ЦИФРОВОЙ ЗАПОМИНАЮЩИЙ ОСЦИЛЛОГРАФ
ЦЗО_01 НА БАЗЕ ПЭВМ ТИПА
IBM PC
1.
ВВЕДЕНИЕ
Компьютеры в наше время становятся не только вычислительными средствами, они превращаются в универсальные виртуальные измерительные приборы. Устройства на основе персонального компьютера (ПК) – заменят стандартные измерительные приборы: вольтметры, самописцы, осциллографы, магнитографы, спектроанализаторы и другие на систему виртуальных приборов. Такая система будет состоять из компьютера, наличие которого сегодня необходимое условие высококачественных и быстрых измерений, и одной-двух плат сбора данных (ПСД), причем программная часть виртуального прибора может эмулировать переднюю управляющую панель стационарного измерительного устройства. Сама панель, сформированная на экране дисплея, становится панелью управления виртуального прибора. В отличие от реальной панели управления стационарного прибора такая виртуальная панель может быть многократно реконфигурирована в процессе работы. Пользователь виртуального прибора активизирует объект графической панели с помощью «мыши», клавиатуры или прикладной программы.
2. НАЗНАЧЕНИЕ РС. ОПИСАНИЕ НАБОРА РЕШАЕМЫХ ЗАДАЧ.
Назначение: Цифровой запоминающий осциллограф на базе ультрабыстрой платы сбора данных (ПСД) ЛА-н10 и ПК типа IBM PC представляет собой новое направление развития измерительного оборудования. Предназначен для мониторинга (наблюдения), измерения временных и амплитудных параметров, регистрации как случайных (однократных), так и периодических сигналов. Сочетание измерительного устройства и ПК открывает новые возможности, недостижимые автономным устройствам в обработке, сохранении, предоставлении и передаче данных.
3. КРАТКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЗО_01
3.1. Регистрация сигнала.
Параметры входа:
3.1.1. Два однополосных канала.
3.1.2 Входной импеданс: 1МОм & 17пФ.
3.1.3 Диапазоны измеряемых напряжений:
±5В; ±2,5В; ±1В; ±0,5В –модификация ЛА-н10М4
±1В; ±0,5В; ±0,2В; ±0,1В - модификация ЛА-н10М5
3.1.4 Чувствительность - ±1мВ
3.1.5 Защита по входу - ± 12мВ
3.1.6 Открытый или закрытый вход (АС или DC)
3.1.7 Частотный диапазон:
для одиночных сигналов – 50МГц;
для периодических сигналов (-3дБ) – 100МГц;
3.1.8 Частота дискретизации внутренняя от кварцевого генератора:
в одноканальном режиме для первого канала:
(100; 50; 25; … 0,006) МГц
в двухканальном режиме:
(50; 25; 12,5; … 0,003) МГц
Диапазон частот дискретизации задаваемый внешним
источником: 0 – 100 МГц
3.2. Одновременный просмотр всего массива данных на экране
3.3. Установка регулируемых параметров прибора:
- смещение пост. составляющей;
- фронт и уровень синхронизации.
3.4. Синхронизация.
Источник:
по одному из аналоговых каналов;
от внешнего ТТЛ совместимого сигнала;
положительный или отрицательный фронт;
частотный диапазон 100 МГц., Rвх= 1 МОм.
3.5. Сохранение сигнала в памяти:
в одноканальном режиме для первого канала:
64К отсчетов – модификация Б;
256К – модификация А;
в двухканальном режиме:
32К на канал или 128К, соответственно.
3.6. Запись предыстории.
Объем программируется.
3.7. Возможность задания разных частот дискретизации для истории и предыстории.
3.8. Быстрое обновление информации –
20мс, что позваляет использовать данный прибор в качестве обычного осциллографа.
3.9. Система измерительных маркеров.
3.10. Расширение до 16 каналов.
3.11. Программное обеспечение под Windows 3.1; 3.11; 95.
3.12.В комплект поставки входит:
ПСД ЛА – н10, ПО под WIN, ТО и ИЭ два щупа ЛА – HP9100
(1:1; 1:10; земля)
Ниже привожу основные характеристики некоторых ЦЗО
Таблица 3.1.
Сравнительная таблица наиболее распространенных ЦЗО
| Наименование прибора |
С1 – 137 |
С9 - 28 |
DS – 303P |
ЦЗО_01 |
ЦЗО_02 |
| Полоса пропускания сигнала |
0 – 25МГц |
0 – 100 МГц |
0 – 30 МГц |
0 – 100 МГц |
0 – 200 МГц |
| Количество каналов |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
| Частота дискретизации |
1 МГц |
20 МГц |
20 МГц |
100 МГц |
400 МГц |
| Разрядность АЦП |
8 |
8 |
8 |
8 |
8 |
| Объем памяти |
4 Кбайт |
2 Кбайт |
4 Кбайт |
64 Кбайт (расширяемая до 256 Кбайт) |
512 Кбайт |
4. ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА
4.1. Требования к программному обеспечению
Значительный скачек в технологии вычислительных средств позволяет в настоящее время осуществлять построение программных комплексов измерения и анализа временных параметров сигналов на базе ПЭВМ. Для решения задач измерения и анализа параметров и структуры сигнала можно использовать стандартный персональный компьютер, оснащенный дополнительными периферийными приемо – передающими устройствами.
Для работы такого комплекса необходимо программное обеспечение, позволяющее как обрабатывать сигналы, так и управлять оборудованием в режиме реального времени. Известные к настоящему времени программы такого типа (System View и т.д.) рассчитаны на работу с определенным типом аппаратного обеспечения, и для их корректного выполнения необходима работа устаревших однозначных операционных систем. Такие программы, как правило, узкоспециализированы, ограничены лишь приемом сигналов и не имеют функций, позволяющих производить анализ и обработку его параметров.
