Text
                    

ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Академик РАЕН Лауреат премии Президента РФ в области образования Мария Аксёнова ЗАВЕДУЮЩАЯ РЕДАКЦИЕЙ Анна Голосовская НАУЧНЫЙ РЕДАКТОР ТОМА Юрий Ревич РЕЦЕНЗЕНТЫ Роман Косячков, Сергей Костенок ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР ТОМА Ольга Сахнюк
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ для Q детей (Т/Тоанта^
ICES UNESCO INTERNATIONAL CENTRE OF EDUCATIONAL SYSTEMSlICESi МЕЖДУНАРОДНЫЙ ЦЕНТР ОБУЧАЮЩИХ СИСТЕМ iMUOCl CENTRE INTERNATIONAL DES SYSTEMES D'EDUCATION(CISE) INTERNATIONALES ZENTRUM FUR AUSBILDUNGSSYSTEME (IZAS) МЕЖДУНАРОДНАЯ КАФЕДРА СЕТЬ UNESCO/ICES "ТЕХНИЧЕСКОЕИ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ И ПОДГОТОВКА КАДРОВ^ Тома «Энциклопедии для детей » рекомендованы Международный центрам обучающих систем (МЦОС) и международной кафедрой-сетъю ЮНЕСКО/МЦОС в качестве учебного пособия в системах непрерывного образования для всех (continuing longlife education for all). Тома Энциклопедии для детей» рекомендованы Департаментом образовательных программ и стандартов общего образования Министерства образования Российской Федерации. Энциклопедия д ля детей. [Т. 39]. Компьютер / ред. кол- легия: М. Аксёнова, О. Сахнюк, О. Ларичкина и др. — М.: Мир энциклопедий Аванта+, Астрель, 2011. — 512 с.: ил. ISBN 978-5-98986-202-3 (т. 39) В век всеобщей компьютеризации этот том энциклопедии рассказы- вает о компьютерах. Благодаря чьим усилиям мы сегодня владеем удивительным устройс- твом под названием КОМПЬЮТЕР, без которого современная жизнь уже просто немыслима? Как устроен современный компьютер и как с ним правильно обращаться? Подробные ответы на эти и подобные им воп- росы читатель найдёт на страницах тома. Написанная понятным и простым языком, богато и ярко иллюстри- рованная, эта книга должна стать настольной для каждого подростка, желающего освоить основные приёмы работы на персональном компью- тере. Она научит справляться с возникающими трудностями и настраи- вать компьютер «под себя» таким образом, чтобы он стал незаменимым помощником в обучении и поиске информации, общении с друзьями и развлечениях. Ведь возможности современного компьютера поистине безграничны. Адресована школьникам среднего и старшего возраста, преподавате- лям школ и вузов, а также всем, кому интересна эта тема. ISBN 978-5-98986-202-3 (т. 39) ©ООО «МирэнциклопедийАванта+»
К ЧИТАТЕЛЮ Вы держите в руках том Энциклопе- дии, посвящённый одному из вели- чайших изобретений XX в., изме- нившему не только темп, но и стиль нашей жизни. При помощи этого изобретения мы видим на телеэкра- нах хоббитов и шреков, благодаря ему человек ступил на Луну, на нём держится работа всех современных банков, оно предоставляет нам неве- роятный объём информации. Путь от изобретения компьютера до современных машин человечест- во прошло удивительно быстро. Ещё несколько десятилетий назад это были огромные, занимавшие целые помещения, весившие не одну тонну и потреблявшие сотни киловатт элек- троэнергии аппараты, а сегодня они легко помещаются на ладони. Они позволяют нам, не выходя из дома, любоваться произведе- ниями искусства, находящимися в далеких музеях, наслаждаться музы- кой, исполняемой в другой стране. Компьютер даёт неограниченные возможности для общения, развле- кает, утешает, обогащает... Становится почти членом семьи! В этом, однако, таится и опасность. Даже самая лучшая электронная машина в состоянии взять на себя только ту работу, которая не требу- ет чувства, вдохновения, озарения. Зачастую мы забываем об этом, вос- хищаясь возможностями компьютера. И наши умения, время, идеи кажутся уже не столь ценными. Этот уникаль- ный мозг, эта электронная голова, с молчаливого согласия пользователей, грозит заменить основную — ту, что на наших плечах. Сколько вокруг людей, в жизни которых компьютер занял центральное место, захватил всё время и внимание! Главный редактор «Энциклопедии для детей» Мария Аксёнова. Компьютер не способен пода- рить нам радость живого, глаза в глаза, общения с друзьями, эйфорию первой влюблённости, упоение от прогулки по свежевыпавшему снегу. Сказать человеку «Я тебя люблю», общаясь в «аське» или держа его за руку и глядя в лицо, — нужно ли объ- яснять, что это несопоставимо? Компьютер был создан для того, чтобы человек мог переложить на него рутинную работу и освобо- дить себе время для творчества. Оставайтесь лишь пользователями, т. е. теми, кто использует возможнос- ти электронного мозга, а не теряет себя в них. Не теряйте своей головы и своих чувств! Я предлагаю вам узнать больше о возможностях ком- пьютера и одновременно помнить, что даже самая мощная электронная машина — это всего-навсего инстру- мент, а пользуется им живой и чувст- вующий человек 5
А зачем мне компьютер?' «А ЗАЧЕМ МНЕ КОМПЬЮТЕР?» Сегодня с компьютерами человек сталкивается всюду. Дома это теле- визор, музыкальный центр или видеоприставка, «умная» стиральная машина и микроволновая печь. На улице — светофор, банкомат, касса в универсаме... Все эти и многие другие привычные нам предметы управля- ются специализированными ком- пьютерами. Компьютеры позволя- ют отправлять почтовые переводы, осуществлять прямой эфир с другого конца планеты, предсказывать пого- ду, ориентироваться на морских и земных просторах — в общем, в наши дни весьма сложно найти область человеческой деятельности, где бы не использовался компьютер. Особое место занимают пер- сональные компьютеры (ПК). Их отличие состоит в том, что они уни- версальны: любой ПК несложно «уго- ворить» поработать телевизором, игровой приставкой, телефоном и даже поуправлять дорожным свето- фором. Просто это невыгодно — спе- циализированные компьютеры, каждый на своём месте, справля- ются куда лучше. Но есть виды дея- тельности, в ко- торых в последние десятилетия имен- но ПК стали неза- менимыми. Трудно встретить писателя, журналиста или фотографа, учё- ного или инже- нера, которые не пользовались бы в своей работе ком- пьютером. ПК прочно обосновались на столах менеджеров, правительственных чиновников, политиков, не говоря уже о тех. для кого они создавались в первую оче- редь, — многомиллионной армии секретарей. Ушла в небытие профес- сия машинисток. Забыт вредный и тяжёлый труд типографского набор- щика. Студенты вузов больше не пач- кают пальцы тушью и не мучаются с плакатными перьями, вставленны- ми в деревянные ручки. В общем, перечислять можно долго — каждый добавит в этот список что-то своё. Работа на компьютере переста- ла быть только профессией и пре- вратилась в массовое занятие, кото- рое, однако, требует специальных знаний. Авторы этой книги ставили перед собой задачу создать стройное и по возможности полное описание идей, концепций, технологий, стан- дартов и конкретных устройств, име- ющих отношение к компьютингу, т. е. к вычислительной технике в самом широком понимании. Причём све- дения. приведённые в статьях энцик- лопедии. во многих случаях можно сразу применить на практике, долж- ным образом сконфигурировав и настроив аппаратное и программное обеспечение своего компьютера. В этом смысле данный том — и спра- вочник по современным информа- ционным технологиям, и прямое руководство к действию. Конструкции и модели ПК чрез- вычайно разнообразны — от доро- гих ноутбуков и игровых компьюте- ров до простых «рабочих лошадок», годных лишь для набора текста. Авто- ры этих строк считают, что именно в предисловии стоит затронуть тему. 6
(А зачем мне компьютер?' которая в данном томе не рассмат- ривается, — о правильном потреби- тельском поведении. Для этого есть основания. Навязчивая и не всегда добросовестная реклама способна сбить с толку практически любого. Порой даже некоторая техническая подкованность не спасает от ошибок Как же быть? Опираться на знания и здравый смысл. А ещё... на две запо- веди правильного потребительского поведения. Заповедь первая такова: приобретая компьютер, постарай- тесь выявить, какие из его свойств важны именно для вас. В начале 1990-х гг. одному из авторов этих строк довелось часто рассказывать то в одном, то в дру- гом месте о персональных компью- терах. Зачем они нужны, тогда ещё многим было не вполне понятно, вот и приходилось отвечать на простые по форме, а по сути очень сложные вопросы. Самым часто задаваемым был такой: «А зачем мне компьютер? Я же дома не считаю!». Приходилось объ- яснять, что компьютер не «считает», а «обрабатывает данные» и, являясь многофункциональным устройст- вом, предоставляет новые, невидан- ные прежде возможности для работы и творчества. Немедленно следовал второй во- прос: «А какой компьютер вы посо- ветхете для моих нужд?». Подбор пра- вильной конфигурации ПК — дело непростое. Только определив, какие виды работ человек будет выпол- нять на компьютере, можно увидеть «профиль» будущей машины, вклю- чающий перечень аппаратуры и про- граммного обеспечения, увязанный с желаемой функциональностью. Однако нужно понимать, что упо- мянутый «профиль» должен принад- лежать не столько компьютеру, сколько конкретному его пользова- телю! Порой сделать этот вывод бывает трудно. Ведь для большинства из нас ПК становится предметом гордости и неустанных забот. На него не жалко ни времени, ни сил, ни средств. И с какого-то момента вместо удов- летворения наших потребностей начинают удовлетворяться потреб- ности компьютера... Поэтому вторая заповедь очень проста: не стоит беспредельно уве- личивать функциональность своей машины, а следует наращивать собственную функциональность как пользователя компьютерных устройств — быть в курсе современ- ных информационных технологий, чтобы понимать, какие новые воз- можности они предоставляют. Не делайте компьютер предме- том культа. Настоящее его достоинст- во — в принципиально ином качест- ве жизни, которое вы получаете. ПК сегодня — это телевизор, радио, газе- та, энциклопедия, словарь и спра- вочник по товарам в одном лице. Это фотолаборатория, фотоальбом, музыкальная коллекция, жур- нал мод и кулинарная книга одновременно. А Интер- нет открывает не имевшие аналога в истории воз- можности для удов- летворения любозна- тельности — любую цитату, дату, геогра- фическое название, фамилию, событие можно разыскать и получить исчерпыва- ющие сведения об этом за пару минут. Наконец, это надежная поддержка в любой профессии — от математики до педагоги- ки или занятий искусст- вом. В общем, попробуйте сами и убедитесь — здесь не перечислено даже малой части того, что доступно человеку, уверен- но владеющему современ- ным компьютером. 7



