2.6.4. Синтезаторы звука

Простыми встроенными синтезаторами звука снабжаются, как правило, все ПЭВМ, они исполь­зуются для выдачи компьютером звукового сигнала при возникновении какого-либо события. Синте­заторы звука управляются программными средствами. Различными производителями факультативно предлагается в виде ПУ широкий спектр синтезаторов звука — вплоть до синтезаторов речи.

Примитивные синтезаторы являются по сути просто электронными генераторами звука, спо­собными выдавать однотональный сигнал определенной частоты (она обычно лежит в пределах 800 — 1000 Гц).

В более совершенных устройствах имеется возможность программирования частоты выдава­емого звукового сигнала. Например, в IBM-совместимых ПЭВМ используется генератор с час­тотой, изменяемой от 37 до 32767 Гц, что позволяет исполнять на машине музыкальные произведения. Но этот генератор является одноголосным.

Дальнейшее развитие синтезаторов звука привело к появлению многоголосных устройств, имеющих несколько (обычно 3 или 4) независимых каналов программирования тональных сигналов, способных функционировать одновременно. Это позволяет имитировать звучание слож­ных музыкальных инструментов и даже оркестров. Такими возможностями, к примеру, обладают ПЭВМ фирмы Atari.

Для профессиональных музыкантов выпускаются АРМ с расширенными возможностями синтеза и программирования звуковых сигналов. Клавиатура ПЭВМ в этом случае превращается в клавиатуру музыкального инструмента.

Венцом звуковых синтезаторов являются синтезаторы речи. Выводить информацию в речевой форме намного проще, чем вводить. Выпускаются и гибридные устройства, осуществляющие как ввод, так и вывод речи.

2.7. Общие сведения о системе прерываний

Понятие прерывания мы уже ввели в подразделе 1.3.

Первоначально системы прерываний ЭВМ обеспечивали главным образом асинхронную работу процессора и ПУ, чтобы отказаться от непрерывного опроса процессором периферийного оборудования. Однако концепция прерываний оказалась полезной и для вызова системных подпрограмм, так как в этом случае легко изменить или заменить подпрограмму вследствие того, что обращение к ней производится не по адресу, а по номеру прерывания.

В IBM-совместимых ПЭВМ прерывания делятся на следующие категории:

1) внешние аппаратные прерывания, возникающие при событиях вне МП;

2) внутренние аппаратные прерывания, вырабатываемые самим МП;

3) программные прерывания, инициируемые выполняемой программой, как правило, по спе­циальной команде.

Сигналы внешних аппаратных прерываний вырабатываются периферийными и другими уст­ройствами, выставляются на системной шине и перед передачей в МП предварительно обраба­тываются специальным устройством — контроллером прерываний. В качестве примеров ситуаций, вызывающих прерывания данной категории, можно назвать нажатие клавиши на клавиатуре, обнаружение ошибки памяти, сбой питания, сигнал от таймера. Внешние аппаратные прерывания делятся на маскируемые и немаскируемые. Первые могут быть заблокированы, а вторые — нет. Немаскируемые прерывания возникают в случае событий с катастрофическими последствиями.

Примерами событий, приводящих к внутренним аппаратным прерываниям, являются попытка деления на нуль, управление пошаговым режимом работы МП (для отладки программ), достижение контрольной точки, переполнение разрядной сетки.

Программные прерывания задаются программистом в программе путем записи специальной команды и используются для получения сервисных услуг ОС.

IBM-совместимые ПЭВМ поддерживают 256 типов прерываний, Определяемых источником и причиной прерывания. Для их распознавания и разделения во времени каждому типу прерывания присваивается определенный код (от 0 до 255) и приоритет (уровень). Число уровней может варьироваться от 4 до 15. Одновременное поступление в МП сигналов прерываний одного уровня обычно не допускается. Поэтому прерывания от ПУ, которые могут функционировать одновременно, должны иметь различный уровень.

Для обработки прерываний в начальных ячейках ОЗУ располагается таблица векторов пре­рываний размером 254x4=1024 байта. Каждое четырехбайтовое поле этой таблицы называется вектором прерывания и содержит адрес обработчика прерываний в виде номера первого параграфа в сегменте (старшее слово) и относительного адреса (младшее слово). Каждый вектор прерывания однозначно адресуется по сигналу прерывания путем сдвига его кода на два разряда влево, что эквивалентно умножению на 4.

Обработка прерывания состоит в следующем:

1) формируется его код, который поступает в МП;

2) в стеке сохраняется текущее состояние МП (содержимое регистров CS и IP) с целью возможного последующего восстановления;

3) по соответствующему вектору прерывания осуществляется переход на программу обработки прерывания данного типа;

4) выполняется собственно обработка прерывания;

5) восстанавливается исходное состояние МП, вследствие чего либо продолжается выполнение прерванной программы, либо завершается ее выполнение, либо происходит останов МП (в зависимости от типа прерывания).

