменять установки BIOS по умолчанию для этого параметра следует только в случае нестабильной работы памяти. Может принимать значения: •
Page Miss — используется для двухбанковой памяти
• Arbitration — для памяти из 4-х банков DRAM Idle Timer (Таймер пассивного состояния памяти) — этим параметром устанавливается время (в тактах) до закрытия всех открытых страниц памяти. Влияет как на EDO так и на SDRAM память. Может принимать значения: 0, 2, 4, 8, 10, 12, 16,32. Snoop Ahead (Предвидение) — разрешение этого параметра позволяет потоковый обмен данными между PCI и памятью. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
Host Bus Fast Data Ready (Быстрая готовность данных на шине) — разрешение этого параметра позволит снимать данные с шины одновременно с их выборкой. В противном случае данные будут удерживаться на шине один дополнительный такт. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
Refresh RAS# Assertion (задание RAS для регенерации) — Этим параметром устанавливается количество тактов (то есть, длительность RAS) для цикла регенерации. Принимаемые значения определяются качеством памяти и набором микросхем (chipset). Меньшее значение увеличивает производительность. MA Wait State (такты ожидания до чтения памяти) — параметр позволяет установить или снять дополнительный такт ожидания до начала чтения памяти. Для памяти типа EDO один такт всегда есть по умолчанию и установка значения Slow добавляет еще один такт ожидания. Для SDRAM нет такта ожидания по умолчанию и установка Slow один такт вводит. Может принимать значения: •
Slow — добавляется один такт
•
Fast — нет дополнительного такта ожидания
SDRAM Speculative Read (SDRAM опережающее чтение) — разрешение этого параметра позволяет выдавать сигнал чтения немного ранее, чем адрес будет декодирован. Этот прием снижает общие затраты времени на операцию чте570
Приложения ния. Другими словами, процессор будет инициировать сигнал чтения одновременно с генерацией того адреса, где находятся необходимые данные. Сигнал чтения воспринимается контроллером DRAM и, если параметр SDRAM Speculative Read разрешен, то контроллер выдаст сигнал чтения до завершения декодирования адреса. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
Spread Spectrum Modulated (Спред модулированного спектра) — разрешение этого параметра позволяет уменьшить электромагнитное излучение от компьютера за счет уменьшения значения выбросов сигнала тактового генератора. Уменьшение может достигать 6%. Следует заметить, что это может отрицательно отразиться на работе чувствительных к форме сигнала устройств, например, жестких дисках с интерфейсом Fast Wide SCSI, поэтому параметр рекомендуется разрешать только при испытаниях компьютеров на электромагнитную совместимость. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
Установка параметров для кэш-памяти System BIOS Casheable (кэширование области BIOS системы) — Разрешение этого параметра приводит к появлению возможности кэширования области памяти по адресам системного BIOS с FOOOOH по FFFFFH в кэш-память. Параметр будет использован только в том случае, если использование кэш-памяти разрешено в разделе BIOS Features Setup. Если какая-либо программа попытается выполнить операцию записи в эти адреса, то система выдаст сообщение об ошибке. Может принимать значения: • Enabled — разрешено •
Disabled — запрещено
Video BIOS Cacheable (кэширование области BIOS видеокарты) — Разрешение этого параметра приводит к появлению возможности кэширования области памяти по адресам BIOS видеокарты с СООООН по C7FFFH в кэш-память. Параметр будет использован только в том случае, если использование кэш-памяти разрешено в разделе BIOS Features Setup. Если какая-либо программа попытается выполнить операцию записи в эти адреса, то система выдаст сообщение об ошибке. Может принимать значения; •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
Конфигурирование шин PCI, AGP, портов ввода/вывода и установка параметров IDE контроллера Video Memory Cache Mode (Режим кэширования для видеопамяти) — параметр действителен только для процессоров архитектуры Pentium Pro (Pentiumll, Deshutes). В процессоре Pentium Pro была предусмотрена возможность изменять режим кэширования в зависимости от конкретной области памяти через специ-
571
Приложения альные внутренние регистры, называемые Memory Type Range Registers — MTRR, С помощью этих регистров для конкретной области памяти могут быть установлены режимы UC (uncached — не кэшируется), WC (write combining — объединенная запись), WP (write protect — защита от записи), WT (write through — сквозная запись) и WB (write back — обратная запись). Установка режима USWC (uncached, speculative write combining — не кэшировать, режим объединенной записи) позволяет значительно ускорить вывод данных через шину PCI на видеокарту (до 90 МВ/с вместо 8 МВ/с). Следует учесть, что видеокарта должна поддерживать доступ к своей памяти в диапазоне от АОООО — BFFFF (128 KB) и иметь линейный буфер кадра. Поэтому лучше установить режим USWC, но в случае возникновения каких-либо проблем (система может не загрузиться) установить значение по умолчанию UC. Graphics Aperture Size (размер графической апертуры для AGP) — в этом параметре указывается максимальный размер области памяти для использования видеокартой с интерфейсом AGP. Значение по умолчанию, устанавливаемое по включению питания или сбросу, 4 MB. После инициализации BIOS'oM принимает значение, выбранное производителем материнской платы (как правило, 64 MB), Разрешенный ряд значений графической апертуры 4 MB, 8 MB, 16 MB, 32 MB, 64 MB, 128 MB и 256 MB. PCI 2.1 Support (поддержка спецификации шины PCI 2.1) — при разрешении этого параметра поддерживаются возможности спецификации 2.1 шины PCI. Спецификация 2.1 имеет два основных отличия от 2.0 — максимальная тактовая частота шины увеличена до 66 MHz и вводится механизм моста РС1 — PCI, позволяющий снять ограничение спецификации 2.0, согласно которой допускается установка не более 4-х устройств на шине. Запрещать этот параметр имеет смысл только при возникновении проблем после установки PCI платы (как правило, они возникают только с достаточно старыми платами). Может принимать значения: • Enabled — разрешено •
Disabled — запрещено
8 Bit Т/О Recovery Time (время восстановления для 8-ми разрядных устройств) — Параметр измеряется в тактах процессора, и определяет, какую задержку система будет устанавливать после выдачи запроса на чтение/запись устройства (или, как принято у Intel — порта) ввода/вывода. Эта задержка необходима, так как цикл чтения/записи для устройств ввода/вывода существенно дольше, чем для памяти. Кроме этого 8-ми разрядные устройства ввода/вывода сами по себе, как правило, медленнее 16-ти разрядных устройств ввода/вывода. Значение этого параметра по умолчанию 1 и его следует увеличивать только в случае установки в компьютер какого-либо медленного 8-ми разрядного устройства. Может принимать значения от 1 до 8 тактов, 16 Bit I/O Recovery Time (время восстановления для 16-ми разрядных устройств) — Параметр измеряется в тактах процессора, и определяет, какую задержку система будет устанавливать после выдачи запроса на чтение/запись устройства (или, как принято у Intel — порта) ввода/вывода. Эта задержка необходима, так как цикл чтения/записи для устройств ввода/вывода существенно дольше, чем для памяти. Значение этого параметра по умолчанию 1 и его следует увеличивать только в случае установки в компьютер какого-либо медленного 16-ти разрядного устройства. Может принимать значения от 1 до 4 тактов.
572
Приложения Memory Hole At 15M-16M («дырка» в памяти внутри 15-го мегабайта памяти) — Разрешение этого параметра позволяет обращаться к устройствам ввода/вывода как к памяти и за счет этого увеличить скорость доступа к таким устройствам. Для функционирования этого механизма необходимо исключить для всех обычных программ возможность использования определенной области памяти (15-й мегабайт), что и делает BIOS при разрешении этого параметра. Разрешать этот параметр следует в том случае, если это требуется в документации на установленную в данном компьютере плату. Может принимать значения: • Enabled — разрешено •
Disabled — запрещено
Peer Concurrancy (параллельная работа) — Этот параметр разрешает или запрещает одновременную работу нескольких устройств на шине РС1. Может принимать значения: • Enabled — разрешено • Disabled — запрещено Chipset Special Features (специальные возможности chipset) — Данный параметр разрешает/запрещает все новые функции, появившиеся в наборах НХ, VX или ТХ по сравнению с FX. Может принимать значения: • Enabled — разрешено •
Disabled — запрещено
Passive Release (пассивное разделение) — Этот параметр включает/выключает механизм параллельной работы шин ISA и PCI. Если этот параметр разрешен, то доступ процессора к шине PCI позволен во время пассивного разделения. Необходимость запрещения данного параметра может возникнуть при использовании плат ISA, активно использующих каналы DMA. Может принимать значения: • Enabled — разрешено • Disabled — запрещено РСТ Delayed Transaction (задержанная транзакция на PCI) — Присутствие этого параметра означает, что на материнской плате есть встроенный 32-битный буфер для поддержки удлиненного цикла обмена на PCI. Если этот параметр разрешен, то доступ к шине PCI разрешен во время доступа к 8-ми разрядным устройствам на шине ISA. Это существенно увеличивает производительность, так как цикл такого обращения на ISA занимает 50-60 тактов шины РС1. При установке в компьютер платы, не поддерживающей спецификации PCI 2.1, этот параметр следует запретить. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
Parallel Port Mode (ЕСР+ЕРР) (режим работы параллельного порта) — параметр позволяет задать режимы работы параллельного порта в соответствии со стандартом IEEE 1284. Следует учитывать, что скорость обмена для некоторых устройств может быть существенно увеличена при правильной установке режима работы порта 573
Приложения принтера, например, для внешних устройств хранения информации типа Iomega ZIP Drive LPT. Может принимать значения: • Normal — обычный интерфейс принтера, также называется SPP • ЕСР — порт с расширенными возможностями • ЕРР — расширенный принтерный порт •
ЕСР+ЕРР — можно использовать оба режима.
Parallel Port Mode (режим работы параллельного порта) — параметр аналогичен Parallel Port Mode (ЕСР+ЕРР), нос некоторыми расширениями. Дело в том, что существуют устройства, выполненные с отклонениями от стандарта IEEE 1284, например, некоторые платы от фирмы Xircom. Для совместимости с такими платами в некоторых BIOS существуют параметры установки версии варианта ЕСР+ЕРР порта. Какую версию выбрать — необходимо «выловить* из документации на подключаемое устройство или проверить экспериментально. Может принимать значения: • SPP — обычный интерфейс принтера, также называется SPP • ЕСР — порт с расширенными возможностями • ЕРР — расширенный принтерный порт • ЕСРЕРР 1 , 9 — версия 1. 9 исполнения интерфейса • ЕСРЕРР 1 . 7 — версия 1. 7 исполнения интерфейса ЕСР DMA Select (выбор канала DMA для режима ЕСР) — параметр появляется только при разрешении режима ЕСР или ЕСР+ЕРР в Parallel Port Mode (ЕСР+ЕРР). Для нормальной поддержки режима ЕСР требуется задействовать канал DMA, который выбирается из каналов 1 или 3. Может принимать значения: • 1 — канал 1 •
3 — канал 3
•
Disabled — запрещено использовать DMA
Onboard PCI IDE Enable (разрешение работы интегрированного контроллера IDE) — Этот параметр управляет разрешением/ запрещением работы каждого из двух каналов контроллера IDE, установленного на материнской плате. Может принимать значения: • Primary — разрешена работа только первого канала •
Secondary — разрешена работа только второго канала
•
Both — разрешена работа обеих каналов
•
Disable — запрещена работа обеих каналов
Onboard FDC Controller (разрешение работы контроллера накопителя на гибких дисках) — Этот параметр управляет разрешением/ запрещением работы контроллера накопителя на гибких дисках, установленного на материнской плате. Может принимать значения: • Enable — контроллер разрешен •
Disable — контроллер запрещен
574
Приложения Выбор режима работы каждого диска — Эти четыре параметра позволяют устанавливать режимы работы каждого диска индивидуально или разрешить BIOS автоматическую установку самого высокоскоростного режима для диска. Для каждого диска допустимые параметры одинаковы. Например, для IDE 0 Master Mode допустимые значения: О, 1, 2, 3, 4 и AUTO. Параметр UDMA может иметь значение Auto или Disable.
Раздел PnP/PCI Configuration Setup PNP OS Installed (установлена ли операционная система с поддержкой режима Plug&Play?) — параметр разрешает или запрещает распределение ресурсов на шине PCI операционной системе. При выборе Yes операционная система может перераспределить прерывания, установленные BIOS и не может в противном случае. Если операционная система не поддерживает Plug&Play, го этот параметр ни на что не влияет. Может принимать значения: •
Yes — изменения операционной системе разрешены
• No — изменения запрещены Resources Controlled By (как управляются ресурсы) — Если выбрано AUTO. то BIOS сам автоматически назначит прерывания и каналы DMA всем устройствам, подключенным к шине PCI и эти параметры не будут появляться на экране. В противном случае все эти параметры следует установить вручную. В некоторых вариантах BIOS этот параметр может устанавливаться индивидуально для каждого РС1 слота и выглядеть так: Slot I IRQ, Slot 2 IRQ. Если параметр PNP OS Installed разрешен, то операционная система с поддержкой Plug&Play может изменить установленные настройки, Reset Configuration Data (сброс конфигурационных данных) — Рекомендуется устанавливать его в Disabled. При установке Enabled BIOS будет очищать область Extended System Configuration Data (Расширенные данные о конфигурации системы — ESCD), в которой хранятся данные о конфигурировании BIOS'oM системы, поэтому возможны аппаратные конфликты у «брошенных» таким образом на произвол судьбы устройств. IRQ n Assigned to (прерывание с номером п назначено на... — Каждому прерыванию системы может быть назначен один из следующих типов устройств: •
Legacy ISA (классические ISA карты) — Обычные карты для ISA, такие как модемы или звуковые карты без поддержки Plug&Play. Эти карты требуют назначения прерываний в соответствии с документацией на них.