История компьютерной техники ПРЕДТЕЧИ В Древней Греции и Риме абаком называли спе- циальную счет- ную доску для арифметических вычислений, разделённую на полосы, где пе- редвигались ка- мешки или кости (как в русских счётах). Позднее абаком пользова- лись и в Западной Европе (вплоть до XVIII в.). Всю предысторию развития компьютерной техники можно поделить на два главных направления. Одно из них связано с изобретением различных инстру- ментов арифметического счёта — от абака (первые экземпляры относят- ся к VII—VI вв. до н. э.), логарифми- ческой линейки (XVI в.) и первых арифмометров (XVII в.) до сложней- ших электромеханических кальку- ляторов середины XX в. Второе — со стремлением понять, как функцио- нирует человеческий разум, и неод- нократными попытками построить его философскую, математическую и физическую модель, т. е. воспроиз- вести работу человеческого мозга в механических конструкциях и мате- матических построениях. Идея массовой механизации вычислений витала в воздухе уже к XV в. — началу эпохи Великих гео- графических открытий. Крупней- шим заказчиком вычислительных устройств были, как это нередко слу- чается и в наше время, военные, пре- жде всего морские адмиралтейства: проблема создания навигационных таблиц стояла в те времена достаточ- Абак. Логарифмическая линейка. 1671 г. но остро. Для создания таких таблиц привлекались лучшие умы, но и они не были застрахованы от ошибок Рас- сказывают следующую занимательную историю (правда, произошедшую уже в начале XIX в.): во время передышки в ходе англо-испанской войны некий испанский капитан нанёс дружествен- ный визит на британский военный корабль, где англичане подарили ему’ роскошное издание навигационных таблиц, составленных выдающим- ся физиком Томасом Юнгом. Эти таблицы были, однако, совершенно ошибочными — Юнг забыл учесть високосные годы. Не подозревавший об этом испанец с благодарностью покинул «гостеприимных» хозяев и... больше его не видел никто. Вероятно, это один из первых случаев удачно- го применения технических средств дезинформации противника в исто- рии тайной войны. Конечно, мореплаватели и гео- графы были не единственными, кому требовались быстрые и точные 10
6) ❖ е> Предтечи вычисления, — не менее важ- ным это направление стало для нарождающегося клас- са финансистов и про- мышленников. Давай- те немного оглянемся назад и кратко оста- новимся на наиболее заметных вехах этого пути. Изобретение Паскаля В 1638 г. французский дво- рянин по имени Этьен Пас- прожил и 40 лет, но в геомет- рии осталась теорема Пас- каля, в физике — закон Паскаля, а философский трактат «Мысли» по- ставил его в один ряд с ведущими философа- ми всех времён. В возрасте 18 лет Блез Паскаль начал работу над машиной, которая помогла бы отцу осуществлять гро- моздкие расчёты. Пер- вая модель была изготов- лена в 1642 г., но автора она Блез Паскаль каль возглавил группу протеста, состоявшую из рантье, лишённых правительством ренты. Они высту- пали против политики кардинала Ришельё. Кардинал приказал упря- тать зачинщика беспорядков в Бас- тилию, и потому Паскалю пришлось скрываться, оставив семью в Париже. Существует легенда, рассказывающая, что год спустя всемогущий карди- нал Ришельё, большой любитель театрального искусства, присутст- вовал на домашнем представлении драмы Ж. де Скюдери «Тираниче- ская любовь» в исполнении детей из дворянских семей. Дочь Паскаля Жаклин, выступавшая в роли Кас- сандры, настолько покорила своей игрой сурового кардинала, что Этьен Паскаль был не только прощён, но и назначен на высокий пост — коро- левского интенданта в Руане. Это незначительное событие дало толчок сразу целому направлению в науке и технике. В начале 1640 г. семейство Паскаль прибыло в Руан, и Этьен энергич- но приступил к исполнению своих обязанностей — ему приходилось сутками просиживать над расчёта- ми налоговых сборов. Отцу помо- гал 17-летний сын — впоследствии знаменитый физик, математик и фи- лософ Блез Паскаль (1623—1662). У Блеза было слабое здоровье, он не СУММИРУЮЩАЯ МАШИНА ПАСКАЛЯ В процессе работы над машиной Паскалю пришлось столкнуться со значительными трудностями — технологии того времени просто не позволяли делать некоторые узлы с необходимой точностью. Ремес- ленники-механики из мастерской, где Блез размещал свои заказы, часто не понимали, чего он хочет тогда Паскаль сам брал в руки напильник. Ему приходилось изобретать не только саму конструкцию, но и е нологические приёмы изготовления её узлов. По собствен- ному его свидетельству, он «имел терпение сделать до 50 различных моделей: одни деревянные, другие из слоновой кости из бенового дерева, из меди В изобретении Паскаля было два ключевых момента. Первый — механизм автоматического переноса десятков, принцип устройства которого почти бе изменений дожил до эпохи отечественных ариф- мометров «Феликс» (середина XX в.). Второй — оригинальная реа- лизация операции вычитания. Конструкция колёс позволяла только складывать, поэтому он заменил операцию вычитания сложением с десятичным дополнением (в точности так же это делается в современ- ных процессорах). Например, если нужно было вычесть из 345 число 18, то машина автоматически!) проделывала следующую операцию 000 345 + 999 982 - 1000 327. А так как разрядность результата выше, чем позволяет машина, старшая единица просто теряется. На практике этот способ был реализован крайне остроумно- машина всегда проделывала оба действия, а для пере- хода от сложения к вычитанию доста- точно было лишь передвинуть планку, закры- вающую окно с результатом ли- бо сложения, либо вычитания. 11
История компьютерной техники не удовлетворила, и окончательный вариант появился только в 1645 г. Эта машина имела шесть десятичных разрядов и два дополнительных: один — поделённый на 20 частей, другой — на 12, что соответствовало соотношению тогдашних денежных единиц Франции (1 су = 1 /20 ливра, 1 денье = 1/12 су). С 1648 по 1652 г. Паскаль изгото- вил и продал некоторое количество машин, восемь экземпляров сохра- нилось до нашего времени. К сожа- лению, мы не знаем, использовались ли машины Паскаля для проведения практических расчётов или только как познавательная игрушка. Как это часто бывает в истории науки и техники, позднее первенство Паскаля в построении арифмометра было оспорено. В 1957 г. некто док- тор Гаммер из ФРГ сделал на семи- наре в Научно-исследовательском Блез Паскаль математическом институте доклад, из которого следовало, что счётную машину, подобную паскалевской (она имела даже ту же разрядность), изобрёл двумя десятилетиями рань- ше профессор математики Вильгельм Шиккард из Тюбингена. Но машина Шиккарда так и не была построена при жизни профессора. Ещё интереснее тот факт, что уже в 1960-х гг. среди неопубликован- ных рукописей Леонардо да Винчи был найден набросок 13-разрядной суммирующей машины с автоматиче- ским переносом десятков на зубча- тых колёсах. Её воссоздали инженеры фирмы IBM. Оказалось, что машина вполне работоспособна! Последователи Паскаля У Паскаля было множество последо- вателей, в числе которых наиболее известен Клод Перро, брат всемирно прославленного сказочника Шарля Перро. У суммирующих машин Пас- каля, Шиккарда, Перро и других изоб- ретателей имелось два крупных недо- статка. Первый и главнь й заключался в том, что на них было крайне слож- но выполнять умножение, не говоря уже о делении — сдвиг частных сумм приходилось осуществлять вручную, запоминая их или записывая. Второй недостаток был скорее технологическим, он известен как проблема накопления сопротивле- ния. Если на машине Паскаля при суммировании происходило увели- чение разрядности слагаемого, то приходилось прикладывать опре- делённые усилия, чтобы провернуть сразу все колёса. Например, если выполнялось действие 19 999 + 3, то при первом же повороте колеса еди- ниц все разряды первого слагаемого менялись сразу, и нужно было прово- рачивать одновременно пять колёс, а на втором повороте сопротивле- ние резко падало. Механизм доволь- но быстро разбалтывался, и качество 12