Известные программы другого типа ( Pspice и др.) , предназначенные для всестороннего анализа радиотехнических систем и сигналов, не позволяют работать с аппаратным обеспечением и не обеспечивают анализ в режиме реального времени. Добиться приемлимой скорости работы не удается, даже применив наиболее мощные процессоры Pentium II с тактовой частотой 450МГц. Важным недостатком является и то, что в них либо отсутствует, либо весьма примитивно представлена обработка в частотной области.
Таким образом, актуальной задачей является разработка программного обеспечения с максимальным быстродействием выполнения основных математических операций, обеспечением пользователя необходимым набором инструментов, позволяющим производить анализ и обработку сигналов как в частотной, так и во временной области. При этом необходимо обеспечить также совместную работу программного обеспечения и дополнительных аппаратных устройств ( АЦП, ЦАП блоков спецпроцессорной обработки сигналов ), а также скомпоновать модули программы в один пакет, обладающий максимальным удобством для пользователя.
Как известно, получить максимально быстрый машинный код можно, лишь используя язык программирования, допускающий непосредственное управление процессором. С учетом этого при разработке программного обеспечения необходимо ориентироваться на определенные семейства процессоров, например, семейства Pentium фирмы Intel, поскольку они наиболее распространены и в настоящее время вполне доступны.
Современные многозадачные ОС, такие, как Windows’95 и Windows NT, предоставляют пользователям удобный и простой интерфейс. В то же время разработка программ описываемого типа для таких систем весьма затруднительна. Необходимо максимально использовать функции ядра системы Windows, а также способы создания многопоточных программ, применение различных режимов синхронизации. В результате недостатки многозадачности, создающие определенные сложности при работе программ в режиме реального времени, могут быть обращены в достоинства. В программе возможно оптимальное построение потоков обработки данных, что обеспечивает высокое быстродействие даже при работе на одном компьютере нескольких прикладных программ.
При написании программного обеспечения необходимо использовать рекомендации фирмы Intel, на основании которых проводится оптимизация машинного кода. При этом все функции обработки данных пишутся на языке низкого уровня Ассемблер. Перечислим несколько принципов оптимизации.
Определенное размещение команд, а именно, правильное чередование команд обработки чисел с плавающей точкой и команд обработки целочисленных значений заставляют процессор оптимально использовать внутренний кэш и конвейерные потоки. За счет этого в ряде функций получен коэффициент «команды/такты» меньше единицы.
В программе активно используется математический сопроцессор, обрабатывающий числа с плавающей десятичной точкой. Как известно, он имеет стек, состоящий из 8 регистров. Оптимальное чередование математических команд-инструкций позволяет наиболее выгодно использовать этот стек. Обращение к регистрам стека происходит на внутренней частоте процессора, которая, как правило, превышает частоту шины компьютера, обеспечивающую работу с оперативной памятью.
Многие функции требуют циклической обработки данных. Грамотное планирование использования целочисленных регистров процессора, размещение в них наиболее часто используемых переменных также приводит к значительному повышению скорости вычислений.
Если программа определяет, что процессор оборудован технологией ММХ, то она активно использует все преимущества этой технологии.
При разработке использованы и другие способы оптимизации машинного кода. В качестве примера приведем следующие полученные результаты. Функции прямого и обратного преобразований Фурье выполняются на процессоре Pentium с частотой 166 МГц за 0,5 мс, что вдвое быстрее, чем библиотечные функции, распространяемые по сети Internet, в том числе и фирмой Intel. Работа функций, выполняющих циклическое суммирование или перемножение, осуществляется более чем в два раза быстрее, чем самые скоростные аналоги, выполненные по рекомендациям фирмы Intel.[4]
4.2. Описание работы программного комплекса
Рассмотрим подробнее работу всего комплекса. Он построен по модульному типу. Основу составляет персональный компьютер, который обеспечивает управление всеми устройствами, измерение основных параметров сигналов, их анализ и обработку. Связь программного обеспечения с приемопередающей аппаратурой осуществлена через специальные устройства аналого-цифрового и цифро-аналового преобразования, выполненные в виде плат, размещаемых в слотах материнской платы компьютера. (ЛА – н10М*)
Программный комплекс выполнен в виде стандартного многооконного интерфейса Windows’95. Для обеспечения
максимального быстродействия используется непосредственный вызов функций ядра операционой системы. Поддержка специальных устройств осуществляется через драйверы Windows. Разработанный алгоритм формирования в памяти компьютера машинного кода, выполняющего обработку сигналов в модуле анализатора систем, позволяет добиться максимального быстродействия. При этом удалось добиться устойчивой работы анализатора систем в режиме реального времени на относительно дешевом процессоре Pentium с тактовой частотой 133 МГц.
Программное обеспечение поставляется в двух версиях:
Win_95-32-1.
Коплект программного обеспечения, состоящего из 32 разрядной динамической библиотеки (DLL) , обеспечивающей интерфейс и полностью реализующий функционал устройства и виртуального драйвера, обеспечивающий эффективное взаимодействие с ПЭВМ (прерывания и канал ПДП) под управлением Windows’95. Для плат с частотой дискретизации АЦП до 1МГц.
Win_95-32-2.
Для плат с частотой дискретизации АЦП более 1МГц.
4.3. Требования предъявляемые ПО к аппаратному обеспечению.
Из вышеизложенного материала видно, что при выборе комплектующих необходимо учитывать следующие требования:
наличие операционной системы Windows’95 и занимаемый ею объем дискового пространства.
Объем поставляемого ПО и требования изготовителя.
Использование процессора с тактовой частотой, обеспечивающей устойчивую работу в режиме реального времени.
Емкость и быстродействие оперативной памяти
Возможность обновления библиотек и получение технической поддержки с помощью сети Internet.
Учитывая эти критерии, определим минимальные и рекомендуемые требования к аппаратному обеспечению. Результаты преведены в табл. 4.3.1.