•
PCI/ISA PnP (устройства для шины PCI или устройства для шины ISA с поддержкой Plug&Play) — этот параметр устанавливается только для устройств на шине PCI или ISA карт с поддержкой Plug&Play.
DMA n Assigned to (канал DMA с номером п назначен на...) — Каждому каналу DMA системы может быть назначен один из следующих типов устройств: •
Legacy ISA (классические ISA карты) — Обычные карты для ISA, такие как модемы или звуковые карты без поддержки Plug&Play. Эти карты требуют назначения каналов DMA в соответствии с документацией на них.
575
Приложения •
PCI/ISA PnP (устройства для шины PCI или устройства для шины ISA с поддержкой Plug&Play) — этот параметр устанавливается только для устройств на шине PCI или ISA карт с поддержкой Plug&Play.
PCIIRQ Activated by (прерывания активизируются по...) — Параметр может принимать значения: • Level (уровень) — контроллер прерываний реагирует только на уровень сигнала. •
Edge (перепад) — контроллер прерываний реагирует только на перепад уровня сигнала.
PCI IDE IRQ Map to (прерывания контроллера IDE на PCI отображаются на...) — позволяет освободить прерывания, занимаемые контроллером IDE на шине PCI в случае его отсутствия (или запрещения) на материнской плате и отдать их устройствам на шине ISA. Стандартные прерывания для ISA — IRQ 14 для первого канала и IRQ 15 для второго канала. Может принимать значения: • PCI IDE IRQ mapping (используется для PCI IDE) •
PC AT (ISA) (используется для ISA)
PCI Slot IDE 2nd Channel (2-й канал контроллера PCI IDE) — разрешает или запрещает 2-й канал контроллера IDE. Запрещение параметра используется для освобождения прерывания, занятого 2-м каналом в том случае, если ко второму каналу ничего не подключено, Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
IRQ n Used By ISA (прерывание п используется на шине ISA) — Параметр совпадает с IRQ n Assigned to и может принимать значения: •
No/ICU (нет/конфигурапионная утилита для ISA) — если установлено это значение, то BIOS может распоряжаться этим прерыванием по своему усмотрению. Для DOS настройка параметров в этом случае может также выполняться с помощью программы ISA Configuration Utility от Intel.
•
Yes (да) — означает принудительное освобождение прерывания для какой-либо карты на шине ISA. не поддерживающей режим Plug,&Play. Рекомендуется всегда указывать Yes для таких карт и нужных им прерываний, так как в противном случае BIOS может назначить прерывание, жестко используемое какой-либо картой на ISA, другой карте, что может вызвать даже прекращение нормальной работы компьютера.
DMAn Used By ISA (канал DMA n используется на шине ISA) — Параметр совпадает с DMA n Assigned to и может принимать значения: •
No/ICU (нет/конфигурационная утилита для ISA) — если установлено это значение, то BIOS может распоряжаться этим каналом DMA по своему усмотрению. Для DOS настройка параметров в этом случае может также выполняться с помощью программы ISA Configuration Utility от Intel.
576
Приложения •
Yes (да) — означает принудительное освобождение канала DMA лля какой-либо карты на шине ISA, не поддерживающей режим Plug&Play. Рекомендуется всегда указывать Yes для таких карт и нужных им каналом DMA, так как в противном случае BIOS может назначить канал, жестко используемый какой-либо картой на ISA, другой карте, что может вызвать даже прекращение нормальной работы компьютера.
ISA MEM Block BASE (базовый адрес блока памяти для ISA) — Некоторые карты для шины ISA требуют доступа к памяти, расположенной на такой карте по определенным адресам. Поэтому и возникла необходимость в этом параметре BIOS. Может принимать значения: •
No/ICU (нет/ICU) — оставляет управление этим параметром на усмотрение BIOS или программы ICU.
•
С800, ССОО, DOOO, D400, D800 и DCOO - указывается адрес блока памяти. Кроме этого, появляется дополнительный параметр ISA MEM Block SIZE (размер блока памяти), который нужен в том случае, если таких ISA карт несколько и этот параметр может принимать значения 8К, 16К, 32К, 64К
Onboard AHA BIOS (BIOS встроенного SCSI контроллера Adaptec) — параметр разрешает/запрещает выполнение BIOS встроенного SCSI контроллера и тем самым разрешает/запрещает работу встроенного SCSI контроллера. Параметр может принимать значения: • AUTO (автоматически) — Разрешен поиск SCSI контроллера Adaptec и запуск BIOS для него •
Disabled (запрещено) — Устанавливается в это значение при отсутствии SCSI карты
ONB AHA BIOS First (Запуск BIOS контроллера Adaptec первым) — параметр разрешает/запрещает запуск BIOS встроенного контроллера Adaptec до запуска любого другого SCSI контроллера. Может принимать значения: •
Yes — разрешено
•
No — запрещено
ONB SCSI SE Term. (Терминаторы встроенного контроллера SCSI) — параметр разрешает/запрещает подключение нагрузочных резисторов (терминаторов) на встроенном контроллере SCSI. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
ONB SCSI LVD Term. (Терминаторы встроенного контроллера SCSJ LVD) — параметр разрешает/запрещает подключение нагрузочных резисторов (терминаторов) на встроенном контроллере SCSI LVD. Управление этим параметром позволяет увеличить длину соединительного SCSI кабеля до 25 метров. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
577
Приложения SVMBIOS SCSI BIOS или NCR SCSI BIOS - Разрешение на поиск SCSI контроллера на базе микросхемы NCR 810, используемого, например, в карте ASUS SC-200. Параметр может принимать значения: •
AUTO (автоматически) — Разрешен поиск SCSI контроллера и запуск BIOS для него.
•
Disabled (запрещено) — Устанавливается в это значение при отсутствии SCSI карты.
PCI Latency Timer (таймер задержки на PCI) — Устанавливает максимальное время (в тактах частоты шины) в течении которого устройство на шине PCI может удерживать шину в том случае, если другое устройство требует доступа к шине. Допустимый диапазон изменения этого параметра — от 16 до 128 с шагом, кратным 8, Значение параметра следует изменять осторожно, так как оно зависит от конкретной реализации материнской платы. USB IRQ (прерывание шины USB) — параметр разрешает или запрещает назначение прерывания для контроллера шины USB. Поскольку в компьютере часто не хватает прерываний, разрешать этот параметр следует только при наличии устройства на шине USB в системе. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
VGA BIOS Sequence (последовательность загрузки BIOS видеокарт) — определяет, BIOS какой видеокарты будет загружаться первым, AGP видеокарта или PCI, Устанавливать значение этого параметра имеет смысл только в случае установки в компьютере нескольких видеокарт. Может принимать значения: •
PCI/AGP — сначшт BIOS PCI видеокарты, затем AGP
•
AGP/PCI — сначала BIOS AGP видеокарты, затем PCI
USB Keybord Support Via (поддержка USB клавиатуры через...) — параметр позволяет установить, на кого возлагается поддержка USB клавиатуры — на BIOS или операционную систему. Поскольку не все операционные системы поддерживают USB, рекомендуется оставлять BIOS. Может принимать значения: •
OS — поддержка через операционную систему
•
BIOS — поддержка через BIOS
Раздел Power Management Setup Power Management (управление энергопотреблением) — позволяет либо разрешать BlOS'y снижать энергопотребление компьютера, если за ним не работают, либо запрещать. Может принимать значения: •
User Define (определяется пользователем) — при установке эгого параметра вы можете самостоятельно установить время перехода в режим пониженного энергопотребления.
•
Min Saving (минимальное энергосбережение) — при выборе этого параметра компьютер будет переходить в режим пониженного энергопотребления через время от 40 минут до 2 часов (зависит от конкретного BIOS материнской платы)
578
Приложения •
Max Saving (максимальное энергосбережение) — компьютер перейдет в режим пониженного энергопотребления через 10—30 сек. после прекращения работы пользователя с ним
•
Disable (запрещение энергосбережения) — запрещает режим энергосбережения
ACPI function (функционирование ACPI) — разрешает или запрещает поддержку BIOS стандарта ACPI. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
Video Off Option (в каком режиме выключать монитор) — позволяет устанавливать, на какой стадии «засыпания» компьютера переводить монитор в режим пониженного энергопотребления. Может принимать значения: •
Susp, Stby О Off (выключение в режиме Suspend и Standby) — монитор перейдет в режим пониженного энергопотребления при наступлении либо режима Suspend, либо Standby.
•
All modes Ф Off (выключение во всех режимах) — монитор будет переведен в режим пониженного энергопотребления в любом режиме.
•
Always On (всегда включен) — монитор никогда не будет переведен в режим пониженного энергопотребления
•
Suspend Ф Off (выключение в режиме Suspend) — монитор перейдет в режим пониженного энергопотребления при наступлении режим;! Suspend
Video Off Method (способы выключения монитора) — устанавливается способ перехода монитора в режим пониженного энергопотребления. Может принимать значения: •
DPMS OFF — снижение энергопотребления монитора до минимума
•
DPMS Reduce ON — монитор включен и может использоваться
•
DPMS Standby — монитор в режиме малого энергопотребления
•
DPMS Suspend — монитор в режиме сверхмалого энергопотребления
•
Blank Screen — экран пуст, но монитор потребляет полную мощность
•
V/H SYNC+Blank — снимаются сигналы разверток — монитор переходит в режим наименьшего энергопотребления.
Suspend Switch (переключатель режима Suspend) — параметр разрешает или запрещает переход в режим suspend (временной остановки) с помощью кнопки на системном блоке. Для этого необходимо соединить джампер SMI на материнской плате с кнопкой на лицевой панели. Как правило, для этого используется либо специальная кнопка Sleep, либо кнопка Turbo. Режим suspend является режимом максимального снижения энергопотребления компьютером. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
579
Приложения Doze Speed (частота процессора в режиме Doze) — определяет коэффициент деления тактовой частоты в режиме Doze (засыпание). Stby Speed (частота процессора в режиме Standby) — определяет коэффициент деления тактовой частоты в режиме Standby (ожидания работы). РМ Timers — в этой секции устанавливаются времена перехода в различные стадии снижения энергопотребления, HDD Power Down (выключение жесткого диска) — устанавливает либо время, через которое при отсутствии обращения жесткий диск будет выключен, либо запрещает такое выключение вообще. Параметр не оказывает влияние на диски SCSI. Может принимать значения: • От 1 до 15 минут •
Disabled — запрещено
Doze Mode (режим засыпания) — устанавливает время перехода или запрещает переход в первую стадию снижения энергопотребления. Может принимать значения: • 30 Sec, I Min, 2 Min, 4 min, 8 Min, 20 Min, 30 Min, 40 Min, 1 Hour время перехода (Sec — секунды, Min — минуты, Hour — час) •
Disabled — запрещено
Standby Mode (режим ожидания работы) — устанавливает время перехода или запрещает переход во вторую стадию снижения энергопотребления. Может принимать значения: • 30 Sec, I Min, 2 Min, 4 min, 8 Min, 20 Min, 30 Min, 40 Min, 1 Hour время перехода (Sec — секунды, Min — минуты, Hour — час) •
Disabled — запрешено
Suspend Mode (режим временной остановки) — устанавливает время перехода или запрещает переход в третью стадию снижения энергопотребления. Может принимать значения: •
30 Sec, I Min, 2 Min, 4 min, 8 Min, 20 Min, 30 Min, 40 Min, 1 Hour время перехода (Sec — секунды, Min — минуты. Hour — час)
•
Disabled — запрещено
PM Events (Power Management Events) — в этой секции указываются те прерывания, от обращения к которым компьютер должен «просыпаться», если к устройствам, использующим эти прерывания, есть обращения. IRQ 3 (Wake-up) — разрешение этого параметра приведет к «пробуждению» компьютера от модема или мыши, подключенных к COM2. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
IRQ 4 (Wake-up) — разрешение этого параметра приведет к «пробуждению» компьютера от модема или мыши, подключенных к СОМ1. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено 580
Приложения •
Disabled — запрещено
IRQ 8 (Wake-up) — разрешение этого параметра приведет к «пробуждению» компьютера от часов реального времени. Рекомендуется оставить его запрещенным, так как некоторые программы могут использовать функцию «будильника» часов компьютера для своих целей. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
IRQ 12 (Wake-up) — разрешение этого параметра приведет к «пробуждению» компьютера от мыши, подключенной к порту PS/2. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
Далее указываются те устройства, при активности которых компьютер «засыпать» не должен. IRQ 3 (COM2) — при разрешении этого параметра компьютер не «засыпает», если подключенное к порту COM2 устройство используется. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
IRQ 4 (СОМ1) — при разрешении этого параметра компьютер не «засыпает», если подключенное к порту СОМ1 устройство используется. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
IRQ 5 (LPT2) — при разрешении этого параметра компьютер не «засыпает», если подключенное к порту LPT2 устройство (как правило, принтер) используется. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
IRQ 6 (Floppy Disk) — при разрешении этого параметра компьютер не «засыпает», если к накопителю на гибких дисках происходит обращение. Може г принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
IRQ 7 (LPT1) — при разрешении этого параметра компьютер не «засыпает», если подключенное к порту LPT2 устройство (как правило, принтер) используется. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
581
Приложения IRQ 8 (RTC Alarm) — при разрешении этого параметра компьютер не «засыпает», если RTC (часы реального времени) используются как таймер. Рекомендуется оставить его запрещенным, так как некоторые программы могут использовать функцию «будильника» часов компьютера для своих целей. Может принимать значения: • Enabled — разрешено •
Disabled — запрещено
IRQ 9 (IRQ2 Redir) — при разрешении этого параметра компьютер не «засыпает», если подключенное к порту COM2 устройство используется. Может принимать значения: • Enabled — разрешено •
Disabled — запрещено
IRQ 10 (Reserved) — при разрешении этого параметра компьютер не «засыпает», если устройство, занимающее 10 прерывание, используется. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
IRQ 11 (Reserved) — при разрешении этого параметра компьютер не «засыпает», если устройство, занимающее 11 прерывание, используется. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
IRQ 12 (PS/2 Mouse) — при разрешении этого параметра компьютер не «засыпает», если подключенное к порту COM2 устройство используется. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
IRQ 13 (Coprocessor) — при разрешении этого параметра компьютер не «засыпает», если сопроцессор используется. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
IRQ 14 (Hard Disk) — при разрешении этого параметра компьютер не «засыпает», если к жесткому диску на первом канале IDE есть обращения. Может принимать значения: • Enabled — разрешено •
Disabled — запрещено
IRQ 15 (Reserved) — при разрешении этого параметра компьютер не «засыпает», если к жесткому диску или CD-ROM на втором канале IDE есть обращения. Может принимать значения: • Enabled — разрешено
582
Приложения •
Disabled — запрещено
Power Up Control Параметры в этой секции определяют виды управления источником питания и применяются для источников питания в стандарте АТХ и материнских плат, допускающих подключение к такому источнику. P\VR Button < 4 Sees (он же Soft-of By PWR-BTTN) (кнопка питания нажата менее 4 секунд) — управляет функциями кнопки Power на системном блоке компьютера. Может принимать значения: •
Soft Off (программное выключение) — кнопка работает как обычная кнопка включения/выключения питания компьютера, но при этом разрешается программное выключение компьютера (например, при выходе из Windows 9x).