TF Предтечи работы становилось неудовлетвори- тельным. Любопытно, что похожая проблема с одновременным изме- нением разрядов при получении результата большей разрядности позднее возникла и у конструкторов первых электронных вычислитель- ных машин (ЭВМ). Выражалась она в значительном увеличении времени на проведение такой операции по сравнению со сложением без увели- чения разрядности суммы. Следующий кардинальный шаг сделал великий математик Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646—1716), который в начале 1670-х гг. задумал построить не просто суммирующую машину, а настоящий арифмометр, выполняющий все четыре арифме- тических действия. Он предложил совершенно новую конструкцию, основанную на принципе «ступенча- того валика». Этот принцип оказался настолько плодотворным, что сохра- нился в устройствах арифмометров вплоть до наступления эпохи элек- тронных компьютеров: например, завод «Счётмаш» в СССР уже в после- военные времена выпускал арифмо- метры ВММ-2, построенные именно по этому принципу. Работа над арифмометром про- должалась около 20 лет — устрой- ство было окончательно доделано только к 1694 г. Последние вариан- ты конструкции арифмометра Лейб- ница (он занимался им до 1710 г.) «умели» даже возводить в степень и извлекать корни. Интересно, что один из первых экземпляров свое- го арифмометра Лейбниц собирал- ся подарить (а по другим источни- кам — и подарил) русскому царю Петру I, который как раз в то время осуществлял свой знаменитый зару- бежный вояж. А проблему неравномерности уси- лия при переносе удалось решить английскому изобретателю сэру Чарлзу Стэнхоупу (1753—1816). Он предложил разделение десятично- Готфрид Вильгельм Лейбниц. го переноса на два этапа, благода- ря чему достигалась равномерность прилагаемого усилия. Такое разделе- ние, несмотря на его относительную сложность, стало впоследствии обще- принятым. Арифмометры для всех Начиная с 1821 г. во Франции, в мас- терских изобретателя и предприни- мателя Карла Томаса, делали до 100 экземпляров арифмометров в год. Конструкция их оказалась настоль- ко удачной, что использовалась в различных модификациях в течение всего XIX в. Производство арифмо- метров стало массовым. Уже недо- статочно было придумать оригиналь- ную и удобную конструкцию — следовало сделать Арифмометр Лейбница. 13
История компьютерной техники Герман Холлерит. Электро- механическая машина Холлерита. 1890 г. её пригодной для массового тира- жирования. Поэтому имя американ- ца Германа Холлерита (I860—1929) занимает особое место в истории вычислительной техники. Началось всё с того, что результа- ты девятой (1880 г.) переписи быст- рорастущего населения США при- шлось обрабатывать целых семь лет. Национальное бюро по переписи населения, опасаясь, что на обработ- ку результатов юбилейной, десятой по счёту переписи 1890 г. может по- требоваться более десяти лет, реши- ло автоматизировать эту работу. Был объявлен конкурс, на котором побе- дила разработка служащего бюро Германа Холлерита. Он предложил использовать перфокарты с дырочка- ми как носители информации, а для их обработки сконструировал элект- ромеханическую машину под назва- нием Punch Card Tabulating Machine («перфокарточная табуляционная машина»). Машина Холлерита действова- ла следующим образом: работник вставлял перфокарту в устройство и опускал на неё матрицу с 288 (по количеству позиций на перфокарте) штырьками. Там, где во время опроса в перфокарте были пробиты дыроч- ки, штырёк проваливался и замыкал Ручной перфоратор Холлерита. 1880 г. контакт, в результате чего на едини- цу увеличивалось содержимое соот- ветствующего счётчика. Несмотря на сложность устройства, машина Хол- лерита работала очень надёжно, и результаты переписи 1890 г. были обработаны всего лишь за три года. В 1895 г. Холлерит даже продал своё оборудова- ние в Россию для проведения первой российской пе- реписи 1897 г., а в 1896 г. ос- новал компа- нию Tabulating Machine Со. 15 июня 1911 г. произошло слияние Tabulating Machine с двумя другими фирмами, в результате чего она стала именоваться CTR, а в фев- рале 1924 г. получила окончатель- ное название, под которым известна до сих пор, — International Business Machine Corp, (можно перевести как «международные машины для бизне- са») или кратко — IBM. Перфокарты Холлерита стали первым использованным в прак- тической конструкции цифровым носителем информации. Любопыт- но, что кое-где они применяются и по сей день. Так, в 2004 г. компании «Аэрофлот» пришлось заказывать устройства перфокарточного ввода для предполётной подготовки само- лётов Ил-86, сконструированных ещё в 1970-х гг. Внедрением перфокарт дело не ограничилось — в дальнейшем кор- порация IBM, как мы увидим, нередко играла ведущую роль на различных этапах развития компьютерных тех- нологий. Математическая логика Стоит заметить, что в рамках раз- вития второго направления науки, способствовавшего появлению ком- пьютеров и более известного ныне как проблема построения искусст- 14
Предтечи венного интеллекта, так и не уда- лось решить главной задачи: создать машину, которая бы «мыслила» как человек. Но, несмотря на видимую неудачу, это направление имело огромное значение для развития компьютерной техники. Например, именно попытка понять, как думает человек, привела к построению мате- матической логики, лежащей в осно- ве всех современных компьютерных устройств и программ. О том, как мыслит человек, раз- мышлял ещё Аристотель. Он вывел первые законы «искусства рассуж- дения», которые и поныне называ- ют аристотелевой логикой. Но ни в то время, ни много позднее никто не догадался связать логику с матема- тикой и тем самым превратить её в строгую науку. В числе первых, кто над этим задумался всерьёз, был уже упоми- навшийся выдающийся математик Готфрид Лейбниц. Но ещё задолго до него испанский учёный Раймунд Лул- лий (около 1235 — около 1315) стал одним из рационалистов, пытавших- ся применить формальную логику к познанию мира и на основе этих представлений придумавший маши- ну под названием «Всеобщий реша- тель задач» — как он полагал, дей- ствующую модель «универсального разума». Раймунд Луллий оказал боль- шое влияние на развитие философ- ской науки, но его «механический разум» всё же остался лишь забавной игрушкой. Напротив, работы Лейб- ница имели куда большие послед- ствия для истории компьютерного дела. Всю жизнь «отец» дифферен- циального исчисления искал некий lingua generalis (лат. «универсаль- ный язык»), с помощью которого можно было бы вывести единый для всех наук метод познания мира. По его мысли, этот язык позволил бы заменить логические рассуждения вычислениями, проводимыми над Образец жаккардовой ткани. Карты для ткацких станков Жаккара. словами-символами. Красивая и глубокая идея нашла себе при- менение в веках: Лейб- ниц, сам того не зная, изобрёл символичес- кую логику, которая позже легла в основание теории цифровых авто- матов, в том числе компьютеров. Лейбниц также первым понял значе- ние и роль двоичной системы счи- сления. В конце концов все накопленные знания были применены в работах английского математика Джорд- жа Буля (1815—1864). Любопытно заглавие одного из этих трудов — «Исследование законов мышле- ния». Другие работы назывались по- скромнее, но без «мышления» и тут не обошлось. На самом деле насто- ящие законы человеческого мышле- ния открыть пока никому не удалось, но это не делает труды Буля менее значимыми. Он разработал так назы- ваемую алгебру логики, которую иногда именуют булевой алгеброй. Материал об этой важнейшей для каждого компьютерщика дисцип- лине, оказавшей огромное влия- Интересно, что собственно перфо- карта, т. е. прямо- угольная карточка из тонкого кар- тона, на которую информация за- писывается про- бивкой отверстий (перфораций), была изобретена задол- го до Холлерита. Известно, что уже в 1800-х гг. перфо- карты успешно при- менялись в ткацких станках француза Ж. М. Жаккара для изг товления ткани со сложным пле- тением, которую называют жаккардом. ние на развитие не только вычис- лительной техники, но и самой 15
История компьютерной техники РАЙМУНД ЛУЛЛИЙ Раймунд Луллий был уверен в том, что в каждой области знаний можно выделить несколько основных понятий, из которых могут быть дедуктивно, т. е. методом рас- суждения от общего к частному, образо- ваны все остальные, подобно тому, как все геометрические теоремы выводятся из ограниченного числа аксиом. Комби- нируя различным способом эти понятия, можно добыть все мыслимые знания о мире. Одним из самых известных после- дователей Луллия был Джордано Бруно, сожжённый на костре за «ересь». В главном своём сочинении под названием «Великое искусство» (Ars Magna), опубли* ованном уже через много лет после его смерти, в 1480 г., Луллий описывает приспособление, состоящее из системы концентрических вращающихся кругов. Круги были поделены на сектора, их раскрашивали разными цветами и обозначали буквами, соответствующими тому или иному понятию. Правила вращения, согласно которым это происходило, давали, по мнению учёного, возможность узнать обо всём во Вселенной. Луллий считал, что с помощью его машины можно даже доказать бытие Бога. На практике же и сам Луллий, и его ученики пользо- вались этой машиной для составления гороскопов. Безусловно, это была первая в истории практическая попытка создания искусственного интеллекта. «Всеобщий решатель задач» Раймунда Луллия. В математики, можно найти в томе «Информатика» «Энциклопедии для детей». В своей магистерской диссерта- ции от 1940 г. великий Клод Элвуд Шеннон (1916—2001), автор теории информации, первым указал на одну поразительную вещь: оказалось, что