Таблица 4.3.1.
| Требования |
Минимальные |
Рекомендуемые |
| Материнская плата 1
|
256 К |
512 К |
| Процессор 2
(МГц)
|
133 |
166 ММХ |
| ОЗУ (Мбайт)
|
8 |
16 |
| Емкость HDD (ГБайт)
|
1,3 |
1,7 |
| CD-ROM |
8 –X |
32-X |
| VIDEO |
1 M |
2 M |
| МОНИТОР 3
|
14’’ |
15” |
| INTERNET |
модем |
HUB |
| SOUND CARD 4
|
Любая SB 16. |
|
| АС 5
|
Любые активные . |
|
| Клавиатура, мышь |
Стандартные |
|
1. Так как, х-ки “железа” будут рассмотрены позже, ограничимся размером “кэша”.
2. процессор Pentium фирмы Intel ( рекомендации разработчика программного комплекса ). Возможность использования прцессоров других производителей, рассмотрим ниже.
3. SVGA
4. Используется для звукового контроля НЧ диапазона, высокие качественные показатели не требуются.
5. Наличие их необязательно, поскольку ПК может работать и без них
( поставляются по желанию заказчика )
5. ВЫБОР КОМПЛЕКТУЮЩИХ ДЛЯ РС.
5.1. Системная плата
Материнская плата является основной составной частью РС. Это не только «сердце компьютера», но и самостоятельный элемент, который управляет внутренними связями и взаимодействует через прерывания с другими внешними устройствами. В этом отношении материнская плата является элементом внутри РС, влияющим на общую производительность компьютера. Материнскую плату (Motherboard) также называют главной (Mainboard) или системной платой.
Сразу оговорим условие, что при выборе системной платы, будем рассматривать только два типоразмера: Baby-AT и ATX.
Первый тип появился в 1982 г. И хотя в настоящее время корпорация Intel сняла с производства эти платы, они широко представлены на нашем рынке, поскольку могут быть установлены практически в любой корпус.
Системные платы АТХ были представлены корпорацией Intel весной 1996 г. спецификация АТХ для системных плат предусматривает:
- При их изготовлении широко используется интеграция на материнской плате стандартных периферийных устройств: контроллеров дисководов и винчестеров , параллельных и последовательных портов, а также ( по мере необходимости ) видео и звуковых адаптеров, модемов и интерфейсов локальных сетей.
- Наличие встроенной двойной панели разъемов ввода/вывода размером 15,9*4,4 см, находящейся на тыльной стороне платы.
- Наличие одноключевого разъема источника питания.
- Изменеие местоположения CPU и модулей памяти на материнской плате. Теперь они не мешают картам расширения, их легко заменить; CPU и модули памяти располагаются около вентилятора блока питания.
- Перемещение разъемов контроллеров ввода/вывода, интегрированных в материнской плате, ближе к накопителям. Это означает, что длину внутренних кабелей данных можно уменьшить.
Итак, для сравнения возьмем две системные платы: первая выпущена TOMATOBOARD
5SVA на чипсете VIA Appollo VPX. Она имеет следующие характеристики:
- Установку процессоров Intel Pentium до 233 МГц, включая ММХ.
- Chipset VIA VPX, состоящий из 82C585 VPX PCI/memory controller, 82C587 data bus accelerator, 82C586A PCA ISA IDE accelerator.
- Кэш – 256/512 Кбайт
- Flash BIOS производитель AWARD
- Четыре 72-pin SIMM. Максимальный объем памяти 128 МВ
- Один разъем DIMM для SDRAM. Увеличение до 256 МВ
- Три слота 16-бит ISA и три 32-бит PCI
- Два интегрированных UltraDMA-33 EIDE, имеют два разъема для подключения IDE устройств ( Hard Disk, CD-ROM …)
- Встроенный Prime 3C I/O чипсет обслуживает один контроллер дисковода, два последовательных и один параллельный порт.
- Форм-фактор – АТ
Вторая системная плата- от фирмы Tekram, ранее более известной у нас своими контроллерами, имеет форм-фактор АТХ. Это системная плата P5T30-A4. Она имеет:
- BIOS-AWARD
- Кэш-512 Кбайт
- Конструктив – Socket 7
Плата выполнена на чипсете Intel 430TX. Имеет 4 PCI и 3 ISA слота. Под оперативную память предусмотрено два разъема DIMM и 4 SIMM. Максимальный объем устанавливаемой памяти – 256 Мбайт. Порты – 2 последовательных и 1 параллельный, 2 порта USB. Поддерживаемые частоты – 50,55,60,66,75 МГц. Диапазон установки множителей – 1,5-3,5 (шаг 0,5). Диапазон регулируемых установок напряжения на ядре процессора 2,0-3,2 В (шаг –0,1). Отметим, что фирма Intel выпустила чипсет – Triton 430TX в начале 1997 г., специально для CPU Pentium MMX.
При сравнении этих системных плат, оценке их качественных показателей, хочется отметить, что они одного ценового уровня( около 80 долларов). Имеют один конструктив Socket/Super 7, что определялось типом процессора. Однако, говоря о главных отличительных чертах, следует сказать, что при использовании процессора Pentium с технологией MMX, предпочтение следует отдать чипсету Intel 430TX, так как это существенно увеличит производительность РС. Между тем, при использовании процессора фирмы АМD или Cyrix, предпочтение отдают чипсету VIA, да и тактовую частоту выше 66 МГц поддерживают официально только они (хотя чипсет Intel и способен работать с частотами 75 и 83 МГц для процессоров Cyrix, однако официально его частота ограничена 66 МГц). Кроме того, плата на чипсете 430 ТХ сохранит преимущество в скорости только в том случае, если объем установленной на плате памяти не будет превышать 64 Мбайт. Дело в том, что больший объем ОЗУ чипсетом i430ТХ не кэшируется и возникает резкое снижение производительности, а для микросхем VIA эта проблема отсутствует.[5]
Все это необходимо учитывать при выборе системной платы.