•
Suspend (временная остановка) — при нажатии на кнопку питания на время менее 4 секунд компьютер переходит в стадию Suspend снижения энергопотребления.
•
No Function (нет функций) — кнопка Power становится обычной кнопкой включения/выключения питания,
PWR Up On Modem Act (он же Resume by Ring) (включение питания при звонке на модем) — разрешение этого параметра позволяет включить компьютер при звонке на модем. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
1RQ8 Resume by Suspend (пробуждение по IRQ8) — разрешение этого параметра позволяет «разбудить» компьютер, соответствующим образом запрограммировав Alarm Time (время тревоги) в Real Time Clock (RTC — часы реального времени), так как сигнал от RTC заведен на IRQ8. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
ZZ Active In Suspend (активность сигнала ZZ в режиме Suspend) — контроллер на материнской плате имеет сигнал ZZ, эмулирующий в режиме Suspend (временной остановки) тактовую частоту 8.32 MHz. Как правило, в большинстве материнских плат этот сигнал не используется, но если в SETUP он есть, то следует придерживаться рекомендаций по его установке от производителя материнской платы. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено
Wake On LAN (Пробуждение от сети) — при разрешении этого параметра компьютер включается по сигналу от локальной сети, Такое включение возможно только при установке в компьютер сетевой карты, поддерживающей этот режим. Может принимать значения: •
Enabled — разрешено
•
Disabled — запрещено 583
Приложения CAS (Column Access Strobe) — регистр обращения к столбцу. Сигнал, поданный на линию CAS чипа, означает, что через адресные л и н и и вводится адрес столбца. checksum — контрольная сумма, применяется при контроле четности. Бит, представляющий собой сумму значений всех бит, входящих в контрольную сумму (как правило это 8 бит) с отбрасыванием старших разрядов. chip — ч и п , микросхема. chipset— чипсет, набор микросхем материнской платы, реализующих архитектуру компьютера. Как правило, контроллер памяти входит в состав чипсета, поэтому зная, какой именно чипсет применен в компьютере, можно сделать выводы о применяемой памяти. clock multiplying — умножение частоты — принцип, применяемый в компьютерах начиная с 486-го поколения для согласования растущей тактовой частоты процессора и остальной системы. В результате системная шина (а вместе с ней и подсистема памяти) работают на частоте, в фиксированное число раз меньшее, чем частота процессора. В то время, как процессоры Intel давно превысили частоту 200MHz, частота шины до недавнего времени не превышала 66MHz. Надо отметить, что реатьное быстродействие системы зависит от обеих частот. CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) — широко распространенная технология полупроводникового производства, применяемая, в частности, при производстве DRAM. COASt (Cache On A Stick) — «стандартные» модули расширения кэша, некоторое время (одновременно с появлением EDO) применялись довольно широко. Поскольку EDO первоначально рассматривалась в качестве дешевой альтернативы кэшу, введение данного стандарта легко устанавливаемого (и наоборот) кэша должно было предоставить максимальную возможность выбора конфигурации. В действительности под этим названием существует немалое количество типов и стандартов кэша, совместимых между собой зачастую лишь по разъемам, Устанавливаются вертикально и ничем, кроме трения, не фиксируются. composite — композитный (модуль). Модуль памяти, собранный из чипов с меньшей глубиной адресного пространства, чем у самого модуля. Как правило, это происходит на ранней стадии производства модулей памяти большой емкости, когда соответствующие ч и п ы редки и дороги. Дополнительная адресная л и н и я модуля при этом эмулируется с помошью л и н и и RAS чипа. Естественно, такой метод не способствуют ни быстродействию, ни совместимости, поэтому применять композитные модули следует с осторожностью. Композитный модуль, как правило, имеет дополнительную микросхему для конверсии адресного бита в RAS и необычно большое количество чипов. Само по себе большое количество чипов не является критерием композитности, но надо иметь в виду, что оно увеличивает электрическую емкость и энергопотребление, что также не улучшает работу модуля. CPU frequency — частота процессора — рабочая частота процессора, называемая иногда также «внутренней» частотой. Равняется произведению частоты шины на фактор умножения частоты.
590
Приложения cycle organization — организация цикла — последовательность «элементарных» операций между двумя актами чтения/записи (как-то: зарядка RAS, ввод адреса строки, зарядка CAS, ввод адреса столбца, открытие линии данных), а также допустимые «сокращенные» варианты такой последовательности (например. CAS-before-RAS). Типы памяти, такие, как fast page или EDO, различаются как раз допустимой сокращенной организацией цикла, поэтому иногда говорят о «цикле, организованном по типу fast page». cycle time — длительность цикла (имеется в виду цикл обращения к памяти). При использовании термина необходимо указание, о какой организации цикла идет речь. По умолчанию термин совпадает со временем доступа. density — плотность — ем кость чипа в мегабитах. Помимо единицы измерения, отличается от емкости модуля еще и тем. что имеет отдельное значение «уровня технологии», по которой изготовлен данный чип. В настоящее время технология 16Mb является «основной», 64Mb также постепенно перестает быть дорогой диковиной. Надо отметить, что в виде опытных образцов существуют микросхемы плотностью IGb. double-side — двусторонний — термин, вообще говоря, не несущий особой смысловой нагрузки, так как в общем случае расположение чипов по одну или две стороны модуля памяти имеет отношение к дизайну или технологии производства, но не к архитектуре (хотя существует, конечно, ряд систем с таким расположением разъемов, которое позволяет устанавливать модули с чипами, расположенными только с одной стороны). Как правило, термин ошибочно применяется вместо двухбанковый (который и сам по себе окружен путаницей). dual-bank — двухбанковый. Поскольку адресное пространство организовано в виде квадратной (как правило) матрицы, увеличение числа адресных линий на 1 (то есть, максимально возможного адреса — вдвое) приводит к 4-кратному увеличению адресного пространства (поэтому емкость 30-контактных SIMM росла с инкрементом 4). Для 72-контактных SIMM была введена возможность увеличения емкости модуля вдвое путем монтажа на одной плате двух комплектов чипов, причем обращение ко второму комплекту происходит за счет дополнительных RAS. Это, в частности, 2, 8, 32 и 128MB SIMM, которые в отличие от I, 4, 16 и 64MB называются двухбанковыми (иногда те же две группы модулей называют 2-х и 4-х банковыми соответственно, поскольку первая использует 2 RAS, а вторая — 4). Аналогично для 168-контактных DIMM, с той разницей, что для их производства часто используются чипы с «неквадратным» адресным пространством (организации типа 2x8), поэтому двухбанковые модули 64 и 256MB имеют также и однобанковый вариант. Некоторые контроллеры не могут работать с двухбанковыми модулями памяти (для 72-контактных SIMM это большая редкость, для 368контактных DIMM — довольно часто). DIMM (Dual In-Line Memory Module) — наиболее современная разновидность форм-фактора модулей памяти. Отличается от SIMM тем, что контакты с двух сторон модуля независимы (dual), что позволяет увеличить соотношение ширины шины к геометрическим размерам модуля. Наиболее распространены 168контактные DIMM (ширина шины 64 бит), устанавливаемые в разъем вертикально и фиксируемые защелками. В портативных устройствах широко применяются SO DIMM.
591
Приложения DFP (Dual In-line Package) — микросхемы с двумя рядами контактов, расположенными вдоль длинных сторон чипа и загнутых «вниз». Чрезвычайно распространенная упаковка во времена «до» модулей памяти. DRAM (Dynamic RAM) — динамическая память — разновидность RAM, единичная ячейка которой представляет собой конденсатор с диодной конструкцией. Наличие или отсутствие заряда конденсатора соответствует единице или нулю. Основной вид, применяемый для оперативной памяти, видеопамяти, а также различных буферов и кэшей более медленных устройств. По сравнению со SRAM заметно более дешевая, хотя и более медленная по двум причинам — емкость заряжается не мгновенно, и, кроме тою, имеет ток утечки, что делает необходимой периодическую подзарядку. DRAM module — модуль памяти — устройство, представляющее собой печатную плату с контактами, на которой расположены чипы памяти (иногда заключенное в корпус), и представляющее собой единую логическую схему. Помимо чипов памяти может содержать и другие микросхемы, в том числе шунтирующие резисторы и конденсаторы, буферы, logic parity. ЕСС (Error Checking and Correction) — выявление и исправление ошибок (возможны другие дешифровки того же смысла) — алгоритм, пришедший на смену «контролю четности». В отличие от последнего каждый бит входит более чем в одну контрольную сумму, что позволяет в случае возникновения ошибки в одном бите восстановить адрес ошибки и исправить ее. Как правило, ошибки в двух битах также детектируются, хотя и не исправляются. ЕСС поддерживают практически все современные серверы, а также некоторые чипсеты «общего назначения». Надо отметить, что ЕСС не является панацеей от дефективной памяти и применяется для исправления случайных ошибок. ЕСС DIMM — для 168-контактных DIMM термин идентичен понятию «DIMM с четностью», то есть. 72-битный, ECC-on-SIMM — SIMM с интегрированным контроллером ЕСС, применявшиеся в некоторых моделях серверов IBM, Digital и HP. Распространения не получили. ЕСС SIMM — термин не корректен, поскольку может обозначать разные объекты, которые имеют между собой обшего только то, что являются SIMM и предназначены к использованию в контроллерах, которые позволяют с их помощью реализовать ЕСС. В частности, помимо указанных ниже, под это определение подпадают некоторые SIMM, не удовлетворяющие JEDEC, в частности ECC-on-SIMM, а также стандартные SIMM с четностью, которые могут быть использованы для поддержки ЕСС в большинстве устройств сравнительно недавнего производства. Непосредственно ЕСС SIMM — это: SIMM стандарта JEDEC х39 или х40 —- 39- или 40-битные 72-контактные SIMM, применявшиеся в ранних реализациях ЕСС. SIMM хЗб (то есть 36-битные, как и «обычные» SIMM с четностью). Главное отличие — SIMM с четностью логически имеет жесткое соответствие одного бита четности каждым 8 бит «основной» памяти, выраженное в том, что эти 9 бит имеют одну общую л и н и ю CAS. Физически как правило на каждые 2 чипа «основной» памяти приходится 1 бит четности — всего 8+4=12 чипов для, например,
592
Приложения 16MB. ЕСС SIMM состоит из 36 равнозначных бит, все на одной линии CAS. Физически это 9 идентичных чипов для тех же 16MB. Надо отметить, что SIMM с четностью как правило работают (и обеспечивают ЕСС) в системах, предназначенных для данного класса ЕСС SIMM, в то время как последние неспособны работать в системах с «обычной» четностью. EDO (Extended Data Out) — разновидность асинхронной DRAM, очень широко применявшаяся в последние 2 года. Представляет собой дальнейшее развитие метода fast page по «конвейерной» схеме — линии ввода-вывода остаются какое-то время открытыми для чтения данных в процессе обращения к следующему адресу, что позволяет организовать цикл доступа более оптимально. fast page — дословно быстрый страничный (режим). Очень старая схема оптимизации работы памяти, которая основана на предположении, что доступ,, как правило, осуществляется по последовательным адресам. Позволяет наряду с обычным циклом (RAS, затем CAS), использовать сокращенный, при котором RAS фиксирован, и соответственно его зарядка не требует времени. На сегодняшний день fast page — наиболее медленная из реально применяемых организаций памяти, однако еще сравнительно недавно это был единственный выбор для систем с контролем четности. flash — разновидность энергонезависимой памяти с низким {сопоставимым с DRAM) временем доступа по чтению и относительно высоким временем записи. Используется для компактных внешних запоминающих устройств, а также для хранения редко перезаписываемых программных компонент (например, BIOS или операционной системы некоторых узкофункциональных устройств). Существует, в частности, в виде форм-фактора SIMM. generic — термин, противоположный brand-name (в каждом из смыслов). В наиболее общем виде — нечто, лишенное признаков либо производства известным производителем, либо предназначения конкретно для системы известного же производителя. В последнем смысле близок понятию «стандартный». gold lead — золоченые контакты — разновидность покрытия контактов модуля. В SIMM в настоящее время применяется редко, для DIMM — практически обязательно. 1C (Integral Circuit) — интегральная схема —более умное название для чипа, interleave — чередование — способ ускорения работы подсистемы памяти, основанный, как и многие другие, на предположении, что доступ происходит к последовательным адресам. Реализуется аппаратно на уровне контроллера и требует организации банка памяти таким образом, что суммарная ширина шины модулей превосходит ширину системной шины в k=2n раз (это число называется коэффициентом interleave и иногда записывается в виде к:1). Таким образом, каждый банк состоит из k «нормальных» банков. Контроллер распределяет «нормальное» адресное пространство подсистемы так, что каждый из k последовательных адресов физически находится в разном банке. Обращение к банкам организовано со сдвигом по фазе (напомним, что отдельный цикл обращения может требовать 5 тактов шины и более). В результате при последовательном обращении к данным за один обычный цикл обращения можно получить до k обращений в режиме interleave. Реальный
593 20-410
Приложения выигрыш, разумеется, меньше, кроме того, interleave заметно увеличивает минимальный размер банка (как в числе модулей, так и в емкости). В SDRAM interleave реализован на уровне чипа. I/O line (Input/Output Line) —линия ввода-вывода —каждая из линий, в совокупности составляющих шину, и способных пропустить один бит «за раз». JEDEC (Joint Electronic Device Engineering Council) — организация, разрабатывающая стандарты на электронные устройства, в том числе на модули памяти. JEIDA (Japanese Electronics Industry Development Association) — как следует из названия, японская организация, имеющая отношение к разработке стандартов на электронное оборудование. key — ключ — вырез в модуле памяти, который вместе с выступом в разъеме предотвращает неправильную установку модуля. 30- и 72-контактные SIMM имели вырез в углу со стороны 1-го контакта, последний, кроме этого — вырез посередине (интересно, что японские компьютеры имели более высокий выступ посредине разъема SIMM, соответственно, «чужие» SIMM туда не устанавливались, а в обратную сторону совместимость была). У 72-контактных SO DIMM высота выреза была использована для контроля рабочего напряжения (опять же, невозможно было установить модули с рабочим напряжением 5 вольт в разъемы с напряжением 3.3 вольт, но не наоборот). Для 168-контактных DIMM было применено другое решение — ключи (и соответствующие выступы) стали смещать вдоль, что сделало невозможным установку «неправильного» модуля памяти, хотя и заметно осложнило производство. Такие DIMM имеют 2 ключа, задающие напряжение питания и буферизованность. kilobit — килобит, kb — 1024 бит. Надо отметить, что при подсчете объемов информации для введения высших разрядов вместо привычной тысячи используется 1024=210, что иногда порождает путаницу. L2 cache (Level 2 cache) — кэш 2-го уровня — кэш между процессором и подсистемой памяти, Работает, как правило, на частоте шины и смонтирован на материнской плате (хотя в старших процессорах Intel его начали устанавливать в одной микросборке или модуле с процессором, а также увеличили частоту). Для кэша 2-го уровня практически всегда используется SRAM. Характерные емкости — от 256KB до 1MB на процессор. Объем и быстродействие кэша 2-го уровня оказывают значительное воздействие на быстродействие системы в целом. Следует иметь в виду, что иногда установка в систему дополнительной памяти (как правило, свыше 64MB) может заметно замедлить ее работу, если контроллер не поддерживает кэширование этой памяти. lead finish — покрытие контактов — термин, относящийся к модулям памяти. Контакты бывают «золоченые» (gold-lead) и «луженые» (tin-lead), причем на цене модуля материал покрытия никак не отражается. Производители компьютеров, как правило, рекомендуют уделять особое внимание соответствию материалов контактов модулей и разъемов, хотя, по мнению некоторых независимых источников, опасения по поводу гальванической коррозии, которую могут вызвать разные покрытия контактов, сильно преувеличены.