булевские законы логики в точности совпадают с принципами функцио- нирования релейных электрических схем. Что самое изумительное — все компоненты, необходимые для моде- лирования законов логики с помо- щью электрических устройств (реле, выключатели), были известны ещё до опубликования Джорджем Булем своих работ, однако в тече- ние почти 100 лет никто не обращал на это вни- мания. Сам Шеннон скромно утверждал: случилось это отто- го, что до него прос- то никто не владел математикой и элек- тротехникой одно- временно. И это стало настоящим прорывом в деле построения элек- тронных компьютеров. САМЫЕ ПЕРВЫЕ Клод Шеннон, автор теории информации. Все модели счётных машин, постро- енные вплоть до начала Второй мировой войны, даже самые слож- ные, были всего лишь арифмомет- рами, или, выражаясь современ- ным языком, калькуляторами. Тем не менее ещё в первой половине XIX столетия изобрели (хотя так и не построили) настоящий компью- тер, т. е. машину, которая работает по заданной программе. Меняя про- грамму, такую машину можно заста- вить выполнять в принципе любые вычисления. Бэббидж Чарлз Бэббидж (1791 — 1871) родил- ся в Лондоне в семье банкира. Буду- чи разносторонне одарённым чело- веком, он занимался математикой, физикой, был одним из основателей экономической статистики, сделал множество изобретений в самых различных областях — от железнодо- рожного транспорта до машиностро- ения и оптики. Вскоре после 1812 г. Бэббидж начал работать над созда- нием машины, которую он назвал 16
Предтечи разностной (от названия математи- ческого метода конечных разностей). Это должно было быть весьма слож- Чарлз Бэббидж Приходилось изобретать не только узлы и механизмы, но и спосо- бы их изготовления с доста- точной точностью — так же, как и Паскалю за 200 лет до него. Тем не менее при всех сложностях Бэббидж сумел к 1822 г. построить действующую модель, на которой он рассчи- тал, в частности, таблицу квадратов, и приступил к созданию более сложного и совершенного варианта. Но окончательный вари- ант разностной машины так и не был построен. Около 1833 г. Бэббиджа увлекла идея усовер- шенствованной машины — аналити- ческой, которая и стала прототипом всех современных компьютеров, хотя и ей суждено было остаться лишь в чертежах. Причину этого понять нетрудно: около 200 черте- жей аналитической машины, выпол- ненных Бэббиджем, включают при- мерно 50 тыс. деталей. Даже в наше время при всём старании англий- ских историков и учёных удалось вос- произвести лишь отдельные её узлы. Ада Августа Лавлейс. ▼ Разностная машина Бэббиджа. Современная реконструкция. ное устройство, по сути специализи- рованный калькулятор для расчёта таблиц различных функций. Свою разностную машину Чарлз Бэббидж, стремившийся к совер- шенству во всех делах, строил более 20 лет и даже умудрялся получать правительственные субсидии (англий- ское государство тогда не финан- сировало научные исследования), но так и не построил её до конца. Преж- де всего, у него воз- никло множество, как сейчас бы ска- зали, технологи- ческих проблем. АНАЛИТИЧЕСКАЯ МАШИНА БЭББИДЖА Аналитическая машина Бэббиджа содержала все узлы сегодняшнего компьютера: ОЗУ — оперативное запоминающее устройство на регист- рах из колёс (Бэббидж назвал его store — «склад»), AAV — арифметико- логическое устройство (mill — «мельница»), устройство у равления и устройства ввода-вывода. Устройств вывода было целых три: печать одной или двух копий (I), изго- товление стереотипного отпечатка и пробивка на перфокартах. Перфокарты должны были служить и для ввода программы и данных в машину. ОЗУ имело емкость 1000 чисел по 50 десятичных раз- рядов (т. е. около 20 килобайт в современных еди ницах) — для сравнения укажем, что память одной из первых электронных вычислительных машин под названием ЭНИАК (1946 г.) вмещала всего 20 деся- тиразрядных чисел. ААУ имело, как мы бы сейчас сказали, аппаратную поддержку всех четырёх дей- ствий арифметики, т. е. осуществляло их без необ- ходимости написания специальных программ.
т История компьютерной техники Компьютер Z-3, построенный в 1938-1941 гг., был разрушен во время авианалёта на Берлин в 1944 г. Конрад Цузе. Однако никто не сомневается, что машина эта действительно могла рабо- тать так, как задумывал её создатель. С аналитической машиной нераз- рывно связано имя Ады Августы Лав- лейс (1815—1852), урождённой Бай- рон (она была дочерью знаменитого поэта Джорджа Байрона). Леди Ада с малых лет обладала склонностью к математике и даже училась у извест- ного учёного Огастеса де Моргана (1806—1871), одного из основате- лей математической логики. В 1834 г. она познакомилась с Бэббиджем, а в 1842 г. перевела на английский язык описание его аналитической маши- ны, сделанное итальянцем Л. Ф. Мена- бреа (1809—1869). Описание сопро- вождалось обширным комментарием молодой леди, по объёму в три раза превысившим оригинал. Благодаря этой работе леди Лавлейс вошла в историю как первая программист- ка, и уже в наше время в её честь был назван один из языков программиро- вания — Ада. Бэббидж и Ада Лавлейс прекрасно понимали, что именно они изобре- ли. В своей работе Ада разбирает воз- можности операций не только над числами, но и над символами, вопрос создания библиотек программ и даже затрагивает тему «может ли машина мыслить?». Её рассуждения по этому поводу актуальны и по сей день. А Бэббидж в 1838 г. упоминал о воз- можности, как бы мы сейчас сказали, моделирования химических процес- сов на машине и даже положительно высказывался о шахматных способ- ностях компьютеров! Наследники Бэббиджа Идеи Бэббиджа воплотились при создании электромеханических ком- пьютеров. Такие компьютеры были построены почти одновременно в нескольких странах — США, Англии, Германии — накануне или в нача- ле Второй мировой войны. В этих машинах широко использовались 18
Предтечи электромеханические реле и даже некоторые электронные узлы. Считается, что первым такую машину построил немецкий инже- нер Конрад Цузе (1910—1995) в 1938 г. Всего Цузе создал 11 вари- антов своей машины, причём пер- вые три погибли во время бомбёжек Берлина союзнической авиацией в конце воины. Уже после войны Цузе основал корпорацию по производ- ству электромеханических калькуля- торов Zuse KG, которая позднее была поглощена концерном «Сименс». Возможно, самым интересным его достижением стало изобретение первого в истории настоящего алго- ритмического языка — Планкалкюль (охлат. plan calculus). Конструкция Цузе была лучше, дешевле в производстве, да и построена раньше, чем широко раз- рекламированный американски- ми историками «Марк-I», но изоб- ретатель последнего Говард Эйкен (1900—1973) ничего не знал о рабо- тах своего коллеги по ту сторону фронта. Эйкен был математиком, аспирантом Гарвардского универси- тета. Идею своей «вычислительной машины с автоматическим управле- нием последовательностью опера- ций», возникшую у него в 1939 г., он предложил фирме IBM. Фирма пре- доставила ему то, что теперь имену- ется грантом, — он даже смог нанять четырёх инженеров, и в августе 1944 г. машина, названная «Марк-1», была закончена. Уже после трёх лет работы над ней Эйкен натолкнулся на труды Бэббиджа и был поражён — Говард Эйкен. «Марк-1». «МАРК-1» В «Марк-I» использовались механические счётные регистры (по 24 десятичных разряда каждый, из которых один был знаков >1й) и 142 запоминающих регистра на реле. Машина имела встроенные блоки для вычисления синусов, логарифмов и т. п. (Глядя на всё это с высот нашего электронного века, трудно не оценить размах замыслов Бэб- биджа — напомним, что у него в аналитичес ои машине за 100 лет до «Марка» было предусмотрено 1000 регистров по 50 десятичных разрядов каждый.) «Марк-I» содержал 800 тыс элементов и весил 5 т. Перфокарты Эйкен заменил на перфоленту, с помощ ю которой вводились и команды, и данные. Выполнение элементарной опера- ции сложения занимало 0,3 секунды, считалось, что «Марк» заменял примерно 20 человек с ручными арифмо етрами. Это был первый цифровой компьютер, умевший печатать таблицы, т. е. наконец то полностью реализовавший замыслы Бэббиджа.
❖ ir История компьютерной техники Джон В. Моучли (в центре) и Преспер Эккерт (слева) в процессе работы над ЭНИАКом. Компьютер Атанасова — Берри. Музей Университета штата Айова в Эймсе. Джон Винсент Атанасов. настолько всё совпадало. «Прожи- ви Бэббидж на 75 лет больше, я бы остался безработным», — говорил он тогда в одном из интервью. В 1947 г. был закончен более совершенный «Марк-П», построенный полностью на электромеханических реле (при- мерно 13 тыс. штук) и имевший представление чисел в форме с «пла- вающей запятой». Первым электронным компьюте- ром считается конструкция Джона Винсента Атанасова (1903—1995) под названием АБС. Американец болгарского происхождения (его предки находились в рядах борцов против турецкого ига и были вынуж- дены бежать в Америку, спасаясь от преследований), Атанасов приступил к созданию своего детища в 1939 г., заручившись финансовой поддерж- кой частной компании Research Corporation и агрономической стан- ции штата Айова. Вместе со своим аспирантом Клиффордом Берри (1918—1963) он к 1943 г. построил действующую модель компьютера, главной отли- чительной особенностью которого было использование двоичной сис- темы. Кроме того, Атанасов впервые применил память на конденсато- рах, работающую по так называемо- му регенеративному принципу (т. е.