5.2. Выбор микропроцессора
На настоящий момент на нашем рынке широко представлены детища таких известных фирм, как Intel, AMD (Advanced Micro Devices), Cyrix. Здоровая конкуренция (а может быть и нездоровая) между ними, привела к бешенной гонке за «майкой лидера». Если эта тенденция развития процессоров сохранится, то проблема создания искусственного интелекта будет решена в ближайшее время. Итак – чтоже выбрать?
Вернемся к требованиям программного комплекса. Как было сказано выше, процессора с тактовой частотой 133 МГц вполне достаточно, чтобы обеспечить устойчивую работу ПК. Из числа продаваемых у нас и удовлетворяющих этому условию, выберем Pentium 133 фирмы Intel и K5-PR133 AMD.
Первый, является CPU Pentium второго поколения и использует для работы умножение тактовой частоты 66*2. Высокая производительность этого процессора достигается усовершенствованием старых и применением новых технологий:
- По сравнению с CPU 80486 в CPU Pentium получила дальнейшее развитие конвейеризация вычислений. Во-первых, увеличено до пяти количество ступеней конвейера; во-вторых, этот процессор имеет уже два конвейера, поэтому он называется суперскалярным. Таким образом могут обрабатываться параллельно две команды.
- Новым средством CPU Pentium является предсказание переходов. Для этого имеется специальный буфер адреса перехода (Branch Target Buffer,BTB), который хранит данные о последних 256 переходах.
- В CPU интегрировано 16 Кб кэш-памяти, разделенных на 8 Кб кэш-памяти команд и 8 Кб кэш-памяти данных. Благодаря подобному разделению исключается наложение команд и данных.
- Процессор Pentium оборудован сопроцессором, дающим 3-, 4-кратный выигрыш по скорости выполнеия операций по сравнению с сопроцессором CPU 486.
- Адресная шина Pentium 32-битная, в то время как шина данных является 64-битной.
Второй процессор выпущен фирмой AMD в 1996 г. При его изготовлении, была применена более усовершенствованная технология. Конструктивно этот CPU выполнен в 256-штырьковом корпусе типа SPGA и устанавливается в гнездо Super 7. Однако перед установкой подобного процессора необходимо посмотреть документацию на системную плату и убедится, что она поддерживает AMD K5.
Основные отличия AMD K5 и Pentium приведены в таблице 5.2.1.
Таблица 5.2.1.
Основные характеристики процессоров AMD K5 и Pentium
| Элементы архитектуры
|
AMD K5
|
Pentium
|
| Суперскалярная архитектура (количество ступеней) |
5 |
5 |
| Количество конвейеров |
4 |
2 |
| Кэш-память первого уровня (команды+данные),Кб |
16+8 |
8+8 |
| Исполнение по предложению |
+ |
- |
| Динамическое предсказание переходов |
+ |
- |
| 80-разрядный FPU |
+ |
+ |
Если же рассматривать процессоры, изготовленные по технологии ММХ, то нужно отметить следующее. Технология ММХ ориентирована на решение задач мультимедиа, требующих интенсивных вычислений над целыми числами. Подобные задачи решают игровые, коммуникационные, обучающие и др. программы, которые используют графику, звуки, трехмерное изображение и т.п. Не будем углубляться в сущность технологии. Отметим лишь то, что она использует методику, которая называется одиночной командой со множественными данными (Single Instruction Multiple Data, SIMD) и ориентированна на алгоритмы и типы данных, которые характерны для программного обеспечения мультимедиа. Наряду с поддержкой новых команд, в CPU Pentium MMX внесено много схемотехнических и архитектурных изменений, повышающих его производительность:
- Вдвое увеличен размер кэш-памяти первого уровня – 16 Кб для данных и 16 Кб для команд
- Увеличена на один шаг длина конвейера, которая стала составлять 6 ступеней
- Блок предсказаний переходов заимствован у CPU Pentium Pro
- Вдвое увеличено количество буферов записи данных (4 вместо 2)
- Имеется возможность исполнения двух команд ММХ одновременно
- Улучшен механизм параллельной работы конвейеров
- Процессор имеет встроенный тест (Self Test)
Если говорить о конкурирующих компаниях, то они также выпустили ММХ-версии своих процессоров. Это Cyrix 6*86 MX и AMD K6. Архитектура CPU 6*68 MX основана на тактовой частоте процессора 6*68, однако имеет ряд значительных улучшений. Процессор 6*68 МХ оборудовн кэш-памятью первого уровня емкостью 64 Кб. Он выполнен по суперскалярной схеме. Поскольку цены на этот тип процессора примерно одинаковы (по прайсу фирмы «компьютерный мир» около 70 долларов), то решающим фактором будет тип чипсета. Для Pentiuma 166MMX оптимально использование i430TX, а для AMD K6 – VPX.
5.3. Выбор оперативной памяти
Элементы памяти составляют основу внутреннего функционирования любой вычислительной системы, так как с их помощью данные хранятся и могут быть вновь прочитаны при дальнейшей обработке. Чтобы CPU мог выполнять программы, они должны быть загружены в оперативную рабочую память ( под рабочей памятью мы понимаем память, доступную для программ пользователя). CPU имеет непосредственный доступ к данным, находящимся в оперативной памяти (Random Access Memory, RAM – память с произвольным доступом), с другой же – «периферийной», или внешней , памятью ( гибкими и жесткими дисками ) процессор работает через буфер, являющийся разновидностью оперативной памяти, недоступной пользователю. Только после того, как программное обеспечение будет считано в RAM с внешнего носителя данных, возможна дальнейшая работа системы в целом.
Оперативная память, или как еще называют ее техническую реализацию – оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, RAM), представляет собой самую быструю запоминающую среду компьютера. Принципиально имеет значение то, что информация может быть как записана в нее, так и считана.