594
Приложения logic parity (bridge parity, fake parity, parity emulation etc) — ложная четность — техническое решение, позволяющее сэкономить на чипах четности, стоимость которых составляет заметную часть стоимости модуля памяти. Вместо чипов четности на модуль устанавливается логическая микросхема, которая при чтении данных вычисляет контрольную сумму и предъявляет ее контроллеру, как если бы она хранилась в модуле. Поскольку никакого контроля четности реально места не имеет, рекомендовать такие модули можно в единственном случае — если вы имеете материнскую плату, в которой невозможно отключить контроль четности, но не хотите за четность платить (скорее всего — это 486-я плата выпуска 1994 года и раньше). Следует также опасаться случаев, когда память с логической четностью выдается за память с четностью истинной — в частности, память вообще может не заработать в вашем компьютере (например, потому что он использует ЕСС, и вообще любые логические схемы понижают совместимость модуля), да и бескорыстным этот обман вряд ли будет, наконец, в самом лучшем случае вы будете пребывать в ложной уверенности, что ваша система выполняет контроль четности, когда это не так. Ложную четность иногда можно отличить, учитывая, что «логический» чип часто выпускается в упаковке TQFP. Косвенным признаком для 72контактных SIMM также является наличие лишь одного чипа четности (двух для двухбанковых SIMM), хотя это может быть и Quad-CAS. Надо остерегаться и чипов с необычной (для микросхем памяти) маркировкой, хотя в наиболее неприятных случаях маркировка может быть подделана. long DIMM — длинный DIMM — термин, как правило обозначающий 168контактный DIMM, в более обшем случае — противоположный SO DIMM. low grade — низкосортный — термин применяется к чипам, не выдержавшим тестов на соответствие стандартам. В отличие от audio RAM, как правило, они не имеют «объемных» дефектов, но демонстрируют ухудшение характеристик (например, времени доступа) при допустимых стандартами отклонениях внешних параметров (температуры, напряжения питания). Как правило, «низкосортные» ч и п ы продаются производителями со специальной маркировкой или в виде кремниевых пластин и предназначены изначально для некомпьютерного применения. Тем не менее, к сожалению, на рынок часто попадают модули памяти, изготовленные из таких чипов, что приводит к нестабильной работе компьютеров, в которые они установлены. low profile — низкий (модуль) — модули памяти относительно низкой (по сравнению с допускаемой стандартами) высоты. В некоторые материнские платы (особенно если разъемы расширения памяти находятся на дополнительных картах) могут быть установлены только такие модули, major — принятое в индустрии название 10-20 крупнейших производителей чипов DRAM, а также выпущенных ими чипов, Модули, произведенные этими производителями из собственных чипов и имеющие их маркировку, носят название major/major и считаются эталонными по качеству. MDRAM (Multibank DRAM) — многобанковая DRAM — разновидность DRAM с interleave, организованным на уровне чипа, применяется преимущественно в графических подсистемах. Megabyte — мегабайт, MB.— 1024 килобайт, то есть, 1,048,576 байт.
595
Приложения Megahertz — мегагерц, MHz — 106 герц, то есть, операций в секунду. Единица измерения частоты, характерная для современных компьютеров, таймеры различных подсистем которых имеют частоты от нескольких мегагерц (шина ISA) до нескольких сотен мегагерц (процессоры). Системные шины имеют частоту от нескольких десятков до 100 мегагерц, до недавнего времени максимальная официальная частота для чипсетов Intel составляла 66 мегагерц. memory — память. Запоминающее устройство (ЗУ) — вообше говоря, любое устройство, предназначенное для записи (по крайней мере один раз), хранения и считывания информации. В этом смысле термин в основном употребляли в эпоху нестандартных решений. Сейчас его можно встретить в сочетании ROM, а также flash memory. memory card — часто применяемое (особенно в портативных компьютерах) решение для нестандартного модуля памяти. Внешне очень напоминает карту PCMCIA, однако предназначена к установке в специальный разъем. Насколько можно судить, единый стандарт отсутствует, соответственно, совместимость наблюдается максимум в близких семействах моделей одного производителя. Иногда так называются применяемые в некоторых компьютерах (особенно серверного класса и поддерживающих interleave) «карты расширения памяти», устанавливаемые в материнскую плату и несущие на себе разъемы для модулей. memory controller — контроллер памяти — промежуточное устройство между системной шиной и модулями памяти. Контроллер определяет возможные тип и рабочий режим используемой памяти (в стандартных решениях зачастую и форм-фактор), организует interleave, контроль четности или ЕСС. Иногда имеется возможность настройки ряда параметров из BIOS Setup, в других случаях определение типа памяти и режима работы происходит автоматически. В настоящее время, как правило, контроллер памяти является частью чипсета, поэтому пара чипсет-BIOS нередко однозначно определяет возможности контроллера (хотя иногда, особенно в материнских платах высшего уровня, применяется специфический контроллер). memory subsystem — подсистема памяти — понимаемая как единое целое (обычно с целью обсуждения, например, вопросов быстродействия) совокупность системной шины, контроллера памяти и модулей. В зависимости от постановки вопроса может включать либо не включать кэш 2-го уровня. nanosecond — наносекунда, ns — 10-9 сек. Характерное время цикла или такта для современных компьютеров — от единиц до сотен наносекунд, что соответствует частотам от сотен до единиц мегагерц. Используется для измерения времени доступа. no-name — безымянный — ч и п ы либо модули памяти, не имеющих маркировки (известного) производителя. Очень широко (особенно модули) представлены на рынке. Явным недостатком «безымянной» памяти является то, что никто, вообще говоря, не гарантирует ее качества (производителям качественной памяти нет ни малейшего резона скрывать свое имя). non-volatile — энергонезависимая (память) — устройство памяти, сохраняющее информацию при выключенном питании, например, flash и различные виды EPROM.
596
Приложения operation mode — рабочий режим — организация цикла, при которой данная память работает (или способна работать), то есть, например fasi page или EDO. organization — организация — информация об устройстве чипа/модуля памяти, записываемая в виде произведения глубины адресного пространства на количество линий ввода/вывода. Кстати, для чипа это произведение дает его плотность, для модуля (если отбросить линии контроля четности и разделить результат на 8) — емкость. Организация не является исчерпывающим описанием логической схемы. package — упаковка — тип корпуса и расположения контактов чипа (например, SOJ, TSOF.). page — страница. Довольно условный термин, чаще всего под страницей понимается набор доступных адресов при фиксированном адресе строки, и н ы м и словами, размер страницы равен числу столбцов. Надо учитывать, что строка, как правило, длиннее из соображений refresh. parity — четность, также контроль четности. Довольно старый принцип проверки целостности данных, передаваемых по любой шине (в том числе сохраняемых в памяти). Суть метода в том, что для некоторого количества (как правило, 8) бит данных на стадии записи вычисляется контрольная сумма, которая сохраняется как специальный бит четности. При чтении данных контрольная сумма вычисляется снова и сравнивается с битом четности. Если они совпали, данные считаются аутентичными, в противном случае генерируется сообщение об ошибке четности (как правило, приводящее к остановке системы). Метод активно применялся в прошлом, когда подсистема памяти являлась одной из самых ненадежных в компьютере. К явным недостаткам метода относятся дороговизна памяти, требующейся для хранения лишних бит четности, незащищенность от двойных ошибок (а также ложное срабатывание при ошибке в бите четности), остановка системы даже при непринципиальной ошибке (скажем, в видеокадре). В настоящее время, учитывая возросшее качество памяти и низкую вероятность ошибок, применяется все реже — в системах низкого уровня используется более дешевая память без контроля четности, в системах высокого — более результативная схема ЕСС. parity bit — бит четности — дополнительный бит для контрольной суммы, а также линия ввода/вывода для его передачи. parity chip — чип четности — чип, предназначенный для хранения бита четности в соответствующем SIMM, как правило однобитный (организации xl), хотя встречаются ч и п ы типа Quad-CAS, объединяющие несколько независимых однобитных чипов в одной упаковке. parity SIMM — SIMM с четностью. Для 30-контактного SIMM — с организацией х9, то есть, 8 основных бит плюс бит четности. Для 72-контактного SIMM, как правил о. имеется ввиду SIMM организации хЗб, причем на каждом из4-хСА5 находится 8 основных бит плюс бит четности. Такая организация отличает его от ЕСС SIMM хЗб. Никакого принципиального значения это разделение на группы по 9 бит не имеет, поскольку в подавляющем большинстве случаев доступ по отдельному CAS невозможен. Скорее всего, этот принцип идет от тех времен, когда 72-контактные SIMM только приходили на смену 30-контактным, чтобы сымитировать 4 30-контактных модуля и облегчить переход без значительной переработ-
597
Приложения ки контроллера. В принципе, под определение подпадают и довольно редкие модули х!8 и хЗЗ. РСВ (Printed Circuit Board) — печатная плата. Качество дизайна и изготовления печатной платы может сильно повлиять на качество модуля памяти. В частности, считается, что предназначенная для модулей памяти печатная плата должна состоять как минимум из 4 слоев (для предотвращения «наводок»). PC Card — более современное, хотя так окончательно и не прижившееся, название для стандарта PCMCIA. He путать с memory card. PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) — в противовес своему названию имеет мало отношения к памяти как таковой. Стандарт шины и разъема расширения для подключения внешних устройств (в том числе хранения информации, но отнюдь не оперативной памяти) к портативным компьютерам. Не путать с memory card. pinout — разводка — соответствие между контактами чипа или модуля и его логической схемой. Внешне совершенно стандартный модуль может по той или иной причине иметь необычную разводку (и, следовательно, архитектуру). pin — контакт, для пайки или установки в разъем, не обязательно в виде проволочки. pipeline — конвейер — метод доступа к данным, при котором можно продолжать чтение по предыдущему адресу в процессе запроса по следующему. POST (Power-On Self Test) — процесс определения системой своей конфигурации при загрузке (тестом фактически не является). В принципе, память с серьезными дефектами не будет распознана как таковая уже на этой стадии. Следует иметь в виду, что на результат POST могут повлиять установки BIOS Setup. PRO (Presence Detect) — информация о типе, емкости и времени доступа модуля памяти, закодированная с помощью заземления или незаземления специально предназначенных для этой цели контактов. В частности, контакты с 67-го по 70-й 72-контактного SIMM, будучи электрически соединены (или наоборот) с 72-м контактом, обеспечивают 4 бит информации, в которых может быть записана емкость и время доступа SIMM. Контактные площадки под нулевые резисторы для заземления можно видеть с правой стороны SIMM, если смотреть на него, расположенного горизонтально с ключом в левом нижнем углу. PRD описано в JEDEC. Тем не менее подавляющее большинство контроллеров памяти PRD не использует, соответственно, в SIMM, произведенных «безымянными» изготовителями, PRD зачастую отсутствует, что может повлечь несовместимость с системами, которым PRD требуется. Старые модели IBM (эпохи PS/2) также использовали PRD, причем нестандартное. JEDEC описывает также PRD для DIMM. В последнее время (в частности, для SDRAM DIMM) применяется SPD. profile — форм-фактор — в наиболее общем виде — тип разъема и геометрические размеры (включая размеры ключей, выступающих частей) модуля памяти. Некоторые системы по причинам, происходящим из геометрии, работают с модулями стандартной архитектуры, но с некоторыми ограничениями форм-фактора.