11 Клиффорд Берри c ABC. 1942 г. Зал ЭНИАКа. с периодическим восстановлени- ем информации). Этот принцип используется и в наши дни. В 1943 г. Атанасов прекратил работы, связанные с АВС, занявшись выполнением оборонных заказов. Первой электронной вычислитель- ной машиной, которую широко ис- пользовали на практике, стал постро- енный в 1946 г. ЭНИАКа (Electronics Numerical Integrator and Computer — ♦электронный цифровой интегратор и компьютер»). Основной разработ- чик ЭНИАК доктор Джон В. Моуч- ли (1907—1980) использовал идеи Атанасова (и позднее первенство по- следнего было доказано судом), но творчески их переработал. Немало- важно, что ЭНИАК был построен не в рамках частной инициативы, а по заказу армии США, что в условиях войны позволило привлечь к проекту лучшие кадры. Машина действовала в течение почти десяти лет. В начале 1950-х гг. ЭНИАК использовался для расчётов американской термоядер- ной бомбы — без него американцам не удалось бы вовремя провести её испытания. По всем этим причинам ЭНИАК был изучен очень подробно. неоднократно совершенствовался и сыграл огромную роль в истории вычислительной техники. В част- ности, работа над усовершенствова- нием ЭНИАКа позволила математи- ку Джону фон Нейману (1903—1957) сформулировать основные принци- пы построения универсальных ком- пьютеров. ЭНИАК ЭНИАК весил 27 т (чем поставил своеобразный рекорд — он навсегда, вероятно, останется самым тяжёлым компьютером в истории), содер- жал в себе 18 тыс. ламп, 1500 реле, 70 тыс. резисторов, 500 тыс. паяных контактов и занимал зал площадью 200 кв. м, потреб яя мощность до 150 кВт. Тактовая частота его составляла 100 кГц. Постро ка обошлась в 486 тыс. долларов, выйдя при этом за пределы на ального бюдже- та на 225 %. Кроме основных узлов- тактово о генератора, 20 дво- ично-десятичных регистров, модуля программирования и некоторых других — ЭНИАК включал в себя автономные схемы для выполнения ускоренного умножения, деления, извлечения квадратного корня и ещё три устройства для табличного вычисления разных функций. За одну секунду ЭНИАК производил 300 операции умножения или 5 тыс. операций сложения, работая примерно в 1000 раз быстрее, чем элект- ромеханические «Марк-I» и «Марк-Il». Интересно, что за время эксплу атации этой машины параллельно была проведена ещё одна важная работа: тщательно анализировались все случаи выхода из строя элект- ронных ламп, а информация сообщалась производите ям, что привело к значительному прогрессу в области технологии их изготовления. 21
т История компьютерной техники КАК КОМПЬЮТЕРЫ СТАЛИ ПЕРСОНАЛЬНЫМИ Первенец DEC — модель PDP-1. 1960 г. Типичный компьютер 1950-х гг. можно сравнить с небольшой фаб- рикой, а его постройку — с современ- ным запуском космического экипажа на международную станцию. Так, одна из первых отечественных ЭВМ «Стре- ла», выпущенная в 1953 г., занимала зал площадью 300 кв. м, потребляла 150 кВт электроэнергии (примерно столько потребляет большой много- квартирный дом) и требовала от пяти до девяти человек постоянного обслу- живающего персонала. Кроме того, были необходимы от 50 до 100 про- граммистов, чтобы обеспечить этого монстра непрерывной работой 10— 16 часов в сутки — остальное время уходило на ремонт и профилактику. Из-за фантастической дороговизны машинного времени план работ для таких компьютеров в нашей стране утверждался на уровне государства на многие месяцы и даже годы вперёд. Представление о компьютере как о чём-то безумно дорогом и огром- ном было настолько устойчивым, что Томас Уотсон-старший (1874— 1956), Модель PDP-8. 1960 г. знаменитый председатель Совета директоров фирмы IBM, в начале компьютерной эры даже предпо- лагал, что мировой рынок компью- теров вряд ли когда-либо превысит пять штук Это, впрочем, не помеша- ло фирме выйти к концу 1950-х гг. на уровень продаж в миллиард долла- ров. Ещё сильнее ошибся Кен Олсон (родился в 1926 г.), президент Digital Equipment Corporation (DEC), уже в конце 1970-х гг. заявив: «Не существу- ет причин, по которым кому-нибудь захотелось бы иметь дома компью- тер». Это особенно удивительно потому, что именно компании DEC было суждено построить первые ком- пьютеры для индивидуальной рабо- ты — в расчёте на единственного пользователя-программиста. Эпоха DEC Первым действительно массовым компьютером стала модель фирмы DEC под названием PDP-8, разра- ботанная в I960 г. Её цена состав- ляла 18 500 долларов, и потому она была доступна почти каждой фирме. Таких компьютеров выпустили более 22
Как компьютеры стали персональными 300 тыс. штук в различных модифика- циях, что считается неплохим пока- зателем даже по сегодняшним мер- кам. Ещё более знаменитым детищем DEC стало семейство, объединённое под общим названием PDF-11. Пер- вая модель PDP-11/20 появилась на рынке в 1970 г. по цене 10 тыс. долларов, а всего их было выпуще- но более полумиллиона. Насколько удачной оказалась эта разработка, можно судить по тому, что последний представитель «одиннадцатых», PDP- 11 /93, поступил в продажу в 1996 г., когда все рядовые пользователи в мире уже практически полностью перешли на персональные компью- теры. Советские мини-компьютеры СМ-4 и венгерские ТРА-1140 были копиями модели PDP-11 /40. На моде- ли PDP-11 Кен Томпсон (родился в 1943 г.) и Деннис Ритчи (родился в 1941 г.) впервые реализовали знаме- нитую операционную систему Unix и язык программирования С, ставший основой для большинства совре- менных языков программирования. К концу' 1970-х гг. компания DEC вла- дела 40 % мирового рынка мини-ком- пьютеров. Любопытная подробность: в от- личие от современных компьютеров ХАКЕРЫ Слово «хакер» (от англ, hack — «кромсать», «разбивать на куски») в настоящее время довольно часто употребляют в значении «компью- терный хулиган» и даже «преступник», хотя на самом деле это само- название сообщества программистов-энтузиастов (программистов «ради собственного удовольствия» согласно определению одного из их лидеров, Эрика Реймонда) Большинство хакеров принадлежат к сторонникам так называемого «свободного программного обеспе- чения» (Open Source Software), противопоставляющим себя крупным корпорациям-монополистам и создающим закрытое для изучения и копирования программное обеспечение (более подробно об этом см. главу «Патенты и авторское право в цифровую эпоху»). большинство моделей PDP продава- лись вместе с исчерпывающим руко- водством по эксплуатации, включав- шим в себя даже принципиальные схемы. Присутствовали и советы по подключению к PDP различных устройств собственной конструкции. Эта нехарактерная для западной про- мышленности особенность, несом- ненно, сыграла большую роль в фор- мировании своеобразного «культа PDP», с которым связывают возник- новение столь популярного в наши дни движения хакеров. Модель PDP-11/20. 1970 г. Xerox Alto. 1972 г. Звёздный час Xerox Несмотря на то что жизнь опро- кинула представления первопро- ходцев, не следует считать их такими уж наивными. Те ком- пьютеры, которые имел в виду Кен Олсон, действительно ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА Операционная система (ОС) — главная программа компьютера, кото- рая управляет всем его «хозяйством», в том числе работой обычных программ, называемых пользовательскими. Операционную систему с входящими в неё управляющими программами (драйверами) различ- ных устро ств и пользовательские программы именуют программным обеспечением (ПО) или по-английски software (буквально «мягкая про- дукция»). В отличие от ПО входящие в состав компьютера «железки», т. е. все физические устройства называют hardware («твёрдая продук- ция»; см. раздел «Программы и данные»). 23
История компьютерной техники мало кому захотелось бы иметь у себя дома, к тому же они были рас- считаны на пользователей весьма высокой квалификации, хорошо раз- бирающихся в программировании и технических деталях устройства ком- пьютеров. Первым настоящим персональ- ным компьютером, рассчитанным на массового пользователя, следует, видимо, считать Xerox Alto, создан- ный в 1973 г. в исследовательском центре Xerox PARC. Тогда же и по- явился термин «персональный ком- пьютер» (ПК, или по-английски PC). Alto и особенно выпущенный в 1981 г. его преемник Xerox 8010 Professional Workstation, более извест- ный под торговой маркой Xerox Star (что переводится как «звезда Xerox»), сыграли определяющую роль в по- следующем развитии компьютерной техники. В этих моделях были опро- бованы на практике почти все осо- бенности взаимодействия ПК с поль- зователем, которые позднее стали общепринятыми. Вот только очень краткое перечисление новинок, впер- вые реализованных в Xerox Star: графический оконный интер- фейс пользователя, управляемый МЫШЬЮ; представление экранного про- странства в виде рабочего стола (Desktop); текстовый редактор с режимом отображения документов на экра- не по принципу «что видишь, то и получаешь» (WYSIWYG — what you see is what you get) с ориенти- рованием на печать с помощью лазерных принтеров; возможность создания много- язычных документов, для чего в Star применялась двухбайтовая кодировка символов, позднее XEROX И ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИЙ ИНТЕРФЕЙС Разргботчики систем Xerox Alto и Star большое внима- ние уделили вопросам по троения пользовательского интерфейса. Под этим термином понимается совокуп- ность средств взаимодействия компьютера с пользо- вателем. До появления Xerox Star существовал только так называемый интерфейс командной строки — когда пользователь вводит с клавиатуры команды управле- ния компьютером. Этот способ управления более быст- рый и гибкий, чем современные оконные системы, но требует специального обучения и достаточно высокой квалификации. Один из главных идеологов Xerox, Алан Кей (родился в 1940 г.), выдвинул ныне общепринятую концепцию графического интерфейса (GUI — Graphic User Interface) под названием WIMP (Windows, Icons, Menus, Point-and-click — «окна, пиктограммы, меню, укажи и щёлкни»). Когда Xerox Star потерпела на рынке оглушительный провал компания практически прикрыла направление по разработке компьютеров, сосредоточив- шись на всем теперь известных копировальных аппара- тах, а большинство разработчиков Xerox Star оказались в компаниях Apple и Microsoft, которым было суждено стать «закон дателями моды» в области построения сов- ременных ПК. Например, автор текстового редактора для Xerox Star и самой концепции WYSIWYG Чарлз Сай- мони (родился в 1948 г.) позднее стал главным архитек- тором Microsoft Office. 24