Оперативная память имеет свои достоинства и недостатки:
- Благодаря малому времени доступа к памяти скорость обработки данных существенно возрастает. Если бы информация считывалась ( соответственно записывалась ) только с внешних носителей, то пользователь проводил бы в ожидании завершения выполнения той или иной операции много времени.
- Недостатком оперативной памяти является то, что она является временной памятью. При отключении питаня оперативная память полностью «очищается», и все данные, не записанные на внешний носитель, будут навсегда потеряны.
Оперативная память принадлежит к категории динамической памяти, т.е. ее содержимое во время эксплуатации должно «освежаться» через определенные интервалы времени. Не будем углубляться в принципы работы оперативной памяти. Отметим лишь, что время доступа к блоку RAM определяется в первую очередь временем чтения ( разряда конденсатора ) и регенерации (заряд конденсатора). Оно измеряется в наносекундах. Его величина будет сказ
Исходя из того, что в системных платах описаных выше применяются модули SIMM и DIMM, ограничимся их сравнением. В современных материнских платах с процессором 80486 и Pentium используются SIMM – модули, так как по своей организации и конструкции они являются наиболее эффективным средством обеспечения RAM для программных продуктов, требующих для своей работы все большие и большие объемы памяти. Кроме того, они достаточно надежны и занимают мало места. Когда речь идет о SIMM – модуле, имеют ввиду плату, которая по своим размерам примерно соответствует SIP –модулю. Но в отличие от SIP – модуля выводы для SIMM-модуля заменены так называемыми контактами типа PAD (вилка). Эти контакты выполнены печатным способом и находятся на одном краю платы. Благодаря такой конструкции SIMM-модулей существенно повышается надежность электрического контакта в разъеме и механическая прочность модуля в целом, тем более что все контакты изготовлены из высококачественного материала и позолочены. SIMM-модули являются стандартом в современных вычислительных системах. Они оборудованы микросхемами памяти общей емкостью 8, 16, 32Мб и более. В ЗС с CPU 80386 и ранних моделях с CPU 80486 использовались 30-контактные SIMM-модули памяти ( DRAM ) и число слотов на материнской плате колебалось от 4 до 8. В настоящее время найти в продаже подобные модули весьма не просто. В более поздних моделях РС с CPU 80486 и Pentium стали использоваться 72-контактные SIMM-модули памяти (FPM DRAM). 30- и 72- контактные SIMM имеют ширину шины 8 и 32 бит соответственно.
При изготовлении SIMM-модулей применяются следующие технологии:
- FPM DRAM
(Fast Page Mode)- реализуют страничный режим. Это очень старая схема оптимизации работы памяти и наиболее медленная из реально применяемых. Но и самая дешевая.
- EDO RAM
(Extended Data Output) – разновидность асинхронной DRAM с расширенным вводом данных. Память типа EDO рекламировалась как значительно более быстрая по сравнению с FPM, однако реально это преимущество не так очевидно из-за применения на материнской плате быстродействующего кэша второго уровня.
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 168-контактные DIMM (ширина шины 64 бит). При изготовлении этих мдулей применяют технологию SDRAM.
- SDRAM
(Sychronous DRAM) – это более новая технология микросхем динамической памяти. Основное отличие данного типа памяти заключается в том , что все операции в микросхемах памяти синхронизированы с тактовой частотой CPU, т.е. память и CPU работают синхронно. SDRAM позволяет сократить время, затрачиваемое на выполнение команд и передачу данных, за счет исключения циклов ожидания. Применение SDRAM дает выигрыш в производительности по сравнению с EDO со временем доступа 60ns, однако вовсе не шестикратный, как можно подумать, глядя на маркировку. В частности, при частоте системной шины 66 МГц на чипсете 430ТХ (VX не оптимально использует SDRAM) память EDO 60ns позволяет организовать последовательный доступ по схеме 5-2-2-2, а SDRAM с маркировкой 10ns – по схеме 5-1-1-1, что дает выигрыш порядка 30%. (в действительности выигрыш заметно меньше, поскольку доступ к памяти далеко не всегда последовательный, и намного большее значение имеет кэш) Однако при увеличении частоты системной шины вплоть до 100МГц SDRAM 10ns будет по прежнему в состоянии поддерживать схему 5-1-1-1, а EDO 60ns будет либо неработоспособно вообще, либо будет работать по значительно худшей схеме. Характеристики перечисленных типов памяти приведены в таблице 5.3.1.
Таблица 5.3.1.
Основные параметры рассмотренных типов памяти
| Параметры |
Типы памяти |
||
| FPM
|
EDO
|
SDRAM
|
|
| Время доступа (ns) |
50,60,70 |
50,60,70 |
50,60,70 |
| Время цикла (ns) |
30,35,40 |
20,25,30 |
10,12,15 |
| Мах. Скорость (МГц) |
33,28,25 |
50,40,33 |
100,80,66 |
Проанализировав эту информацию, не трудно сделать правильный выбор необходимых нам модулей памяти. Установим на плату с чипсетом 430ТХ модуль DIMM 16Mb SDRAM, а для чипсета VPX – SIMM 16Mb EDO. Стоимость их одинакова.
5.4. Выбор HDD.
Для нормальной работы РС наличие только оперативной памяти недостаточно. Необходимо присутствие HDD (Hard Disk Drive) или винчестер, также называемый накопителем на жестких дисках. HDD является энергонезависимым носителем информации, т.е. при отключении питания РС все данные, сохраненные на нем, сохраняются. Объемы информации, которые можно схранять на HDD, определяются его емкостью. Эта величина у некоторых моделей, например Quantum Bigfoot TS достигла 19.2Гб. Физические размеры винчестеров стандартизированы параметром, называемом форм-фактор, и имеет величину 2,5”, 3,5” или 5,25”. Соответственно, эти стандарты будут накладывать ограничения на емкость винчестера. Поскольку невозможно бесконечно увеличивать число и размеры жестких дисков, то фирмы-производители по пути усовершенствования технологий производства и увеличения плотности записи.