598
Приложения proprietary — термин, обратный понятию «стандартный», то есть, предназначенный для конкретной системы и только для нее. Quad-CAS — микросхема четности, предназначенная для 72-контактных SIMM и как бы объединяющая в себе 4 независимых однобитных чипа четности, доступ к каждому из которых идет по отдельной линии CAS. Как правило, речь идет о чипе организации 1x4 (сумма четырех 1x1). Выпускались, вчастности, Micron. SIMM с таким чипом являются «истинными» SIMM с четностью, и их следует отличать от SIMM с «ложной четностью», имеющих то же количество чипов. В принципе, существовали и чипы Double-CAS (в частности, OKI), представлявшие собой сумму 2-х чипов. Rambus DRAM — технология DRAM, разработанная компанией Rambus и позволяющая создавать память с высокой пропускной способностью (несколько сотен Mb/сек). Поскольку технология официально поддержана компанией Intel, высока вероятность того, что эта память будет основной в компьютерах будущего. Тем не менее, поскольку стандарт не является открытым, а защищен патентом и как следствие подлежит лицензированию, консорциум major-производителей ведет разработку конкурирующего стандарта SLDRAM. В настоящее время уже применяется в видеоподсистемах высокого уровня. RAM (Random Access Memory) — память со случайным доступом. Любое устройство памяти, для которого время доступа по случайному адресу равняется времени доступа по последовательным адресам. В этом смысле термин практически утратил свое значение, так как современные технологии RAM используют методы оптимизации последовательного доступа, но в прошлом это действительно было критерием для отличения устройств, предназначенных для оперативного хранения небольших объемов данных (в русской традиции — оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) от устройств для постоянного хранения больших массивов (постоянное или программное ЗУ, ПЗУ). Сейчас очевидно, что реальным критерием яатяется энергозависимость. RAS (Row Access Strobe) — регистр обращения к строке. Сигнал, поданный на линию RAS чипа, означает, что через адресные линии вводится адрес строки. ROM (Read-Only Memory) — память без перезаписи — вообще говоря, любое запоминающее устройство, перезапись информации на котором невозможна в принципе, В настоящее время термин самостоятельной ценности не имеет, применяясь иногда в аббревиатурах (CD-ROM), в том числе и для описания устройств, допускающих перезапись, хотя в основном предназначенных для чтения (ЕЕ PROM).' refresh — подзарядка. Как известно, состоянием ячейки памяти DRAM является наличие/отсутствие заряда на конденсаторе. Этот заряд подвержен утечке, поэтому для сохранения данных конденсатор необходимо время от времени подзаряжать. Это достигается подачей на него время от времени напряжения (несложная диодная конструкция обеспечивает refresh только тех конденсаторов, на которых уже есть заряд). Нормальный цикл подзарядки происходит при фиксации адреса столбца и циклическом изменении адреса строки. Поэтому вообще говоря чип с меньшим количеством строк подзаряжается быстрее, registered — аналог понятию buffered для SDRAM DIMM, пока еще не нашло широкого употребления.
599
Приложения remark — перемаркировка. Вообще говоря, любое изменение уже нанесенной на чип маркировки. Как правило, выполняется изготовителем в том случае, когда уже промаркированная партия чипов показала несоответствующие маркировке (возможно, и более высокие) результаты на тестах. Может выполняться в виде изменения уже указанного на чипе времен и доступа (как правило, следы этого изменения хорошо видны, поскольку никто не пытается их скрыть). Такого рода партии перемаркированных чипов обычно выпускаются на рынок с соответствующими сертификатами и ничего дурного собой не представляют. Другой вариант — когда партия чипов не выдержала теста на соответствие стандартам высшего качества, однако пригодная для использования как low grade или audio RAM. В этом случае верхний слой пластика с первоначальной маркировкой снимается и наносится low grade маркировка. Такие чипы также являются полноценными (если это слово применимо к low grade). К несчастью, имелись случаи (в последнее время, к счастью, реже) «злоумышленной» перемаркировки чипов, когда не соответствующая неким стандартам память выдавалась за стандартную с целью извлечения прибыли (как правило, делали это не производители). Характерным признаком такой подделки являются следы снятия верхней поверхности чипа (которые редко удается скрыть) под маркировкой известного производителя. Рекомендуется не применять модулей, собранных из таких чипов, ни в коем случае. SDRAM (Synchronous DRAM) — синхронная DRAM — название синхронной памяти «первого поколения», широко применяющейся в настоящее время и имеющей пропускную способность порядка 100Mb/сек. SDRAM clock — можно встретить указание, что те или иные чипы или модули SDRAM являются 2 clock или 4 clock. Под clock здесь понимается линия ввода сигнала таймера. Насколько можно судить, 4 clock чипы поддерживают внутричиповый interleave более высокого уровня (4-банковый?), то есть, являются вообще говоря более передовыми. Достоверной информации о совместимости этих двух типов SDRAM с разными чипсетами и реальных выигрышах в скорости пока нет. SDRAM II — находящийся в стадии разработки SDRAM следующего поколения, который должен будет поддерживать вдвое большую (200МЬ/сек) пропускную способность. Реальных шин с такой высокой частотой пока не существует. SGRAM (Synchronous Graphic RAM) — разновидность синхронной видеопамяти. SIMM (Single I n - l i n e Memory Module) — наиболее распространенный в течение долгого времени форм-фактор для модулей памяти. Представляет собой прямоугольную плату с контактной полосой вдоль одной из сторон, фиксируется в разъеме поворотом с помощью защелок. Контакты с двух сторон платы на деле являются одним и тем же контактом (single). Наиболее распространены 30- и 72контактные SIMM (ширина шины 8 и 32 бит соответственно). SIP (Single In-Line Package) — разновидностьформ-фактора модулей памяти, вытеснены SIMM и в настоящее время почти не встречаются. Проще всего описать их как SIMM, у которого контакты не «наклеены» на плату, а имеют форму иголок (pin в первоначальном значении этого слова) и торчат в виде гребенки.
600
Приложения SLDRAM (SyncLJnk DRAM) — условное название высокоскоростной памяти, разрабатываемой консорциумом производителей в качестве открытого стандарта в противовес Rambus DRAM. slot — разъем. Как правило, это название используется для разъемов, куда «вставляются» платы расширения, в том числе модули типа SIMM и DIMM. Разъемы, куда «втыкаются» ножки (чипов либо разъемов «противоположного пола»), называются socket. SMT (Surface Mount Technology) — технология поверхностного монтажа. основной способ изготовления модулей памяти и многих других устройств на основе печатных плат. Смысл метода в том, что вместо пайки каждого контакта по отдельности все чипы «приклеиваются» на печатную плату, заранее покрытую припоем по трафарету, после чего плата прогревается в специальной печи, в результате чего припой плавится и чипы оказываются припаянными. SO DIMM (Small Outline DIMM) — разновидность DIMM малого размера (small outline), предназначенных в первую очередь для портативных компьютеров. Наиболее часто встречаются 72- и 144-контактные модули (32 и 64 бит соответственно). Способ установки аналогичен SIMM. SOJ (Small Outline J-shaped) — разновидность микросхем, одна из наиболее широко применяемых для упаковки DRAM. Контакты микросхемы изогнуты н форме буквы J коротким концом под микросхему. SPD (Serial Presence Detect) — разновидность PRD у 168-контактных DIMM (как правило, небуферизованных). Выполнена не в виде набора резисторов на контактных площадках, а в виде единой микросхемы EPROM, причем записанная в ней информация не описана в databook производителей (и, предположительно, является предметом отдельного соглашения и включает «необычную» информацию наподобие имени производителя). Модули «безымянного» производства SPD, как правило, не имеют. По крайней мере некоторые платы на чипсете 440LX требуют от модулей наличия SPD. По разным версиям это предпринято либо для того, чтобы отсечь от рынка «безымянных» производителей, либо с целью обеспечить автоматическое определение времени доступа, что будет актуально для грядущих скоростных модулей и шин. specific — специфический — в общем виде — модулытамяти, предназначенный для использования в конкретной системе (или классе систем) конкретного производителя. Термин несколько более мягкий, чем proprietary, так как не отрицает возможности того, что указанная система может расширяться и стандартными модулями. speed — скорость или быстродействие — некорректный термин, может обозначать либо тактовую частоту, либо время доступа. SRAM (Static RAM) — статическая память — разновидность RAM, единицей хранения информации в которой является состояние «открыто-закрыто» в транзисторной сборке. Используется преимущественно в качестве кэш-памяти 2го уровня. Ячейка SRAM более сложна по сравнению с ячейкой DRAM, поэтому более высокое быстродействие SRAM компенсируется высокой ценой. Несмотря на низкое энергопотребление, является энергозависимой.
601
Приложения standard — стандартный — то есть соответствующий неким общеизвестным техническим спецификациям (для модулей памяти, как правило, JEDEC), и, следовательно, имеюший широкую область применения, не ограниченную конкретной системой. static column — статический столбец. Память со статическим столбцом выпускавшаяся некоторое время, но не получившая распространения из-за высокой пены более быстрая разновидность fast page. synchronous — синхронный — устройство памяти, цикл обращения к которому состоит из операций, имеющих одинаковую длительность, что позволяет синхронизировать его с системным таймером для оптимального взаимодействия между устройством и шиной. Синхронные устройства являются более передовыми по отношению к асинхронным, и в настоящее время идет процесс полного перехода к ним. system memory — оперативная память — память (в подавляющем большинстве случаев — DRAM), использующаяся для хранения активных программ и данных. Количество и быстродействие оперативной памяти оказывают чрезвычайно серьезное воздействие на быстродействие современных компьютеров. Работает на частоте системной шины. Доступ процессора к оперативной памяти происходит через кэш 2-го уровня. Некоторые подсистемы компьютера способны обрашаться к оперативной памяти напрямую, минуя процессор. timing diagram — временная диаграмма — количества тактов системной шины, необходимых для доступа к случайно выбранному адресу и следующим за ним адресам. Характерные диаграммы для разных типов памяти (в предположении, что они достаточно быстры, чтобы оптимально взаимодействовать с шиной) — 53-3-3 (fast page), 5-2-2-2 (EDO), 5-1-1-1 (SDRAM). tin-lead — луженые контакты — разновидность покрытия контактов модуля, по непроверенным данным, с добавлением палладия. Большинство выпускаемых сейчас SIMM и разъемов для них имеют именно это покрытие. TQFP (Thin Quad Rat Package) — разновидность микросхем плоской квадратной формы с контактами вдоль всех четырех сторон. Применяется в основном для многоконтактных чипов, в частности кэша. TSOP (Thin Small Outline Package) — разновидность микросхем плоской формы. В настоящее время в области DRAM применяется довольно широко, особенно для упаковки низковольтных микросхем. unbuffered — небуферизованный (модуль). Термин применяется к «обычным» 168-контактным DIMM, чтобы отличить их от буферизованных. unified memory — объединенная память — технология, при которой видеоадаптеру выделяется часть системной памяти, так что нет необходимости устанавливать для него отдельную видеопамять. При всей своей экономичности и возможности программно менять количество видеопамяти технология является компромиссной, так как видеопамять должна, вообще говоря, быть более быстрой, чем «стандартная».
602
Приложения volatile — энергозависимая (память) — устройство памяти, теряющее информацию при отключении напряжения питания. К ним относятся, в частности, DRAM и SRAM. voltage — напряжение питания. Современные чипы памяти имеют напряжение питания 3.3 или 5 вольт (последние пока еще более распространены). Как правило, напряжение питания модулей памяти предопределено конструкцией материнской платы и не может быть изменено для одного типа модулей. Плата, поддерживающая разные типы модулей (например, SIMM и DIMM), может поддерживать разное напряжение питания для каждого типа, но при этом необязательно оба сразу. Надо также отметить, что модули памяти являются одним из наиболее энер го потребляющих устройств компьютера, поэтому снижение их напряжение питания представляется естественным путем к системам с большим объемом памяти, video RAM — видеопамять. Вообще говоря, любая память, используемая в графической подсистеме (как правило, в качестве буфера кадров). Разновидность памяти, специатьно созданная для применения в графических подсистемах, например, VRAM, WRAM, SGRAM. Чаще всего оптимизирована по отношению к «обычной» памяти с использованием того факта, что буфер кадров по умолчанию не требует хранения уже однажды использованной информации, то есть, одновременно с чтением можно (и нужно) производить запись. VRAM (Video RAM) — одна из первых разновидностей видеопамяти, позволяет производить чтение и запись информации за один цикл обращения. WRAM (Window RAM) — разновидность видеопамяти, примененная, в частности, в видеокартах Matrox. ZIP (Zig-Zag In-Line Package) — разновидность упаковки микросхем, в частности, применявшаяся для видеопамяти. Контакты расположены вдоль одной из длинных сторон чипа в зигзагообразном порядке.