е) Как компьютеры стали персональными развившаяся в известную систе- му’ Unicode, редактор изображений, что поз- волило создать первые систе- мы компьютерной подготовки документов для печати в типо- графии. Крупными недостатками Xerox Star были его дороговизна (в минималь- ной комплектации он продавался за 16,5 тыс. долларов), а также полная закрытость системы, изменения в которую могли вносить только сами разработчики. Кроме этого, Xerox Star был рассчитан на работу в сети (общепринятый ныне стандарт для построения сетей под названием Ethernet был также изобретён в Xerox PARC) и имел возможность обмена посланиями по электронной почте, а эти свойства в то время совсем не были востребованы, и к тому же обо- рудование для связи приходилось докупать отдельно. По этим причинам потребители в конце концов пред- почли далеко не столь совершенные, но дешёвые и «демократичные» ПК компаний Apple и IBM. Apple, IBM и другие Первые персональные компьюте- ры компании Apple, возникшей в 1976 г., один из её основателей Стив Возняк (родился в 1950 г.) изготов- лял собственноручно в мастерской, принадлежавшей другому основа- телю — Стиву Джобсу (родился в 1955 г.), занимавшемуся их прода- жами. Apple I был уже очень попу- лярной моделью, во всём похожей на современные настольные ПК, но настоящий успех пришёл к компании с разработкой Apple II, выпускавше- гося вплоть до конца 1980-х. В середине 1980-х гг. компа- Одна из модификаций компьютера Apple II. IBM PC Model 5150. 1981 г. ния заимствовала разработки исследовательского центра Xerox и создала модели с гра- фическим интерфейсом — сначала Apple Liza, а потом «младшего братика Лизы» под маркой Macintosh (по- английски apple значит «яблоко», a macintosh — название популярного в Америке сорта яблок). Марка эта позднее транс- формировалась в извест- ную ныне iMac. 1л ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ IBM PC Модель IBM PC (официал ное название — IBM 5150) имела пять разъ- ёмов для установки плат расширения, пятидюймовый привод флоп- пи-дисков и 256 Кбайт памяти, жёсткий диск в ней предусмотрен не был. Весной 1983 г. фирма IBM выпускает модель IBM 5160 PC/XT (XT означает extended Technology), которую сейчас довольно часто имеют в виду, говоря о «каноническом PC». XT имела ставшую стан- дартной в настоящее время 101-клавишную клави. туру (в отличие от 84-клавишной у первого PC), расширяемую до 640 Кбайт память и 10-мегабайтный жёсткий диск. Процессор использовался тот же самый — Intel 8088 при 4,77 МГц тактовой частоты. Необычайный успех IBM PC был в значительной степени обусловлен так называемой открытой архитектурой — с возможностью доработки компьютера сторонними фирмами и самими пользователями. Подроб- ная документация была доступна для всех Этот отчасти вынужденный шаг (опыта розничных продаж IBM не имела, организовывать сеть для обслуживания одного вида продукта дорого, и нужно было, чтобы продавцы самостоятельно могли разбираться в агрегате) привёл к тому, что сама IBM к концу 1980-х гг. оказалась фактически вытеснена компаниями, научившимися быстрее выпускать на рынок более совер- шенные компьютеры, полностью совместимые с IBM PC. Например, первый ноутбук (а точнее, лэптоп; английское слово laptop значит «наколенный») в 1986 г. был представлен фирмой Compaq. 25
История компьютерной техники Altair 8800. Гораздо позже, только в 1981 г., компанией IBM был создан знаменитый персональный компью- тер под простым назва- нием IBM PC. В отличие от самодеятельных фирм вроде Apple, IBM к началу 1980-х гг. была уже огром- ной компанией со своей историей и сложившим- ся кругом предпочтений в бизнесе. Поэтому инициатива руководите- ля небольшого филиала компании в штате Флорида Вильяма Лоу по созданию собственного персональ- Под Аллен и юный Билл Гейтс. Конец 1960-х — начало 1970-х гг. ного компьютера сначала вызвала решительный протест руководства. Однако в октябре 1981 г. начались продажи PC, и дальнейшие события ошеломили всех, включая разработ- чиков и руководство IBM. Несмотря на относительно высокую цену — 3 тыс. долларов (уже два года к тому времени выпускавшийся Apple 11+ стоил всего 1195 долларов), полу- годичный план продаж IBM PC был выполнен за один месяц. К концу 1980-х гг. выпустили около 25 млн IBM-совместимых ком- Билл Гейтс. 2000 г. пьютеров, но это составило пример- но лишь треть всех произведённых ПК Остальные проценты поделились между Apple и друтими системами, которых тогда существовало вели- кое множество. В то время ПК ещё не были полностью универсальными: IBM-совместимые лучше подходили для бизнеса, Apple — для художников и вообще всех, кто работал с изобра- жениями и текстами, компьютеры Atari (в этой фирме работал «отец графического интерфейса» Алан Кей) и ZX-Spectrum (Sinclair) были очень популярными среди игроманов. В том, что уже лет через пять поло- жение резко изменилось (в настоя- щее время более 90 % ПК составляют потомки IBM-совместимых, 2—3% пользователей имеют компьюте- ры фирмы Apple, а практически все остальные известные марки 1980-х гг. исчезли), немалую роль сыграли кор- порация Microsoft и её операционная система MS-DOS. Microsoft (первоначально она называлась Micro-soft), основанная в 1975 г. двумя молодыми людьми из Сиэтла, Полом Алленом (родился в 1953 г.) и Биллом Гейтсом (родился в 1955 г), попала в фавориты изгото- вителей программного обеспечения (ПО) для ПК совершенно случайно. До 1980 г. она занималась поставка- 26
❖ Отечественные компьютеры ми языка программирования Basic для персонального компьютера под названием Altair 8800. Altair продавал- ся в виде набора «сделай сам» и был популярен в кругах любителей всё делать собственными руками. К не- му прилагалось всего 2 56 байт (не килобайтов или мегабайтов, а имен- но байтов) памяти, и Гейтсу с Алле- ном пришлось придумывать способ расширения памяти до целых 4 Кбайт, чтобы уместить туда свой Basic. В 1980 г. IBM искала поставщика операционной системы (ОС) для IBM PC и вышла на Билла Гейтса, который посоветовал обратиться в компанию Digital Research к разработчику ОС под названием СР/М. Digital Research была известна как фирма, которая первой решилась продавать программы от- дельно от самих компьютеров. Жене владельца этой компании, выпол- нявшей обязанности бухгалтера и менеджера по продажам, условия IBM показались неприемлемыми по сро- кам. и последняя опять обратилась к Microsoft. «Мелкомягкие» (так перево- дится название Microsoft) на этот раз взялись за работу, хотя и не имели на руках ничего готового. Microsoft прос- то купила у фирмы Seattle Computer Products за 100 тыс. долларов создан- ную на основе СР/М в 1980 г. програм- мистом Тимом Паттерсоном ОС под именем 86-DOS и приспо- собила её для своих целей, назвав MS-DOS. Под маркой PC-DOS эта система начала продавать- ся вместе с персональным компьютером IBM. В се- редине 1980-х гг. для неё была создана надстройка с графическим изображени- ем под названием Windows (версии от 1 до 3), а в 1995 г. Windows 3.0. вышла первая независимая от DOS версия Windows 95, которая стала очень популярной. К тому времени графические интерфейсы, правда, были уже достаточно широко распро- странены. Руководитель Apple Стив Джобс однажды даже заметил: «Гра- фический интерфейс — это, конеч- но, всеобщее будущее. Но если впере- ди лежит так много всего нового, то почему’ же Microsoft попросту скопи- ровала нашу Лизу?». Справедливости ради стоит отметить, что в своё время Microsoft купила у Apple лицензию на элементы графического интерфей- са, а не просто заимствовала их. Хотя это и не освободило её от длительной судебной тяжбы с Apple, закончив- шейся только в 1997 г., когда Microsoft материально поддержала Apple, нахо- дившуюся в тяжёлом финансовом положении. ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ Первые отечественные компьютеры были разработаны в начале 1950-х гг. практически одновременно несколь- кими группами. Крупнейшей из них стал коллектив под руководством Сергея Алексеевича Лебедева (1902— 1974), самостоятельно сформулиро- вавшего принципы Джона фон Ней- мана и сумевшего позднее создать авторитетную школу в этой области. В 1953 г. он пострил ЭВМ БЭСМ-1, в 1956 г. признанную крупнейшей в Европе. В 1965 г. разработчиками из руководимого Лебедевым Института точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ) была создана знаменитая БЭСМ-6, которая запад- ными учёными признаётся прямым конкурентом аналогичных амери- канских суперкомпьютеров, таких, как Illiac-IV. В конце 1950-х — нача- ле 1960-х гг. сотрудники Лебедева 27