Емкость винчестера является не единственной его характеристикой. Не менее важным считается его быстродействие. Оно определяется средним временем доступа и скоростью передачи данных.
- Среднее время доступа
(Average Seek Time) к различным объектам на диске определяет фактическую производительность. Время, необходимое HDD для поиска любой информации на диске, измеряется в миллисекундах. У современных моделей эта величина не превышает 10мс. Важнейшим показателем, характерезующим механизм перемещения головок, является время позиционирования головки на дорожке (Track to Track Seek). Оно также измеряется в миллисекундах. Максимальное время доступа (Maximum Seek Time) измеряется как интервал времени, который необходим гребенке с головками, чтобы однократно переместиться по всей поверхности диска (с первой дорожки на последнюю).
- Скорость передачи данных
предлагается в качестве второго параметра для оценки производительности винчестера. Время доступа характерезует только скорость позиционирования головки, а то, как быстро эта информация считывается, зависит от таких характеристик винчестера, как количество байт в секторе, количество секторов на дорожку и, наконец, от скорости вращения дисков. Зная перечисленные параметры, можно определить максимальную скорость передачи данных (Maximum Data Transfer Rate, MDTR) по следующей формуле:
MDTR=SRT*512*RPM/60(
байт/с)
Где SRT
– количество секторов на дорожке
RPM
– частота вращения дисков, об/мин.
Отмечу, что современные винчестеры имеют свой кэш. Это может существенно влиять на скорость работы HDD, так как он в состоянии хранить данные, прочитанные с упреждением, которые с высокой долей вероятности понадобятся процессору.
Для сравнения выберем два HDD, имеющие форм-фактор 3,5” и работающих в режиме Ultra DMA. Это HDD QUANTUM
Fireball SE 2.1 и FUDSITSU MPB 3032 AT 3.2. Их параметры приведены в таблице 5.4.1.
Таблица 5.4.1.
Основные характеристики HDD
| Параметр |
Тип HDD |
|
| Fireball SE 2.1 |
MPB 3032 AT 3.2 |
|
| Форматируемая емкость (Мб) |
2,111 |
3,24 |
| Интерфейс |
Ultra ATA |
ATA-3 |
| Среднее время доступа (мс) |
9,5 |
До 11 |
| Время перехода на следующую дорожку (мс) |
2 |
2,5 |
| Внутренняя скорость передачи данных (Мб/с) |
До 158 |
До 132 |
| Скорость пересылки данных из буфера (Мб/с) Ultra DMA PIO Mode 4 DMA Mode 2 |
33,3 16,6 16,6 |
33,3 16,7 16,7 |
| Скорость вращения шпинделя (об/мин) |
5,400 |
5,400 |
| Емкость кэш-памяти (Кб) |
128 |
256 |
| Число дисков |
2 |
2 |
| Число цилиндров |
4,092 |
6,704 |
| Число головок |
16 |
15 |
| Число секторов |
63 |
63 |
К сожалению точная стоимость этих моделей мне не известна. Можно лишь предположить, что первая модель будет дешевле второй, так как быстродействие их фактически одинаково и цена будет определятся емкостью винчестера. Поэтому, отдадим предпочтение фирме QUANTUM.
5.5. Выбор внешних носителей информации.
Наличие внешних устройств хранения данных в нашей РС –очевидно. Полученная и обработанная информация, должна где-то хранится. И было бы крайне не разумно использовать для этого драгоценное место на жестком диске ( со временем его почему-то становится катастрофически мало ).
На данный момент основными являются три технологии хранения данных: магнитная (дисководы, стримеры, Jaz- Zip-drive), оптическая (CD-ROM, DVD-ROM) и магнитооптическая.
5.5.1.магнитная технология
Старейшими из этих устройств являются дисководы (Floppy Disk Drive, FDD). В качестве носителя информации в них применяются дискеты диаметрами 3,5” и 5,25”. Последние можно встретить крайне редко. Отсутствие популярности у данного типа дискет можно объяснить тем, что при больших размерах и малой механической надежности, она имеет емкость всего 1,2 Мб против 1,44Мб своей младшей сестры (хотя по современным меркам эта величина вызывает улыбку). Тем не менее, машины «стандартной» комплектации предусматривают их установку. К тому же большинство производителей комплектующих, поставляют свое ПО на дискетах. Будем считать наличие FDD 3,5” 1,44Мб – необходимым требованием. Следует также отметить, что дальнейшее развитие магнитной технологии хранения информации, использующей трехдюймовые дискеты, привело к появлению межфирменного стандарта LS-120. Это повысило емкость диска до 100-130Мбайт, практически не меняя при этом его внутреннее устройство. Скорость обмена данными с диском достигла пикового значения – 500Кбайт/с и выше.
Другим представителем данного типа устройств является стример. В качестве носителя информации используется магнитная лента. Стримеры, в основном, используется для архивации и резервного копироавния больших объемов данных. Недостатком является малая скорость передачи информации. Это ограничивает область их применения. При использовании различных методов сжатия данных, емкость может достигать значений от 40Мб до 4Гб.
Jaz и Zip- используют традиционную технологию магнитных носителей, но имеют более совершенную систему позицирования головок чтение/записи и надежную механику привода. В приводе Jaz в качестве носителя используется жесткая дисковая пластина, а в Zip – гибкий диск. Привод Jaz планировался как мобильная альтернатива обычного жесткого диска (по скорости доступа и передачи данных даже превосходит некоторые модели), а Zip – как накопитель на гибких дисках эпохи мультимедиа. Емкость носителя Jaz имеет величины 540Мб и 1070Мб, а Zip – 100Мб.