Словарь компьютерных терминов для начинающих пользователей Active Channel — узел Web, автоматически поставляемый на рабочий стол пользователя, ActiveMovie — технология цифрового видео, позволяющая через Web просматривать файлы AVI, QuickTime или MPEG. ActiveX — термин программного интерфейса технологии Microsoft, позволяющей разработчикам создавать интерактивное содержимое для WWW, а также для компонентов программного обеспечения, написанных на различных языках. Основные элементы технологии ActiveX — СОМ и DCOM. alias — псевдоним (имя, метка). Весьма известная вешь в компьютерах Macintosh. В более широком смысле, — метка, использующаяся для указания выполнить какое-либо действие. AltaVista — весьма неплохой паук (http://www. altavista.digital.com). anchor — то, что собственно, и образовывает гипертекстовую ссылку.
603
Приложения anonymous — один из методов получения доступа к той или иной информации. Вы можете только копировать файлы, передавать свои — нет. Arcade Game — компьютерная игра, как правило, с живым и быстрым сценарием. ARJ — популярная в MS-DOS программа архивирования файлов. authorization — право, которое дается пользователю на тот или иной ресурс компьютерной системы. background — фон. Задний план окна графической операционной системы. Bad Sector — испорченный кластер. Сектор на жестком или гибком диске, который непригоден для записи и хранения информации. BBS — Bulletin Board System. Тип компьютерного сервиса. Пользователи могут читать и публиковать различные сообщения. Передавать или скачивать файлы. BIOS — базовая система ввода-вывода. Пакет программ, «вшитый» в персональный компьютер. Позволяет настроить работу различных устройств системы. bit — самое маленькое количество информации, передаваемое по сети. board — электронная монтажная плата, используемая в персональном компьютере. Если на этой плате расположен процессор, то она называется материнской платой. boot — запуск персонального компьютера. browser — нечто, похожее на графический интерфейс. Позволяет блуждать по той или иной сети, или искать себе на определенное место приключений. Bus Mouse — мышь, которая подключена к компьютеру не через последовательный порт. busy — модем сообщает о том, что линия связи занята. card — адаптер или печатная плата. carrier — связь; несущая; определенный сигнал, несущий данные. Почти то же самое, что и connect. CD — компакт-диск. Одна из технологий оптических дисков, весьма успешно внедренная в мир персональных компьютеров. CD-ROM Drive — устройство, позволяющее считывать информацию с компакт-дисков. checkpoint — место, в котором то или иное приложение прекращает работать и начинает определять, где и в какой среде оно находится. Одноименная фирма, производящая весьма популярную и бестолковую программу для защиты Internet и Intranet. compress —архиватор. То, что делает из большого файла маленький, а из кучи файлов — один файл. Может быть также командой UNIX, через которую происходит процесс архивирования. cookies — технология, позволяющая сохранять сугубо индивидуальную информацию о пользователе сети, cracker — хакер, который ломает все и вся, cyberpunk — самоутвержденный хакер.
604
Приложения DDE — Dynamic Data Exchange. Межпроцессорный метод связи, позволяющий одновременно запускать две или несколько программ. DejaNews — ищем новости в конференциях Usenet по ключевому слону, автору статьи или по адресу. Доступ через http://www.dejanews.com. Domain Name Server — имя сервера домена. Каждое подразделение Internet имеет два домена. Основной DNS обычно располагается на сетевой машине. DNS-сервера используют в своих обращениях к удаленным узлам 32-битные адреса IP, мнемонически заключенные в четырехразрядную буквенную комбинацию. Любой хост может получить соответствующий DNS у ближайшего информационного сервера DNS по известной системе Domain Name Server через сетевой протокол DNS. Просто хост посылает запрос на известный IP-адрес DNS-сервера свой IP-адрес и имя сервера. Сервер DNS штудирует собственную базу данных, находит IP-адрес и отправляет на хост соответствующий ответ DNS. Схема весьма примитивная. Если же сервер DNS не находит искомую буквенную комбинацию, то он отсылает запрос на так называемый корневой сервер, который, в свою очередь, сверяет информацию с файлом настроек root.cache. Так происходит до тех пор, пока имя хоста не будет найдено в Internet. download — закачивание программного обеспечения с другого компьютера на собственный винчестер. e-mail — электронная почта. Вы пишите (набиваете на клавиатуре) письмо, адрес, жмете кнопку и почти моментально ваше послание читает адресат. Вещь классная. Но есть и свои недостатки. Ваше послание может прочитать практически любой пользователь, хоть немного знающий нетрадиционное программное обеспечение. Про хакеров вообще можно промолчать. Ethernet — один из видов сети с весьма высокой пропускной способностью. Довольно часто компьютеры, использующие протоколы TCP/IP подсоединяются к Internet через Ethernet. FAQ — это то, что вы делаете довольно часто. Вам что-то непонятно. Тогда вы задаете вопросы. Кто-то на них отвечает. Все это дело собирается каким-то архивариусом и затем публикуется в электронном виде. Всю эту коллекцию кто-то назвал списками FAQs, Некоторые умники называют это так; «ЧаВо» — плохо сформированный акроним от «Часто задаваемые вопросы». Firewall — межсетевой защитный экран. Весьма туманная вещь для некоторых простых пользователей и совершенно непонятная многим системным администраторам. Вещь, которую хорошо знают хакеры. Довольно бестолковая штучка, которая, по идее, должна защищать систему от проникновения хакеров, Практически любой современный межсетевой защитный экран строится на протоколах прикладного уровня (proxy) и поддерживает TELNET, Rlogin. FTP, SMTP, POP3, HTTP, Gopher, X I I , LP, Rsh. Finger, NNTP, Whois и RealAudio. flame — произносится как флэйм. Угроза или оскорбление в электронном виде, то есть, по почте или в конференциях Usenet. follow up — сообщение в Usenet, как реакция на ранее помещенное сообщение. font — шрифт или семейство знаков с индивидуальным стилем.
605
Приложения FTP — File Transfer Protocol. Метод пересылки файлов на ваш компьютер. В Internet имеются тысячи мест, поддерживающих этот метод. Иногда единственная возможность заиметь файл — это воспользоваться протоколом FTP Помните об этом протоколе. guru — фанат, профессионал. Отличается от хакера безумными поступками. Такие люди могут легко взорвать планету, если доберутся до заветной красной кнопки. HTML — HyperText Markup Language. Язык, лежащий в основе формирования документов World Wide Web. HTTP — HyperText Transport Protocol. Система, передающая документы HTML no World Wide Web. hypertext — нечто представляющее данные так, что можно легко организовать межстраничные связи различных документов Internet. Internet — мировая с англоязычным уклоном свободная конфедерация компьютерных сетей, объединяющая более 12 тысяч локальных сетей, более одного миллиона компьютеров и около 30 миллионов пользователей. Негласный победитель FIDO. IP — самый важный из всех протоколов, на котором основана Internet. Через этот протокол осуществляется прямое подключение к Internet. IP Address — тридцатидвухбитовый (ну и словечко) адрес протокола Internet, включающий в себя номер узла и сети. IRQ — прерывание. LAN — Local Area Network. Локальная вычислительная сеть. login — регистрационное имя пользователя. lurk — пассивные наблюдатели. Например, те, кто только читают новости конференций Usenet или сообщения, проходящие по каналам IRC. mail — обмен частными текстовыми сообщениями в Internet или в другой компьютерной сети. mail server — почтовый сервер. Компьютер, обрабатывающий электронную почту. mailing list — список рассылки электронных почтовых сообщений, классифицированных по определенным темам, Своеобразная подписка. Microsoft FrontPage Express — редактор web-страниц. Средство для создания и оформления документов HTM L н режиме непосредственного отображения. Microsoft Outlook Express — мощный персональный организатор, позволяющий оперировать электронной почтой, календарем событий, базой контактов и списком текущих дел и документов. MIME — Multipurpose Internet Mail Extensions. Протокол передачи звука, графики и других двоичных данных. Применяется при передаче почтовых сообщений. И как только этот MIME не интерпретируют! MNP — Microsom Networking Protocol. Протокол коррекции ошибок. mosaic — древнейший графический пользовательский интерфейс, позволяющий просматривать World Wide Web. Имеются версии для X-Window, Windows и Macintosh.
606
Приложения MPEG — Moving Pictures Expert Group. Протокол, через который упаковываются видеозаписи. multimedia — весьма туманный термин, не переводящийся на нормальный язык. Netscape Communicator — еще один обозреватель Internet. Графический пользовательский интерфейс, позволяющий просматривать World Wide Web, Имеются версии для X Window, MS Windows и Macintosh. Весьма неплохой. NTFS — файловая система, специально разработанная для операционной системы Windwos NT. Поддерживает восстановление файловой системы и носители данных весьма большого объема. phreake — хакерство на телефонных линиях. Генерация тонов определенной частоты, позволяющая проводить махинации с оплатой разговоров и сканирование телефонной сети на предмет обнаружения модемных входов. QWERTY — стандартная англо-язычная раскладка клавиатуры. remote computer — тот самый сервер, к которому коннектятся. SGML — Standard Generalized Markup Language. Язык структурированных языков. То есть язык, посредством которого вы можете определить язык индексированных документов. Язык более высокого уровня, чем HTML В общем, я з ы к языков. Понятен только весьма умным пользователям или хакерам. shareware — условно-бесплатное программное обеспечение, то есть, платите лишь в том случае, если хотите получить полную версию полученного программного обеспечения. SLIP — Serial Line Internet Protocol. Древний протокол повышенного типа. Позволяет подключить ваш компьютер к Internet по протоколу с удаленным доступом TCP/IP. SMTP — Simple Mail Transport Protocol. Протокол обмена почтовыми сообщениями. spam — принудительные сообщения, посылаемые через электронную почту и конференции Usenet. SSL — Secure Socket Layer. Весьма слабый протокол программы Netscape. Предназначен для защиты пользователей. Или по другому; защищенный протокол самой классной и знаменитой смотрелки киберпространства Netscape Communicator. TCP — Transmission Control Protocol. Главный транспортный протокол. Протокол управления передачей. Работает одновременно с клиентом и протоколом низкого уровня (IP). Интерфейс между TCP и пользователем есть открытие и закрытие соединения и отправка и загрузка информации. TCP совместим с Telnet иТНР. TCP/IP — Control Protocol/Internet Protocol. Стандартный сетевой протокол, позволяющий вашему компьютеру соединиться с Internet. Telnet — специальный коммуникационный протокол, позволяющий через определенные команды получать непосредственный доступ к серверу Internet. tone — тоновый набор телефонного номера, UNZIP — программа распаковки. upload — вы передаете свои файлы на другой компьютер,
607
Приложения URL — Uniform Resource Locator. Стандартный адресный формат, указывающий имя сервера Gopher, WWW, Finger или FTP. USB — универсальная последовательная шина. Благодаря USB вам больше не нужно задумываться об установках прерываний IRQ. Вы просто подключаете устройство к разъему USB, а система сама обеспечит совместимость с вашим компьютером. Вам даже не придется перезапускать систему, WebTV — программа, которая позволяет смотреть телевизионные передачи через Internet. Просто настроив WebTV, вы можете смотреть телепередачи, транслируемые по глобальной компьютерной сети. Выбрав свой регион, вы можете загрузить телепрограмму из Internet и наслаждаться ее просмотром, а если она не понравилась, вы просто переключаетесь на другой телевизионный канат. WebTV позволяет автоматически загружать из Internet все доступные телепередачи вашего региона. WINZIP — программное обеспечение, созданный для пользователей Windows. Позволяет распаковывать и запаковывать файлы. World Wide Web — Информационная система Internet, созданная для тех пользователей, которые имеют высокоскоростные модемы. Это означает, что на экране вашего компьютера виден не просто голый текст, а мультимедийный документ с картинками, порой разворачинаюшимися так дол го, что хочется стукнуть по клавиатуре или плюнуть на экран монитора.
Словарь терминов по компьютерным сетям ActiveX — технология Microsoft, предназначенная для написания сетевых приложений. Она предоставляет программистам наборы стандартных библиотек, значительно облегчающих процесс кодирования. API — набор системных подпрограмм, используемых для выполнения сервисных функций, предоставляемых операционной системой. AT — набор команд для управления модемом в асинхронном режиме, созданный фирмой Hayes. Стандартный набор команд AT и его последующие расширения поддерживаются практически всеми современными модемами. Большинство производителей создают также собственные расширения набора команд AT, позволяющие использовать специфические функции оборудования. Формат команд при этом, как правило, остается совместимым с форматом Hayes. audit — проверка элементов управления системой. authorization — проверка регистрационной информации о пользователе. В случае, если пользователь регистрируется на Windows 2000 Professional, авторизация выполняется на этой рабочей станции. В случае, если пользователь регистрируется в домене, авторизация выполняется на контроллере домена. Bell 103 — американский стандарт взаимодействия между модемами со скоростью 300 бит/с. Bell 212 — американский стандарт взаимодействия между модемами со скоростью 1200 бит/с. biers — блоковые ошибки. Ошибки в блоках данных и протоколе. Если имеет место большое количество блоковых ошибок, то проблемы в работе приемника вашего модема связаны с телефонной линией.
