10.Аналоговые и дискретные сигналы

Информация – одно из неопределяемых понятий. На бытовом уровне это какие-то знания. В материально-энергетической форме эти знания представлены в виде сообщения. Информация поступает к нам в виде сигналов. Если человек воспринимает устную речь, то она поступаем ему в виде звуковых колебаний. В этом случае сигналом является продольная звуковая волна. Она и воспринимается органами чувств. Если человек читает книгу, то информация поступает в виде электромагнитных колебаний. Так или иначе, все эти сигналы имеют непрерывный во времени характер. При использовании ЭВМ для работы с этими сигналами нужно их преобразовывать из непрерывных (аналоговых) в дискретные (цифровые).

Процесс перевода сигнала из аналогового в цифровую называется дискретизацией. Суть процесса состоит в замене непрерывной функции отдельными ее значениями.

Если сигнал передается в виде волны, то его можно задать такой формулой:

где А – амплитуда колебания,

А₀ – начальная амплитуда,

ω – частота,

φ – разность фаз.

Можно изобразить график функции, отображающий зависимость амплитуды от времени.

Для того, чтобы сигнал оцифровать, нужно произвести равномерные замеры этого сигнала. Частота замеров обычно выбирается в соответствии с теоремой Котельникова:

где F_в – высшая частота в спектре частот сигнала.

Таким образом, непрерывную функцию можно заменить конечными значениями. Но для кодирования в двоичной системе счисления необходимо, чтобы значения функции были какими-то вполне определенными разрешенными значениями, то есть шкала значений функции должна быть не непрерывной, а дискретной. Процесс преобразования некоторой величины с непрерывной шкалой значений в дискретную называют квантованием. Для этого весь диапазон значений, называемый шкалой, делится на равные части, называемые квантами с шагом h – шагом квантования.

Дискретизированное значение сигнала, находящееся между двумя уровнями квантования, отождествляется либо с ближайшим уровнем квантования, либо с ближайшим меньшим (или большим уровнем). Это приводит к ошибкам квантования, которые всегда меньше шага квантования, то есть, чем меньше шаг квантования, тем меньше погрешность, но больше уровней квантования. Для ускорения процесса преобразования надо выбирать максимально допустимый шаг квантования, при котором погрешности еще не выходят за допустимые пределы.

На этом рисунке число уровней равно восьми. А это значит, что каждый из уровней можно закодировать одним байтом. Значит, любое значение оцифрованного сигнала получит свой двоичный код.

11.Системная плата

Системная (материнская) плата - основное устройство компьютера, обеспечивающее объединение и взаимодействие всех составных частей компьютера, управление их работой. От конфигурации материнской платы зависит форм-фактор системного блока, а по нему судят о машине в общем (вернее, о ее поколении).

Любая системная (материнская) плата состоит из устройств:

• Набор разъемов и портов;

• Чипсет (базовый набор микросхем);

• Южный и северный мост;

• Системная шина (системная магистраль);

• Микросхема BIOS;

• Интегрированные (встроенные) устройства.

• Набор разъемов и портов для подключения периферийных устройств и плат расширения. Отличие портов от разъемов состоит в том, что порт – компонент для подключения самостоятельных устройств, а разъем – для подключения устройств, являющихся частью одной электронной схемы. Различают разъемы – слоты и контроллеры. Слоты используются для подключения к материнской плате других плат расширения.

PCI – стандарт не только слота, но и системной магистрали. Обычно их 4 или 5, расположены параллельно, белого цвета, разделены перемычкой на 2 неравные части. Скорость передачи данных по шине PCI 133 Мб/с. В качестве недостатка этой шины можно отметить параллельный доступ к ресурсам компьютера. То есть, при подключении нескольких устройств одновременно, эти устройства одновременно запрашивают доступ к памяти и процессору. Конфликтные ситуации предотвращаются с помощью механизма прерываний процессора, но прерывания отрицательно сказываются на эффективности работы.