Отметим, что так же существуют сменные жесткие диски таких фирм, как SyDOS и Syquest емкостью до 270Мб. Разумеется, они используют специальный привод.
5.5.2.оптическая технология
Самым распространенным представителем этого семейства является CD-ROM. Его характерезуют следующие показатели:
- По сравнению с винчестером он надежнее в транспортировке (хотя некоторые производители дают гарантию исправности своего HDD даже после падения с высоты пятиэтажного дома, думаю нет желающих это проверить).
- CD-ROM имеет большую емкость, порядка 700Мб
- CD-ROM практически не изнашивается
- Основным недостатком является то, что он предназначен только для считывания
Минимальная скорость передачи данных у CD-ROM составляет 150Кбайт/с и возрастает в зависимости от модели привода, т.е. 24-х скоростной CD-ROM ,будет иметь 24*150 = 3,6Мб/с. Поскольку, на «лазере» можно найти любое ПО, причем по доступной цене, считаю его присутствие в нашей РС просто необходимым.
Дальнейшее развитие в области оптической записи привело к появлению стандарта DVD. Компакт-диск этого формата имеет такие же размеры (4,75”), но имеет гараздо большую емкость. Это достигается применением нового полупроводникового лазера, использующего для работы меньшую длинну волны (650-635 нм), у обычного CD-ROM она равна 780нм. Сегодня разработаны четыре технологии этого стандарта. Их характеристики преведены в таблице 5.5.1.
Таблица 5.5.1.
| Параметры |
DVD-5 |
DVD-9 |
DVD-10 |
DVD-18 |
| Объем (Гб) |
4,7 |
8,54 |
9,4 |
17,08 |
| Расположение информации |
Одностороннее одноуровневое |
Одностороннее двухуровневое |
Двухстороннее одноуровневое |
Двухстороннее двухуровневое |
Единственным недостатком (существенным) этой технологии является ее высокая стоимость. Хотя полагаю, что это со временем пройдет.
5.5.3.магнитооптика
Это, так называемые магнитооптические дисководы. МО-привод представляет собой накопитель информации, в основу которого положен магнитный носитель с оптическим (лазерным) управлением. Существуют следующие форматы магнитооптических дисков:
- Односторонние 3,5”
- Двусторонние 5,25”
- 2.5” диски MD Data, разработанные фирмой Sony
- 12” диски фирмы Maxell
Сегодня в продаже встречаются MOD 5,25”емкостью 4,6 Гб. Главное их преимущество, это возможность перезаписи информации. Тем не менее, эти устройства имеют слишком высокую цену.
5.6. ВИДЕО СИСТЕМА
Известно, что монитор является устройством для визуального отображения информации. Сигналы, которые получает монитор (числа, символы, графическую информацию и сигналы синхронизации), формируются видеокартой. Рассмотрим их отдельно.
5.6.1. видеокарта
поскольку требования ПО к данному виду комплектующих не очень высоки, то ограничимся (из ценовых соображений) выбором одной карты и ее описанием. Нашим требованиям вполне удовлетворяет 16-ти баксовая PCI S3-Trio 64V2 DX 1Mb (up to 2Mb). Эта карта оборудована памятью типа DRAM 64bit, что позволяет не плохо работать с 2D и 3D графикой(замечу, что большее нам и не требуется). Имеет встроенный 24bit RAMDAC на 170МГц. И при объеме в 2Мб способна на 1024*768/64к и 1280*1024/256.
5.6.2. монитор
На сегодня основными являются три типа мониторов. Это мониторы на базе ЭЛТ, LCD- мониторы и LEP- мониторы (считают, что именно за этой технологией будущее). Первые наиболее распространены и подходят нам по качественным и ценовым показателям, поэтому дальше мы будем рассматривать только их. Второй тип – жидкокристаллические панели. Применяются в основном в портативных моделях. Имеют низкое энергопотребление и безопасны в плане электромагнитных излучений. Но высокая цена ограничивает их распространение. Третий тип – появился в результате исследований в области сверхпроводящих пластмасс. Выход новой технологии в свет произошел 16 февраля 1998г.: именно тогда Epson и CDT представили первый в мире пластиковый телевизор. Скорей всего именно эта технология в дальнейшем вытеснит ЭЛТ и ЖК-дисплеи.
Реально оценивая требования ПО и наши финансовые возможности, выберем для сравнения следующие мониторы. Это SyncMaster 400b фирмы SAMSUNG и 500b той же фирмы. Технические характеристики привожу в таблице 5.6.2.1. Выбор других мониторов (с меньшим зерном, например, SONY 0.25 100GST DIG, или увеличение диагонали) в данном случае неоправдан, исходя из требований программного обеспечения. Хотя не исключаю возможность приобретения мониторов другой серии LG Studioworks, имеющие встроенные АС, с целью экономии рабочего места. Учитывая, что они примерно одного уровня. Оставим этот вариант, как запасной.
Таблица 5.6.2.1.
| параметры |
400b |
500b |
| Размер трубки |
14” |
15” |
| Видимый размер экрана |
13.2” |
13.8” |
| Величина зерна |
0.28 |
0.28 |
| Отклоняющая система |
900
|
900
|
| Покрытие |
Антибликовое,антистатическое |
|
| Разрешение max. |
1024*768/60Гц |
1280*1024/60Гц |
| Полоса пропускания |
65МГц |
110МГц |
| управление |
цифровое |
|
5.7. АУДИО СИСТЕМА
Исходя из выполняемых нашей РС задач, присутствие данной системы необходимо только для звукового контроля. Следовательно она не требует высоких качественных показателей. Для ее реализации необходима звуковая карта и АС. И хотя сегодня в мире звука идет активный переход на шину PCI, мы выберем старый провереный временем и делом Creative SB16 VIBRA всего за 28 баксов (хотя не отказались бы и от SB Live Value 3D PCI, но цена !!!) Что касается колонок, то здесь можно вообще обойтись простыми динамиками, но из эстетических соображений выберем Sound Speaker TYPHON 25W 25W+25W (PMPO), 3W+3W (RMS), регуляторы: volume, bass за 11.74 276.00
5.8.