608
Приложения Blocks Resent — повторная передача блоков. Количество блоков, повторно переданных удаленным модемом из-за наличия ошибок предыдущей категории, то есть, блоковых ошибок. boot loader — определяет информацию, необходимую для запуска системы; например, расположение файлов операционной системы. Windows 2000 автоматически исправляет конфигурацию и проверяет информацию при каждой загрузке системы. boot partition — раздел диска, отформатированный в рамках файловых систем NTFS, FAT или FAT32 и содержащий файлы операционной системы Windows 2000. built-in groups — группы, входящие в Windows 2000 Professional и Windows 2000 Server по умолчанию. Обладают определенным набором привилегий и прав. chat — это термин, используемый для описания интерактивных конференций. Например, комнаты для разговоров IRC. «WebChat», Microsoft Internet Chat Server и Aol представляют собой примеры мест ведения подобных «разговоров», client — компьютер, осуществляющий доступ к предоставленным в совместное использование ресурсам другого компьютера (называемого сервером). container — объект каталога Active Directory, который может содержать в себе другие объекты. Data Compression — сжатие данных. Показывает тип сжатия данных, установленный для данного соединения (V42BIS или MNP5) или его отсутствие (NONE). Ответ при V42BIS включает размер словаря и максимальную длину используемой строки, например, 2048/32. Data Source Name — имя, позволяющее осуществлять подключение к источнику данных ODBC, например к базе данных сервера SQL. DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) — промышленный стандарт для автоматического назначения компьютерам адресов IP. digital signature — цифровая последовательность, связанная с документом, и используемая для подтверждения истинности передаваемой информации. Создается с использованием личного ключа отправителя. Для проверки подлинности применяется открытый ключ отправителя. directory services Active Directory — сервис, интегрированный с Windows 2000 Server и обеспечивающий иерархический вид сети, наращиваемость и расширяемость, а также функции распределенной безопасности. Содержит информацию обо всех объектах системы и их свойствах, а также о взаимосвязях между объектами. disk defragmentation — процесс объединения небольших фрагментов файлов, записанных в разных местах диска в результате фрагментации. disk fragmentation — процесс разделения файла на небольшие отрезки, разбросанные по всему пространству дискового раздела. Возникает во время работы с дисками, имеющими небольшое свободное пространство. Снижает производительность работы с диском. disk quoting — ограничение дискового пространства, выделенного пользователю, Выполняется относительно каждого пользователя и каждого дискового тома. distributed Tile system — сетевое расширение, позволяющее представлять совместно используемые ресурсы сети в виде единого дерева с общим корнем. Доступ 609
Приложения к ресурсам выполняется без уточнения того, какому конкретному серверу в сети эти ресурсы принадлежат. Обладает возможностью балансировки нагрузки и предоставления альтернативных ресурсов в случае сбоев. domain tree — состоит из нескольких доменов, использующих одну и ту же схему и конфигурацию, и образующих единое пространство имен. Домены в дереве связаны между собой доверительными отношениями. Служба каталогов Active Directory состоит из одного или нескольких доменных деревьев. download — передача программ или данных с удаленного сервера Internet на клиентский компьютер. Enabled/Disabled — включено/выключено; показывает разрешено или нет модему понижать скорость передачи после установления модемами соединения. Encrypting File System (EPS) — расширение файловой системы, позволяющее прозрачно для пользователя шифровать и расшифровывать данные, хранимые на диске. При этом используется закрытый ключ пользователя. Equalization Long/Short — длинное/короткое выравнивание. Состояние бита 0 регистра S15; длинное при 515.0=0, короткое при 515.0=1. Короткое выравнивание применяется только на протоколе HST. fallback — снижение скорости передачи. FAT 32 — модифицированная версия FAT, позволяющая создавать разделы объемом более 2 Гб. Дает возможность использовать кластеры меньшего размера, что приводит к более эффективной эксплуатации дискового пространства. Впервые появилась в Windows 95 OSR2. File Allocation Table — получила свое наименование в соответствии с методом организации данных — таблицы распределения файлов. Первоначально была ориентирована на небольшие диски и простые структуры каталога. Через несколько лет после создания усовершенствована для обеспечения работы с разделами дисков до 2-х гигабайт. File Transfer Protocol — промышленный стандарт для передачи файлов между компьютерами. forest — набор несмежных деревьев, которые не образуют единое пространство имен. В то же время деревья используют одну и ту же схему, конфигурацию и глобальный каталог Active Directory. Деревья в лесу связаны между собой доверительными отношениями Kerberos. Деревья в лесу образуют иерархию доверительных отношений. Для обращения к лесу используется имя дерева в корне доверяющего дерева. Global Catalog — каталог, где содержатся копии всех объектов Active Directory, но с сокращенным числом атрибутов. Хранятся атрибуты, наиболее часто используемые при поиске (например, имя пользователя, имя входа в систему и достаточные для обнаружения полной реплики объекта. Graphics Interchange Format — формат графических данных. Это стандартный формат для файлов изображений на WWW. Формат файлов GIF довольно популярен, поскольку он использует метод упаковки, позволяющий уменьшить размеры файлов. group — объект службы каталогов Active Directory, включающий в себя учетные записи, называемые членами группы. Правами и привилегиями, предоставленными группе, обладают и ее члены, что удобно для предоставления общих свойств целому ряду учетных записей пользователей.
610
Приложения Hypertext Transfer Protocol — базовый протокол для соединения клиентов и серверов WWW. Integrated Services Digital Network — подключение к Internet, созданное поставшиком услуг Internet. Линия удаленного доступа ISDN может работать с быстродействием до 128000 бит/с. Internet — глобальная сеть компьютеров, связывающихся с помощью базового протокола, например TCP/IP. Internet Information Services — совокупность служб для создания комплексного узла Internet на компьютере, работающем под управлением операционной системы Windows 2000. Internet Protocol — часть протокола TCP/IP, отвечающая за доставку сообщений от одного узла Internet к другому узлу. Internet Relay Chat — специальный сервер в сети Internet, обеспечивающий возможность проведения интерактивной конференции реальном времени, Internet Service Provider — поставщики удаленных подключений к Internet, предоставляющие услуги конечным пользователям. ISDN — название для большой группы стандартов, описывающих телефонную сеть нового поколения — Цифровую Сеть с Интегрированными Услугами (Integrated Service Digital Network), призванную постепенно заменить широко распространенную во всем мире PSTN — коммутируемую телефонную сеть общего назначения (Public Switchable Telephone Network). Самым простым для подключения абонента является канал 2B+D, который использует ту же медную витую пару, с помощью которой подключаются к станции существующие в настоящее время обыкновенные телефонные аппараты. 2B+D означает два канала В по 64 Кбит/с в дуплексе плюс один канал D 16 Кбит/с в дуплексе. Каждый из В каналов способен обеспечивать одно речевое соединение, поэтому самое распространенное применение находят телефонные ISDN адаптеры, позволяющие к одной линии подключать два телефона для независимой работы. Естественно, наиболее интересно использование ISDN для цифровой связи. Joint Photographic Experts Group — популярный метод, используемый для упаковки фотографических изображений. Многие средства просмотра Web принимают формат изображений JPEG в качестве стандартного формата файлов для просмотра. К.21 — стандарт ITU-T, описывающий требования по устойчивости модемов к перенапряжениям в линии. key — 1. одно из поддеревьев в реестре Windows 2000. Каждый ключ может содержать значимые величины и подключи; 2. цифровая комбинация, используемая для шифрования и дешифрации данных. LAP-M — протокол коррекции ошибок, более эффективный, чем MNP2-4. Поддерживается в большинстве современных модемов. Line Reversals — реверсирование линии. Количество переключений низко/высокоскоростного каналов модема на протоколе HST. Link Naks — отсутствие подтверждения. Отсутствие подтверждения приема одного или нескольких блоков. Link Timeouts — тайм-ауты связи. Проблемы определения протокола; кратковременные перерывы в связи, после которых модем возможно может восстановить соединение. Не имеет отношения к тайм-ауту за счет ретрансмиссии. 611
Приложения log — файл, хранящий регистрационные записи. Этот файл может иметь текстовый формат или формат базы данных. Microsoft Management Console (MMC) — про грамм а-контейнер для загруз* ки слепков. Позволяет путем комбинации слепков создавать специализированные инструменты ММС для решения определенных административных задач в системе. Может использоваться для управления как локальным, так и удаленным компьютером MNP2, 1VINP3, MNP4 — протоколы коррекции ошибок фирмы Microcom (MNP — Microcom Networking Protocol), обеспечивающие коррекцию и восстановления информации при обмене между модемами. Стали фактическим стандартом и поддерживаются практически во всех современных модемах. MNP5 — протокол сжатия информации фирмы Microcom. Обеспечивает сжатие потока данных «на лету», уменьшая объем передаваемой информации, а значит и увеличивая среднюю скорость передачи. Средний коэффициент сжатия (при передаче текстов) — около двух. Степень сжатия, как и для любого метода компрессии, зависит от природы передаваемой информации. Например, при передаче архивированных файлов компрессия абсолютно не эффективна, а при передаче черно-белых штриховых изображений может быть значительно больше, чем среднее значение. modem (MOdulator-DEModulator) — интерфейс конечного пользователя компьютера, позволяющий выполнять передачу цифровых данных с помощью аналоговых систем, например, телефонных линий. Moving Pictures Expert Group — стандартный способ упаковки полнометражных видеозаписей. Network News Transfer Protocol — протокол для передачи новостей в Internet. NTFS — улучшенная файловая система Windows NT и Windows 2000. Поддерживает средства восстановления файловой системы и использование больших носителей данных, а также различные функции подсистемы POSIX. Также поддерживает объектно-ориентированные приложения, обрабатывая все файлы как объекты с определяемыми пользователем и системой атрибутами. octets — октеты. Сжатые блоки данных. Если количество октетов превышает количество посланных символов, то возможно модем использует MNP5компрессию на уже сжатом файле, что вызывает увеличение объема данных. Organizational Unit — контейнерный объект внутри домена. Может содержать в себе другие объекты, объединенные в древовидную структуру. Point to Point Protocol — протокол для подключения к Internet с удаленным доступом, например, по протоколу TCP/IP, обеспечивающий немного более высокую скорость, чем протокол SLIP. Remote Access Service — служба, позволяющая удаленным пользователям, работающим в операционных системах Microsoft Windows и Windows NT и Windows 2000, подключаться к сети. routing table — таблица, в которой перечислены пути к подсетям, сетевые интерфейсы, через которые эти пути проходят, а также их метрики, SABME Timeout (Set Asynchronous Balance Mode Extended) — тайм-аут установления баланса расширенного асинхронного режима. Неуспешное завершение данной фазы установления соединения на V.42.
612
Приложения SDC — фирменный протокол сжатия информации и коррекции ошибок компании Motorola, реализованный в модемах серии 326х. Работает в синхронном режиме, в отличие от протоколов MNP и V.42/V.42bis, работающих только при асинхронном режиме передачи информации, Как и V.42bis, сжимает информацию в среднем в четыре раза и применим при использовании протоколов, подобных HDLC, то есть, разбивающих поток информации на отдельные, достаточно длинные элементарные единицы (кадры). SDC может эффективно использоваться для повышения качества и скорости передачи трафика Х.25, Frame Relay, SDLC, PPP, SDC не работает при передаче оцифрованного голоса и другого нерегулярного трафика, например, подобного порождаемому TDM-мультиплексорами. Secure Sockets Layer — протокол, обеспечивающий защиту передаваемых данных с помощью шифров. Simple Mail Transfer Protocol — протокол для обмена почтой в сети Internet. site — адрес размещения сервера в Internet. snap-in — программный компонент, минимальная единица расширения консоли ММС. Один слепок соответствует единице возможностей управления. Transmission Control Protocol/Internet Protocol — сетевой протокол, позволяющий компьютерам осуществлять соединения по внутренним сетям или через Internet. Каждый компьютер в Internet использует TCP/ IP. tree — иерархическая структура, состоящая из объектов. Узловые точки дерева (места, из которых выходят ветви) являются контейнерами. Внешний вид дерева показывает взаимосвязи между объектами. unable to retrain — невозможность переустановить параметры связи. После нескольких неудачных попыток переустановить параметры связи из-за помех в телефонной линии модемы более не в состоянии передавать или принимать данные. Uniform Resource Locator — система обозначений для однозначной идентификации компьютера, каталога или файла в Internet. Адрес URL содержит также подходящий протокол Internet, например Gopher, HTTP. Usenet — группы новостей Internet. Одна из старейших форм «коллективной электронной почты». В настоящее время существует около 10 000 различных групп новостей. User account — содержит всю информацию о пользователе Windows. Включает в себя необходимые для регистрации; имя пользователя и пароль; группы, в которые входит данная учетная запись; права и привилегии пользователя при работе в системе и доступе к ресурсам. V.21 — протокол взаимодействия между модемами, принятый в качестве стандарта ITU-T (международный комитет по телекоммуникациям, бывш. CCITT). V.21, обеспечивает скорость 300 бит/с. V.22 — принятый ITU-T протокол взаимодействия между модемами со скоростью 1200 бит/с. V.22bis — международный стандарт, принятый ITU-T для взаимодействия модемов со скоростью 2400 бит/с. V.23 — стандарт ITU-T, описывающий полудуплексный режим работы модемов (поочередные прием и передача) со скоростью 1200 бит/с. Предусмотрено наличие «обратного канала» (передача во время приема и прием во время передачи) со скоростью 75 бит/с.