PCI-Express (PCIE) – сравнительно новый стандарт, которым стали оснащаться все материнские платы. Обычно их 1 или 2, он несколько длиннее слота PCI. Скорость передачи данных 4 Гб, да и доступ последовательный. Каждому устройству выделяется собственный канал передачи данных. В слот PCI-E подключают в основном видеокарту.

AGP – устаревший разъем для видеокарт. Обычно синего цвета. В современных материнских платах его нет.

Слоты для установки оперативной памяти – отличаются тем, что имеют специальные защелки. Располагаются по 2 или 4 параллельно друг другу. Стоит обратить внимание на то, что слоты рассчитаны только под строго определенный тип оперативной памяти.

Контроллеры используются для подключения внутренних устройств хранения информации. В современных компьютерах их всего 2 вида: IDE и SerialATA (SATA).

IDE – предназначен под широкий шлейф (набор соединенным одной оплеткой проводов), имеет 40 штырьков в 2 ряда. В современных материнских платах ему придают незаслуженно малое значение. К одному шлейфу можно подключить 2 устройства, а это либо жесткий диск, либо оптический дисковод. Поскольку жесткие диски с интерфейсом ATA (под шлейф IDE) уже не выпускаются, то и предполагается, что этот контроллер уже не нужен. При покупке материнской платы нужно обращать внимание на наличие этих разъемов (желательно двух), если предполагается, что компьютер будет работать со старыми жесткими дисками.

SATA – новый стандарт интерфейса жестких дисков. К одному контроллеру SATA можно подключить только одно устройство. Шлейф SATA представляет собой один плоский провод (обычно в красной оплетке). В качестве огромного плюса этому контроллеру можно зачесть то, что скорость передачи данных весьма высока (до 150 Мб/с).

• Чипсет с английского переводится как «множество микросхем». Все неплоское, что находится на плате, можно назвать чипсетом. Он него зависит, какой тип процессора и памяти будет поддерживать системная плата, как будет организован обмен данных по системной магистрали. Интересно, что материнские платы различаются не столько производителем, сколько именно чипсетом. Связано это с тем, что разработки различных фирм примерно одинаковы и неудивительно, что разработчики приходят к одному и тому же решению.

• «Мосты» можно назвать частью чипсета. «Мост» - специальный чип-микросхема, которая соединяет между собой устройства и организует их работу. Можно сказать, что работа всей материнской платы заключается в работе именно моста. Выделяют «северный» и «южный» мосты, хотя современные системные шины оборудуются только одним.

«Северный» мост соединяет между собой процессор, оперативную память, отвечает за работу с внутренней шиной.

«Южный» мост управляет всеми подключенными к компьютеру периферийными устройствами, а также внутренними контроллерами.

• Системная магистраль (системная шина) – информационная магистраль между устройствами. Представляет собой множество «дорожек» на материнской плате. Она характеризуется своей частотой. Нужно отметить, что чем выше частота системной шины, тем быстрее работает компьютер, а процессорная частота – это частота работы шины, умноженная на некоторый коэффициент.

• BIOS (Basic Input-Output System – базовая система ввода-вывода) – программа, вшитая в микросхему, управляющая компьютером до загрузки операционной системы. Точнее, это система контроля и управления подключенными к компьютеру устройствами. BIOS связывает аппаратную и программную части компьютера. В ней содержатся программы, необходимые для того, чтобы правильно распознать и управлять основными устройствами компьютера – жестким диском, клавиатурой, оперативной памятью и т.д., ведь они необходимы еще до того, как загрузится операционная система.

• Интегрированные устройства – такие устройства, которые уже содержатся в материнской плате, но имеют аналоги в виде отдельных плат. Например, почти во всех материнских платах имеется уже встроенный звук, во многих материнских платах встроена видеосистема, сетевой контроллер и т.д.