INTERNET
Хотя наличие этой возможности и не является требованием ПО, я считаю, что для более рационального использования нашей РС , выход в Internet необходим. Поэтому рассмотрим некоторые варианты подключения к сети. Первый и самый доступный – через модем. В продаже их огромное количество, но я рассмотрю только два на которые нашел тех.характеристики.
Модель IDC 2814 BXL+ . Фирма производитель INPRO Development Corporation. Разработан и изготовлен на элементной базе AT&T специально для эксплуатации в странах СНГ. Он работает в условиях высокой зашумленности телефонных каналов телефонных станций с импульсным набором номера. Это единственный модем, который поддерживает все типы телефонных станций ( в том числе «Квант»). На все модемы распространяется пожизненная поддержка и бесплатная установка новых версий программ. Он имеет следующие свойства:
- асинхронный (старт/стоп) и синхронный (IDC 2414 BXL+) режим работы;100% обнаружение сигналов «свободно/занято»
- плавная широкодиапазонная регулировка уровня мощности передатчика в диапазоне 0…-20дБм с шагом 1дБм и чувствительности приемника в диапазоне 0…-43дБ
- АОН
- Уникальный алгоритм выбора скорости передачи в зависимости от качества канала связи
- Поддержка быстрого ретрейна
Другая модель – Zoltrix 56 000 FAX. С учетом того, что наш «АРТЕЛЕКОМ» медленно, но уверенно продолжает внедрение цифровых каналов связи, использование данного модема «на всю катушку» становится реально. Он поддерживает высокоскоростной протокол V.90 56000 бит/с. при использовании стандартных линий и несжатой передаче данных используется протокол V.34 со скоростью до 33000бит/с. есть возможность отправки и приема факсимильных сообщений на скорости 14 400бит/с, аппаратная коррекция ошибок V.42 MNP4,MNP10. Возможно использование видеофонов.
Дальше следует отметить, что при наличие на предприятии локальной сети, рациональней будет подключение через HAB( если длина линии подключения не превышает 100м). Это обеспечит более качественный доступ к сетевым ресурсам.
5.9. КЛАВИАТУРА, МЫШЬ.
Рассматривая эти устройства ввода и манипуляции, следует сказать, что они тоже имеют большое число модификаций. Их различие не играют существенной роли в процессе эксплуатации нашей РС. И их выбор – дело вкуса непосредственно пользователя. Количество клавиш или инфракрасный порт не могут существенно отразится на скорости работы ПО. Поэтому ограничимся использованием стандартной конфигурации.
5.10. КОРПУС
Если использовать медицинские термины типа «процессор-сердце», «оперативная память-мозги» и т.д., то корпус-скелет компьютера. И к выбору этого «дома» для комплектующих нужно отнестись с должным вниманием. Начнем с того,что на данный момент существует два основных стандарта АТ и АТХ. Основные отличия между ними следующие: блоки питания стандарта АТХ вырабатывают напряжение 3,3В(в дополнение к стандартным 5 и 12В), способны «включаться и выключаться» программно, а также имеют охлаждающий вентилятор тянущего типа. Они имеют другой разъем питания материнской платы. Сами корпуса имеют разные задние стенки. Однозначно сказать, какой из этих стандартов лучше, нельзя. Под АТ по прежнему выпускается большое количество материнских плат. Поэтому будем руководствоваться типом выбранных материнских плат.
В результате проведенного анализа наших комплектующих, для приобретения я рекомендую два варианта комплектации. Привожу их перечень в таблице 5.10.1
Таблица 5.10.1.
| Комплектующие |
Вариант 1 АТ |
Вариант 2 АТХ |
| МВ (кэш 512Кб) |
TOMATOBOARD
|
P5T30-A4 на чипсете Intel 430TX |
| Процессор |
AMD K6-PR166MMX |
Pentium 166MMX |
| ОЗУ |
SIMM 16Mb EDO |
DIMM 16Mb SDRAM |
| HDD |
1.7Gb UDMA |
Fireball SE 2.1 |
| CD-ROM |
36x ACER 636A UDMA |
|
| Модем |
Zoltrix 56 000 FAX |
|
| SOUND |
Creative SB VIBRA 16 |
|
| АС |
TYPHON 25W |
|
| Видеокарта |
2Mb PCI S3-Trio 64V2DX |
|
| Монитор SAMSUNG |
14” 400B Digital |
15” 500b |
| клавиатура |
104 кл. MITSUMI |
|
| мышь |
MITSUMI 2 but |
|
| FDD |
1,44 Mitsumi (3.5”) |
|
В заключение хочу отметить, что выбор данной конфигурации не есть единственно правильный. И реально выявить все его достоинства и недостатки, можно лишь в процессе эксплуатации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Колесниченко О.,Крамер М. Аппаратные средства РС 2-е издание, - СПб.: BVH-Санкт-Петербург, 1998.
2. Скотт Мюллер Модернизация и ремонт персональных компьютеров./ Пер. с англ.-М.:ЗАО «Издательство БИНОМ», 1998г.
3. Устройства сбора, обработки и ввода в ПЭВМ аналоговой и цифровой информации: Каталог/Центр АЦП ЗАО «Руднев-Шиляев»- М.,1998г.
4. Лебедев А.Н. Программный комплекс измерения и анализа частотно-временных параметров сигналов//Метрология и измерительная техника в связи.-1998,-№5.-С.32-34.
5. Подводная лодка/№6-12. 1998г.
6. Подводная лодка/№1-3. 1999г.
Работу выполнил студент заочного факультета 2-го курса Потапов В.А.