613
Приложения V.ZSbis — протокол управления модемом, альтернативный командам AT и используемый в синхронном и асинхронном режимах работы. Поддерживается в оборудовании IBM, некоторых маршрутизаторах, серверах доступа. V.32 — международный стандарт, принятый ITU-T для взаимодействия модемов со скоростями 9600 и 4800 бит/с. V.32bis — международный стандарт, принятый 1TU-T для взаимодействия модемов со скоростями 14400, 9600 и 7200 бит/с. V.34 — международный стандарт, принятый ITU-T для взаимодействия модемов со скоростями 28800, 26400, 24000, 21600, 19200, 16800, 14400, 9600, 7200, 4800 и 2400 бит/с. Последние дополнения (иногда называются V.34plus или V.34bis) описывают также работу со скоростью 33600 бит/с. V.42 — стандарт ITU-T, описывающий коррекцию ошибок и восстановление данных при обмене между модемами. Включает также процедуру согласования используемого метода коррекции. В качестве стандартного метода используется LAP-M, предусмотрена также поддержка MNP2-4. V.42bis — протокол сжатия информации, принятый ITU-T в качестве стандарта. Обеспечивает более эффективное сжатие, чем MNPS — в среднем до четырех раз. Поддерживается практически во всех современных модемах. Естественно, к V.42bis относятся те же замечания о степени компрессии, что и к MNP5. V.8 — стандарт ITU-T, описывающий процедуру согласования параметров при установке соединения между модемами. Позволяет сократить число необходимых настроек модема. При использовании V.8 модем сразу после набора номера начинает подавать характерные тональные посылки с достаточно высоким тоном. Windows Internet Name Service — протокол для преобразования имен компьютеров в адреса IP в сетях Windows NT. World Wide Web — система Internet, предназначенная для гипертекстового связывания мультимедиа документов со всего мира и устанавливающая легкодоступные и независимые от физического размещения документов универсальные информационные связи между этими документами.
614
Список использованных материалов
Список использованных материалов Компьютер приучает к собственной логике Алена Приказчикова,
[email protected]. (http://www.computery.ru) Уход за компьютером Журнал «Полный ПК» (http://www.osp.ru) Надежный своевременный upgrade ПК Дмитрий Кожуро,
[email protected] (http://www.kv.minsk.by) Ограничения BIOS, IDE и ОС на объем винчестеров Роман Севко Настраиваем развертку Макс Курмаз Разгон Duron: рекомендации Макс Курмаз Измеряем FPS Макс Курмаз Преимущества RAID Макс Курма-j Логическая организация жесткого диска Макс Курмаз Все о встроенном звуке Макс Курмаз Смарт-карты и компьютер Макс Курмаз Свежий воздух для Hardware Hardware, №14, 1998 год Выбор современной материнской платы Дмитрий Кожуро,
[email protected] (http://www.kv.minsk.by) 3D-акселераторы http://www.3dnews.ru Перезапись и восстановление Flash BIOS материнской платы Дмитрий Кожуро,
[email protected] (http://www.kv.minsk.by) Эффективное шумоподавление Дмитрий Кожуро,
[email protected] (http://www.kv.minsk.by)
615
Список использованных материалов Каждый производитель должен знать Дмитрий Кожуро,
[email protected] (http://www.kv.minsk.by) Разгон PS/2 Дмитрий Кожуро.
[email protected] (http://www.kv.minsk.by) Какой вам нужен монитор? Дмитрий Кожуро.
[email protected] (http://www.kv.minsk.by) Проблема бракованных винчестеров Fujitsu: как добиться справедливости Алена Кухарева.
[email protected] Процесс загрузки компьютера — от включения питания до запуска ОС Евгений Крейдич Обзор процессоров семейства Intel Celeron Илья Гавриченков (
[email protected]) Обзор процессора Intel Celeron 800 Дмитрий Майоров (
[email protected]) Факты и предположения о Merced Алексей Пылкин (
[email protected] Процессоры семейства Р6 Александр Полувялов (
[email protected]) Разгон процессоров Игорь Воробьев Разгон AMD Athlon Алексей Агапов (
[email protected]) Разгон процессоров Coppermine Pentium III и Celeron Кирилл Асташов (
[email protected], http://badblock.narod.ru) How to Get All 66 MHz Slot 1 CPUs Running 100 MHz Thomas Pabst (
[email protected]) Как заставить Pentium II работать на частоте системной шины 100MHz Алексей Снегирев (
[email protected]) Разгон процессора на материнских платах без нестандартных частот 75Мгц и 83МГц Serge Ilushenko Новейший кулер Cooler Master CH5-5K11 Виталий Криницин (
[email protected])
616
Список использованных материалов Часто задаваемые вопросы по процессорам Евгений Музыченко Технологии ACPI и OnNow Алексей Шашков Кое что о блоках питания Вячеслав Овсянников Обзор системных плат Илья Гавриченков (
[email protected]) Дмитрий Майоров (
[email protected]) Алексей Федорчук (
[email protected], http://linuxsaga.newmail.ru) Memory Buyer's Guide Dean R. Kent (www.reaiworidtech.com) Алексей Лагуненко (
[email protected]) Андрей Поляков (
[email protected]) DRAM: трудности, которые мы выбираем Максим Л е н ь (
[email protected]) Вопрос памяти Джош Уолрат (Josh Walrath) Андрей Поляков (
[email protected]) http://www.diginat.com/paul Полные настройки BIOS Stanislav Vasiliev Разгон, настройка и оптимизация видеоподсистемы Станислав Васильев Обзор видеокарт Андрей Воробьев (
[email protected]) Недорогой планшетный сканер Дмитрий Кожуро,
[email protected] (http://www.kv.minsk.by). Настоящий 3D Sound Дмитрий Кожуро,
[email protected] (http://www.kv.minsk.by). Микрофонный предусилитель Михаил Чернецкий Винчестеры Н.Н. Безруков Жесткие диски И.Вязаничев Resurrecting an AT's Hard Disk E.Liebing
617
Список использованных материалов Testing for Hard Drive Problems E.Liebing Drive Partition W.Rosch Making Tracks J.WoIfskill Как работает накопитель на жестком диске И.Вязаничев, С.Логутова The Hard Drive S. Sagman Disk Crash Rescues J. Hohzman TV-тюнер — не роскошь, а средство для развлечения Дмитрий Кожуро,
[email protected] (http://www.kv.minsk.by) Подключение без инсталляции Дмитрий Кожуро,
[email protected] (http://www.kv.minsk.by) Три поколения в третьем измерении Дмитрий Кожуро,
[email protected] (http://www.kv.minsk.by) Теория и практика разгона http://www.cpu.by.ru. Чемоданов Константин Подключаем джойстик Дмитрий Кожуро,
[email protected] (http://www.kv.minsk.by) Освещение рабочего места Дмитрий Кожуро.
[email protected] (http://www.kv.minsk.by) «Хитрые» настройки BIOS Макс Курмаз Кое-что о драйверах Макс Курмаз RivaTuner: разгон видеокарт NVIDIA Макс Курмаз AGP: полное руководство Макс Курмаз Собираем компьютер своими руками Андрей Никулин, http://www.computery.ru/upgrade
618
Список использованных материалов Тариф локальный Дмитрий Лаптев,
[email protected] Partition Magic http://www.computery.ru/upgrade Сетевые технологии для пользователей Сергей Самохин Методы масштабирования производительности рабочих групп Максим Сергиевский Беспроводной доступ к ЛВС: новая степень сотрудников в офисе Андрей Чесноков Вопросы и ответы Евгений Музыченко Советы по сканированию Сергей Казанцев Устройство и принцип работы видеоадаптера Тарас Шевченко Физическое устройство жесткого диска Тарас Шевченко Что у диска внутри Daniel Smelov Зачем разбивать диски Дмитрий Турецкий Железо или софт? Сергей Костенсж Принтеры изнутри: обзор технологий струйной печати Дмитрий Лаптев,
[email protected], 07.08.2002 Цветопередача Виктор Никитюк,
[email protected] Струйная магия с разоблачениями Виктор Никитюк
619
Содержание
Содержание Введение в Upgrade-компьютеризацию
3
Часть первая. Модернизация системной платы, памяти и процессора Глава 1: Flash BIOS Глава 2: Процессор персонального компьютера
5 8
Глава 3: Как ускорить работу процессора Глава 4: Upgrade оперативной памяти
18 29
Глава 5: Теория разгона
41
Часть вторая. Модернизация видеосистемы Глава 1: Устройство и принцип работы видеоадаптера Глава 2: Upgrade частоты обновления
46 48
Глава 3:AGP Глава 4: Измеряем производительность видеосистемы
52 56
Часть третья. Модернизация мультимедийных компонентов Глава 1: Встроенный звук Глава 2: Основы звуковых адаптеров
60 63
Глава 3: Методы озвучивания Глава 4: Трехмерный звук
65 66
Глава 5: TV-тюнер
67
Часть четвертая. Модернизация носителей информации Глава 1: Жесткий диск
69
Глава 2: Подготовка к Upgrade Глава 3: Upgrade! Глава 4: RAID
70 71 81
Глава 5: Логическая организация жесткого диска Глава 6: Как операционная система работает с жестким диском
84 88
Глава?: Partition Magic
90
Часть пятая. Модернизация коммуникационного оборудования Глава 1: Основные характеристики модемов
620
96
Содержание Глава 2: Локальная сеть и Internet
103
Часть шестая. Модернизация периферии Глава 1: Монитор
107
Глава 2: Мышь
112
Глава 3: Джойстик
ИЗ
Глава 4: Смарт-карты
118
Глава 5: Сканеры
120
Глава 6: Плоттеры
129
Глава 7: Принтеры изнутри: обзор технологий струйной печати
130
Глава 8: Цветопередача
136
Глава 9: Струйная технология печати: за и против
НО
Часть седьмая. Выбираем компоненты Глава 1: Выбираем материнскую плату
..147
Глава 2: Выбираем модем
150
Глава 3: Выбираем CD-привод
153
Глава 4: Выбираем перезаписываемый CD-привод
157
Глава 5: Выбираем звуковую карту
159
Глава 6: Выбираем джойстик
159
Глава?: Выбираем портативный компьютер
162
Часть восьмая. Собираем все вместе и запускаем компьютер Глава 1: Перед сборкой
166
Глава 2: Наводим порядок
190
Глава 3: Подавляем шум
191
Глава 4: Настраиваем BIOS
195
Глава 5: Запускаем компьютер
203
Глава 6: Собираем компьютер по частям
209
Глава 7: Устанавливаем драйвера устройств
214
Глава 8: Игнорируем идентификацию
219
Часть девятая. Использование компьютера Глава 1: Уход за компьютером
221
Глава 2: Освещение рабочего места
224
Глава 3: Монитор: вредно или нет?
227
Глава 4: Охлаждение компонентов
231
Глава 5: Блок питания
236
Глава 6: Если Plug & Play работает не так как надо
243
Глава 7: Обслуживание жесткого диска
244
621
Содержание Глава 8: Ремонт персонального компьютера Глава 9: Как восстановить информацию на жестком диске
248 263
Глава 10: Использование цифровых камер
267
Часть десятая. Модернизация локальных сетей Глава 1: Эталонная модель OS I Глава 2: Основы маршрутизации Глава 3: Основы объединения сетей с помощью мостов
272 276 283
Глава 4: Основы управления сетями Глава 5: Прозрачное объединение сетей с помощью мостов Глава 6: Объединение сетей с помощью мостов «Источник-Маршрут»
285 289 292
Глава 7: Объединение смешанных носителей с помощью мостов
293
Глава 8: Тенденция вытеснения концентраторов и маршрутизаторов коммутаторами ....297 Глава 9: Технологии коммутации кадров (frame switching) в локальных сетях 299 Глава 10: Локальные мосты — предшественники коммутаторов 302 Глава 11: Принципы коммутации сегментов и узлов локальных сетей, использующих 1радиционные технологии Глава 12: Полнодуплексные (full-duplex) протоколы локальных сетей
307 309
Глава 13: ATM-коммутация Глава 14: Особенности коммутаторов локальных сетей Глава 15: Характеристики производительности коммутаторов
313 316 319
Глава 16: Дополнительные возможности коммутаторов Глава 17: Управление коммутируемыми сетями Глава 18: Типовые схемы применения коммутаторов в локальных сетях
327 338 340
Глава 19: Стянутая в точку магистраль на коммутаторе Глава 20: Распределенная магистраль на коммутаторах
342 342
Глава 21: Локальная сеть из двух компьютеров Глава 22: Модернизация и поиск неисправностей Глава 23: Методы масштабирования производительности рабочих групп
343 349 351
Глава 24: Примеры модернизации сети
358
Глава 25: Сеть с технологией Х.25 Глава 26: Технологии антивирусной защиты сети Глава 27: Беспроводной доступ к ЛВС
359 360 366
Вопросы и ответы Системные платы Компьютерная память: чипы Видеосистема Мультимедиа
369 398 426 438
Носители информации Коммуникации
506 526
Лазерные принтеры и сканеры
555
622
Содержание
Приложения Основные параметры BIOS Глоссарий терминов по оперативной памяти ПК Словарь компьютерных терминов для начинающих пользователей Словарь терминов по компьютерным сетям
561 587 603 608
Список использованных материалов
615
623
Научно-популярное издание Леонтьев Борис Константинович
Энциклопедия Upgrade 2004
Главный редактор: Выпускающий редактор: Верстка:
Леонтьев Б.К. Бенеташвили А.Г. Царик И.В.
Подписано в печать 09.02.2004. Формат 70x100/16 Гарнитура «Ньютон». Бумага офсетная, Печать офсетная. Печ. л. 39. Заказ410 ЗАО «Новый издательский дом» 123022, г. Москва, ул. 2-я Звенигородская, д.13. стр. 3 http://www.nph.ru Отпечатано в ОАО «Типография «Новости» 105005, г. Москва, ул. Фридриха Энгельса, д. 46.