тг История компьютерной техники Сергей Алексеевич Лебедев. обеспечили вычислительную основу советской системы противоракетной обороны, по тому времени самую совершенную в мире. Кроме лебедевского ИТМ и ВТ созданием компьютеров занимались ещё несколько центров под руко- водством Исаака Семёновича Брука (1902—1974), Башира Искандаро- вича Рамеева (1918—1994), Викто- ра Михайловича Глушкова (1923— 1982) и др. Масштабы производства и использования компьютеров были, конечно, несравнимы с американ- скими, но разнообразие моделей и их назначения позволяло говорить о существовании в СССР развитой компьютерной отрасли. Изоляция от мирового сообщест- ва, возникшая в годы «холодной войны», конечно, не могла сказать- ся положительно на развитии оте- чественной вычислительной техни- ки. К концу 1960-х гг. стало понятно, что пора по крайней мере привес- ти в соответствие стандарты (ска- жем, в БЭСМ байт состоял из шести, а в серии «Минск» — из семи бит, не существовало и единого стандарта для подключения дополнительного оборудования). Но в 1969 г. на заседа- нии коллегии Министерства радио- промышленности СССР было при- нято более кардинальное решение, споры о правомерности которого не утихают и по сей день. Отечествен- ные разработки оказались практи- чески свёрнуты, и вся компьютерная промышленность ориентирована на копирование систем фирмы IBM и мини-компьютеров фирмы DEC, откуда пошли серии ЕС и СМ соот- ветственно. Угнаться за динамичной экономикой США было невозможно, и к концу 1990-х гг. отечественная МАШИНА ИНЖЕНЕРНЫХ РАСЧЁТОВ В киевском Институте кибернетики под руко- водством В. М. Глушкова ещё в 1965 г., намного опредив Xerox Alto, были разработаны образ- цы персонального компьютера для инженерных расчётов — МИР-1, МИР-2 и МИР-3. Эти маши- ны с трудом помещались в комнате, но в осталь- ном значительно превосходили первые модели IBM PC и Apple. МИР-2, получивший наиболь- шее распространение, был снабжён тремя устройствами ввода-вывода (с магнитных карт, п< рфо ент и ещё пишущей машинкой, выполнявшей заодно функции принтера) и имел большой монохром- ный дисплей со световым пером вместо мыши. В нём был реализован весьма совершенный язык программи- рования с записью операторов по-русски. Этих машин построили около 400, и, кроме всего прочего, они сыг- |тали большую роль в обучении студентов разных спе- ЭВМ МИР-2. 1965 г. циальностей основам вычислительной техники. Многие разработки того времени вообще не имели аналогов в мировой практике — такова ЭВМ «Сетунь», построенная в МГУ Николаем Петровичем Брусенцовым (родился в 1925 г.) и работавшая в троичной системе счисления вместо общепринятой двоичной. 28
Отечественные компьютеры компьютерная промышленность отстала от мирового уровня, по оцен- ке крупнейшего конструктора ЭВМ Б. И. Рамеева, примерно на 20 лет. Персональные компьютеры по- стигла общая участь. В 1986 г. с отста- ванием примерно на десять лет было принято постановление ЦК КПСС и Совета министров СССР об органи- зации производства персональных ЭВМ (ПЭВМ) на основе IBM-совмес- тимых ПК в количестве 1 млн в год. Программа не была выполнена даже в первом приближении, хотя около 100 тыс. советских аналогов из серий ЕС-1840 — ЕС-1865 до 1990 г. всё же выпустили. Кроме них большой популярностью пользовались анало- ги, поставлявшиеся в СССР из других социалистических стран: болгар- ские «Изоты» и «Правцы», венгерские «Видеотоны», немецкие «Роботроны» и др. Не все из них были IBM-совмес- тимые — так, отечественный «Агат» и болгарский «Правец-8» копировали Apple-II. Покупать эти машины могли толь- ко учреждения и ведомства — из-за их высокой стоимости и из-за ряда ограничений. У населения, особен- но у молодёжи, в 1980-х гг. большой успех получила не санкционирован- ная на высоком государственном уровне, но тем не менее распро- странённая инициатива отдельных ведомств по выпуску так называемых бытовых компьютеров. «Микрошу», «Корвет», «Вектор», БК-0010/11 и многие другие модели энтузиасты до сих пор вспоминают с носталь- гией. Стоит отметить инициативу очень популярного в то время жур- нала «Радио», который больше года из номера в номер публиковал под- робное описание специально раз- работанного по заказу редакции БЭСМ-6. 1965 г. компьютера «Радио 86РК» на основе отечественного аналога процессо- ра Intel 8080 — КР580ИК80. Точной статистики, конечно, никто не вёл, однако эта конструкция не только воспроизводилась тысячами экзем- пляров в домашних условиях, но и немало поспособствовала развитию нарождавшегося класса кооперато- ров, которые производили полуфаб- рикаты и законченные машины. Виктор Михаилович Глушков за пультом ЭВМ «Днепр». 1960 г. 29

УСТРОЙСТВА КОМПЬЮТЕРА
Устройство компьютеров КАК РАБОТАЕТ КОМПЬЮТЕР Основная задача современ- ных компьютеров (от англ. compute — «вычислять»), несмотря на название, вовсе не вычисления. Компьютер — это в пер- вую очередь устройство для перера- ботки информации, а вычисления в традиционном понимании — лишь частный случай этого рода деятель- ности. Однако такое его использо- вание стало возможным лишь после того, как информацию научились выражать в числах. Поэтому начать придётся издалека — с базовых поня- тий, которые помогут уяснить, что такое информация с точки зрения компьютера и в каких единицах её можно измерять. Компьютерная арифметика О том, что мы считаем в десятичной системе потому, что у нас десять пальцев на двух руках, осведомлены, вероятно, все. Персонажи некоторых мультфильмов считают, наверное, в восьмеричной или шестеричной сис- теме, так как у них пальцев по четыре или по три. У древних ацтеков и майя в ходу была двадцатеричная систе- ма (вероятно, потому, что закрытая обувь в том климате была не в моде). Со времён древних вавилонян у нас в быту сохранились остатки двенадца- теричной и шестидесятеричной сис- тем — это выражается в количестве часов в сутках и минут в часах или, скажем, в том, что столовые при- боры принято считать дюжинами или полудюжинами (а не десятками и пятёрками). Так что само по себе основание системы счисления не имеет значения — точнее, это дело привычки и удобства. В основе работы компьютеров лежит двоичная позиционная сис- тема счисления. Напомним строгое определение позиционной системы: сначала выбирается некоторое число которое носит название основа- ния системы счисления. Тогда любое число в такой системе может быть представлено следующим образом: «nPn + «n-iPnl + - + «1Р1 + «оР°- В самой записи числа степени основания подразумеваются, а не 32
(siijiiiie) Как работает компьютер пишутся (и для записи основания даже нет специального значка!), т. е. запись будет представлять собой просто последовательность ап ... «0. Например, в десятичной системе (т. е. системе с основанием 10) запись числа 13 будет расшифровываться как 1 10* + 3-10°= 1310- В двоичной системе то же самое число будет уже представлено как 1 • 23+1 • 22 + 0-2* + 1 • 2° = = 1101,= 1310. Как видим, число стало длин- нее — было два разряда, стало четы- ре (произвольно взятое число в двоичной системе будет длиннее в среднем в In 10/1п2 = 3,3219 раза, чем десятичное; чем больше число, тем точнее будет соблюдаться это соот- ношение). Почему’ же всё-таки имен- но двоичная система оказалась так привлекательна для конструкторов компьютеров? В любой позиционной системе требуется столько разных значков (цифр) для записи числа, каково основание. Если в десятичной сис- теме мы имеем 10 различных знач- ков (это всем известные цифры от 0 до 9), то в двоичной всего два — 0 и 1. Но для технических устройств иметь десять разных состояний крайне неудобно. Механические счётные машины с этим худо-бедно справ- лялись — зубчатые колёса неслож- но сделать такими, чтобы они имели 10 позиций. А в электрических схе- мах гораздо удобнее иметь всего два состо- яния (включено — выключено, есть ток в цепи — нет тока в цепи). И хотя сами числа в двоичной системе получаются более длинными, это окупается простотой и надёжностью схемы устройства, которое ихвоспро- изводит. Заметим, что теория вовсе не подтверждает правоту разработчи- ков компьютеров — они пошли «на Хчк ВКП. поводу» у инженеров-электронщи- ков, которым было легче конструи- ровать ячейки с двумя состояниями. На самом деле (и это строго доказы- вается) наиболее простым и эконо- мичным счётным устройством был бы троичный компьютер, исполь- зующий ячейки с тремя состояни- ями, но по множеству причин это направление на практике развития не получило. Биты и байты К 1930—1940-м гг. в результате раз- вития электроники и техники связи возник вопрос, сама формулировка которого до тех пор никому не приходила в голову: как измерять информацию? Перед тем как этот вопрос поставить в такой форме, следовало осознать ещё одну очень непростую вещь: понятие «информация» является универсальным и одинаково применимым и к картине Репина «Бурлаки на Волге», и к «Аппассионате» Бетховена, и к газетной заметке, и к роману Толстого «Война и мир». И даже к языку танца пчёл или соловьиным трелям. Всё, ЧТО МЫ ВИДИМ, СЛЫШИМ, читаем и рассказываем, или 33