2.8. Средства объединения ПЭВМ

ПЭВМ могут использоваться в четырех режимах (четырьмя способами):

1) как автономные вычислительные установки;

2) в качестве интеллектуальных терминалов больших и миниЭВМ;

3) в составе сетей ЭВМ;

4) в качестве пассивных терминалов многопользовательских систем.

Наиболее простым и доступным является автономный резким, когда пользователь работает на ПЭВМ независимо от кого-либо и решает свои задачи без использования посторонних (дополнительных) вычислительных ресурсов. В этом случае пользователь «варится в своем собственном соку», а обмен информацией с другими машинами осуществляется только с помощью съемных (сменных) внешних носителей информации. Такой режим использования ПЭВМ отвечает отнюдь не всем приложениям, а только наиболее простым и не являющимся ресурсоемкими.

Второй вариант использования ПЭВМ состоит в подключении последних к большим или миниЭВМ в качестве интеллектуальных терминалов. В этом случае на ПЭВМ возлагается реа­лизация функций взаимодействия с пользователем, первичной обработки вводимых данных и окончательной подготовки результатов решения задач к выдаче пользователю. Центральная же ЭВМ будет выполнять остальные ресурсоемкие задачи, в частности требующие большого объема вычислений или большого объема внешней памяти. Использование ПЭВМ в качестве интеллек­туальных терминалов, в последнее время стало очень популярным, что объясняется тремя факторами:

1) дружественностью интерфейса ПЭВМ с пользователем;

2) возможностью разгрузки центральной ЭВМ от выполнения вспомогательных действий;

3) низкой стоимостью ПЭВМ, сравнимой с ценой обычных терминалов.

К одной центральной ЭВМ, естественно, целесообразно подключить несколько интеллекту­альных терминалов.

Наиболее перспективным для многих приложений является использование ПЭВМ в составе вычислительной сети. При этом несколько ПЭВМ, а возможно, и ЭВМ других классов, соединяются вместе посредством каналов связи и аппаратуры сопряжения с ними для обмена информацией. Объединение ПЭВМ в сеть служит достижению следующих целей:

1) повышению эффективности использования дорогостоящих и уникальных аппаратных, про­граммных и информационных ресурсов (путем их разделения между различными пользователями);

2) обеспечению взаимодействия различных пользователей сети (электронная почта).

Так, например, пользователь сети может получить доступ к любому изданию крупной биб­лиотеки вместо того, чтобы хранить ее на своей ПЭВМ или реально ходить в библиотеку.

Вычислительные сети делятся на глобальные и локальные.

Каналами связи в глобальных сетях служат в основном телефонные линии связи. Так как по телефонным линиям могут передаваться только сигналы с частотой звукового диапазона, необ­ходимо обеспечить преобразование цифровых сигналов (логические уровни 0 и 1) в сигналы звуковой частоты. Преобразование цифровой информации в аналоговую форму производится специальным устройством, называемым модулятором. Обратное преобразование, которое про­изводится при приеме на другом конце линии, т.е. восстановление информации в ее первона­чальной цифровой форме, осуществляется другим устройством, называемым демодулятором.

В качестве примера охарактеризуем наиболее совершенную локальную сеть Ethernet, имеющую шинную топологию. Спецификация этой сети разработана совместно фирмами DEC, Intel и Xerox. В ней обеспечивается скорость передачи данных 10 Мбит/с. В качестве линий связи применен коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Он обычно прокладывается в желобах или фальшпотолках отрезками длиной не более 500 м. Одна сеть Ethernet может содержать любое число таких отрезков, соединенных повторителями, при условии, что между двумя ПЭВМ существует только один соединя­ющий их путь и этот путь содержит не более двух повторителей (не более 1500 м кабеля).

Поскольку при двусторонней связи нужны оба вида преобразования, то для их выполнения используются устройства, сочетающие в себе функции модулятора и демодулятора, для краткости именуемые модемами.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) связывает ряд ЭВМ, в частности ПЭВМ, находящихся в одной локальной зоне, ограниченной, например, одним или несколькими рядом расположенными зданиями, каким-либо радиусом или одной организацией. Существенное отличие ЛВС от гло­бальной сети состоит в том, что при передаче информации не требуется преобразование из цифровой формы ее представления в аналоговую и наоборот, т.е. информация между ПЭВМ передается непосредственно в цифровом виде по кабелям. Длина кабелей может достигать нескольких километров. Линии связи ЛВС обладают гораздо большей пропускной способностью по сравнению с телефонными линиями. ПЭВМ подключаются к сети обычно через адаптер последовательного интерфейса RS232C. ЛВС могут подсоединяться к глобальной сети через машины-шлюзы.

Целесообразность использования ЛВС объясняется тем, что персональный помощник человека, работающего в коллективе, должен входить в «коллектив» помощников. В данном случае нема­ловажное значение имеет электронная почта. Совместное использование ресурсов сохраняет свое значение. Например, одному пользователю слишком дорого обойдется наличие в ПЭВМ НЖМД емкостью 1 Гбайт, высококачественного лазерного принтера и высокоточного графопостроителя. Коллектив же пользователей может и должен позволить себе такую роскошь, обеспечив доступ к этим ресурсам каждого своего члена.

ЛВС на базе ПЭВМ выгодно отличаются от сетей мини- и больших ЭВМ по ряду технико-экономических показателей, таких, как стоимость, простота внедрения и эксплуатации и др. Это объясняется, в первую очередь, тем, что ПЭВМ по своим возможностям начинают превосходить мини- и даже большие ЭВМ, а по стоимости они на один — два порядка дешевле последних.

К числу важнейших характеристик ЛВС относятся:

1) топология сети;

2) количество ПЭВМ, способных работать в сети;

3) максимально допустимое удаление ПЭВМ друг от друга;

4) типы ПЭВМ, входящих в сеть (в зависимости от этого различают однородные и неодно­родные ЛВС);

5) используемое ПО;

6) надежность ЛВС, определяемая ее способностью сохранять работоспособность при выходе из строя отдельных ПЭВМ и линий связи, что во многом зависит от топологии сети и ПО;

7) передающая среда, под которой понимают физическую среду, обеспечивающую передачу информации с помощью электрических или световых сигналов;

8) метод доступа, представляющий собой по сути дела совокупность принципов функцио­нирования ЛВС, выбор которого определяется топологией сети;

9) протокол, являющийся совокупностью правил, регламентирующих формат и процедуры обмена информацией между узлами сети.

Топология определяет структурную организацию связей между узлами ЛВС (ПЭВМ). Различают шинную (магистральную), звездообразную, древовидную, кольцевую и полную (многосвязную) топологию (см. рис. 2.13). Возможны и смешанные (гибридные) варианты. В ЛВС ПЭВМ обычно используется кольцевая или шинная топология.

Другими известными ЛВС ПЭВМ с шинной топологией являются:

— Cluster/One фирмы Nestar Systems (США) — одна из первых ЛВС ПЭВМ;

— Omninet фирмы Corvus Systems — одна из наиболее популярных в настоящее время ЛВС ПЭВМ;

— PC NET фирмы IBM;

— Cheapernet — упрошенный вариант сети Ethernet.

Применяются также следующие ЛВС ПЭВМ со звездообразной топологией:

— PLAN 4000 фирмы Nestar Systems, позволяющая объединять ПЭВМ различных типов и обеспечивающая выход на глобальные сети и большие ЭВМ;

— Star Lan фирмы AT&T Information Systems (США).

Наиболее типичным представителем ЛВС ПЭВМ с кольцевой топологией является сеть Token-Ring Network фирмы IBM.

Каждый узел ЛВС ПЭВМ является рабочей станцией, в качестве которой выступает персо­нальный компьютер. Он должен иметь свою ОС, а также копию сетевой ОС. Каждая из ПЭВМ, объединенных в сеть, способна принимать участие в обработке информации. Обычно наиболее мощная машина в сети играет роль файл-сервера, храня все используемое многими пользователями ПО на жестком диске в единственном экземпляре. Каждый из пользователей может загрузить на выполнение в свою рабочую станцию любой из программных продуктов, записанных на файл-сервере.

Вообще сервером называют узел вычислительной сети, обычно локальной, в котором обес­печивается обслуживание сетевых терминалов (рабочих станций) путем управления распределе­нием дорогостоящего ресурса совместного пользования. Для файл-сервера роль такого ресурса играет внешняя память и хранимая в ней информация.

В отличие от ЛВС многопользовательская система представляет собой единственную (обычно мощную) ПЭВМ и несколько пассивных терминалов, способных только вводить и выводить информацию. Конечно, роль таких терминалов могут играть и ПЭВМ, но тогда их ресурсы будут использоваться неэффективно. Вся обработка в многопользовательской системе осуществляется на единственной машине.

Предпочтение многопользовательской системе можно отдать в тех случаях, когда:

— экономия денежных средств является важным фактором;

— общее число пользователей невелико и в последующем меняться не будет;

• требуется только централизованная обработка данных.