Устройство компьютеров представляет собой информацию. Подчеркнём одну особенность этого понятия, которую выделял сам автор тео- рии информации Клод Шеннон (1916—2001): измерять можно лишь формальные характе- ристики, объём и неко- торые другие свойства некоего сообщения, но не его содержа- ние, актуальность или новизну. Ценность Клод Шеннон. 1 %. Слово «бит» (bit или bite) — по-английски «ку- сочек, частица чего-либо». Как термин для обо- значения коли- чества информа- ции слово «бит» возникло от со- кращения Binary digiT — «двоичная цифра». Слово «байт» (byte) представляет со- бой сокращение от BinarY digiT Eight — «восемь двоичных цифр». информации (напри- мер, ценность произведения искус- ства или важность какой-то новости) численному измерению не поддаётся и находится вне компетенции мате- матиков. Только усвоив это необычное для обыденного взгляда свойство инфор- мации, можно попробовать её изме- рять. Для этого в 1948 г. Шенноном и независимо от него в том же году Нобертом Винером (1894—1964) было введено понятие минимальной, неделимой далее единицы инфор- мации, которая получила название бит. Один бит — это выбор одного из двух возможных вариантов, орёл или решка, 0 или 1. Очень важно, что количество информации, записанное в битах, может легко интерпретироваться как обычное число в двоичной системе. С другой стороны, те же биты сов- падают с логическими переменны- ми в математической логике Буля — «правда» и «ложь». Всё многообразие операций, которые можно произво- дить с информацией (и математиче- ские расчёты, и логические вычисле- ния, и различные преобразования), таким образом удаётся свести просто к операциям с двоичными числами. По некоторым причинам — не последней из них был вопрос удоб- ства — кроме бита основной еди- ницей измерения информации в компьютерной технике стал байт. Ёмкость обычного CD-диска — 700 Мбайт. содержащий 8 бит информации. То есть 1 байт может содержать 28= 256 вариантов. Помимо всего прочего, такая единица удобна для представле- ния текста, если каждую букву алфа- вита или другой текстовый символ закодировать одним байтом опре- делённого значения и договорить- ся о том, чтобы такая кодировка со- блюдалась всеми. Аналогично можно закодировать картину, музыкаль- ное произведение или видеоклип. Или — компьютерную программу. Так как всё перечисленное с точки 34
Как работает компьютер зрения теории информации пред- ставляется одинаково, в виде масси- вов чисел, то и хранить их можно на одних и тех же технических устройс- твах — в памяти компьютера, на ком- пакт-дисках и т. п. Разные такие устройства будут различаться ёмкостью, измеренной в байтах. Для удобства ввели крат- ные единицы — килобайт (Кбайт, КБ), мегабайт (Мбайт, МБ), гигабайт (Гбайт. ГБ) и терабайт (Тбайт, ТБ). Значение приставок здесь отлича- ется от стандартных величин крат- ности, где, например, «кило» означа- ет умножение на 1 000, а «мега» — на 1 000 000. В компьютерной тех- нике килобайт равен 1024 байтам, мегабайт — 1024 килобайтам и т. д. (число 1024 есть 2В * 10 * * * *). Существует даже такой анекдот: физик твёрдо уверен, что в килобайте 1000 байт, а программист — что в килограмме 1024 грамма. Сердце, мозг и память компьютера Микропроцессор. Микропроцессор (или прос- то процессор, так как иных, кроме «микро», теперь уже не бывает) являет- ся одновременно и сердцем, и мозгом компьютера. Серд- цем — потому что именно процес- сор гонит по сис- темным шинам пото- ки информации, как ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ В однобуквенных сокращениях принято обозначать байт большой буквой (Б), чтобы отличить его от бита (б), но в соответствии с отечественными стандартами сокра щений (и во избежание разночтений) следует писать полностью: «Кбайт», «Кбит». В 1999 г. Международная электротехническая комиссия (МЭК) с большим опоз- данием попыталась устранить неоднозначность в обо- значениях кратности, введя специальные двоичные при- ставки «киби» (вместо «кило»), «меби» (вместо «мега») и «гиби» (вместо «гига»), означающие умножение на 1024 вместо 1000. Однако «килобайты» и < мегабайты» к тому времени настолько прижились, что эти не очень удачно звучащие обозначения так и не стали общепринятыми. Приставку «кило» в единицах информации предлагают писать с большой буквы (Кбайт), чтобы подчеркнуть, что речь идет об умножении на 1024, а не на 1000, однако для приставок «мега» и «гига» (а также всех остальных) такого удобного приёма уже нет. В большинстве случаев эти неоднозначности проблем не вызывают. На практи- ке можно встретить обозначение единиц информации из одной буквы (например, «256 К памяти»), но пользо- ваться таким способом не следует, так как часто при- ходится гадать: о чём тут идёт речь — о килобитах или килобайтах. Некоторые цифры для любознательных: • объём всей сохранённой информации в мире (включая печать, видео- и киноплёнку, магнитные и оптические носители) в 2006 г. составил 150 эксабайт (1 Эбайт= = 1018 байт). К 2010 г. этот объём может достигнуть 1000 эксабайт; • в конце 2005 г. через Интернет передавалось около 300 петабайт информации ежедневно 1 Пбайт = 1015 * * байт); • в 2006 г. ежегодный объём посланий по электронной почте превысил 6 эксабайт без учёта спама — мусор- ной рекламной рассылки; • в крупнейшем Интернет-поисковике Google к середи- не 2005 г. было собрано 170 терабайт информации (1 Тбайт=10’2 байт). 35
Т Устройство компьютеров обычное сердце гонит кровь по сосудам. А мозгом — потому что весь «интеллект» компьютера, если пони- мать под этим способность перера- батывать потоки информации, также заключён в процессоре. Правда, как в обычном организме не вся жизнеде- ятельность контролируется мозгом, так и в компьютере не все действия процессор совершает самостоятель- но. Но самое главное делает именно он, без процессора компьютер нера- ботоспособен. Другая абсолютно необходимая для «жизнедеятельности» компью- тера вещь — память. Процессор без памяти может сделать только одно — правильно включиться. И как только он включится и все переходные про- цессы в нём закончатся, первым его действием будет обращение к памяти, где хранятся программы его дальней- шего поведения. Так как процессор только и умеет, что оперировать с числами, то для того чтобы обратиться к памяти, ему нужно знать некое число, которое составляет адрес памяти. Вся память разбита на ячейки, а каждая ячейка имеет номер, который и есть её адрес. Каждая такая ячейка в современных машинах содержит не менее 4 байт, а иногда и больше, и записанные в ней числа образуют команды или данные, которые в совокупности и составляют программу. Когда компьютер выклю- чен, программы хранятся в энергоне- зависимой памяти, на жёстких дисках или в других долговременных храни- лищах информации. Процессор при включении обра- щается к памяти по совершенно определённому адресу, который заложен в него на этапе производ- ства, и считывает первую команду, расположенную по этому адресу. Если в команде нет иных указаний, то автоматически считывается вто- рая команда, потом третья — и так по порядку возрастания адресов. Больше процессор самостоятельно не делает ничего (точнее было бы сказать — ничего для нас существен- ного) — все дальнейшие действия компьютера определяются содер- жанием команд, т. е. записанной про- граммой. В обычном ПК самая первая команда содержит адрес процедуры проверки — тестирования компьюте- ра, которая выполняется при каждом включении. Включите свой компью- тер и понаблюдайте, что происхо- дит после подачи питания, — все эти загадочные надписи и есть резуль- тат деятельности программы тести- рования. После того как компьютер «по- хлопает» самого себя по «рукам- ногам», чтобы убедиться, что всё в порядке, он переходит к выполне- нию программы загрузки операци- онной системы (ОС) — программы, которая, в свою очередь, позволя- ет загружать другие, пользователь- ские программы и управляет ими. После загрузки ОС компьютер готов к работе. Самая распространённая операционная система называется Windows, но существуют и другие ОС, их мы рассмотрим в соответ- ствующих главах. 36
Устройство персонального компьютера УСТРОЙСТВО ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА ПРОЦЕССОРЫ: КАКИМИ ОНИ БЫВАЮТ Считается, что человек выделился из животного мира, став разумным. Точно так же компьютер, получив процессор, приобрёл свой более высокий статус по сравнению со всеми ранее существовавшими техни- ческими приспособлениями. Процес- сор можно назвать мозгом компьюте- ра. Причём, продолжая сравнение с человеком, который имеет не только головной, но и спинной мозг, надо отметить, что и современные ком- пьютеры редко обходятся одним центральным процессором. Для его разгрузки от выполнения рутинных операций другие узлы компьютера, в частности видео- и звуковые карты, также обзавелись собственными процессорами, находящимися, тем не менее, под контролем «головного мозга» — центрального процессора. Процессор — это микросхема площадью несколько квадратных сантиметров, содержащая очень большое количество транзисторов (от десятков миллионов до милли- арда в зависимости от назначения). Внутри транзисторы группируются в блоки, ответственные за выполнение тех или иных операций. Например, в блок ALU (Arithmetic Logic Unit — ♦арифметико-логическое устрой- ство», АЛУ) на обработку поступают целые числа, здесь же выполняют- ся логические операции. Блок FPU (Floating Point Unit) отвечает за сложные математические вычис- ления с использованием дробных чисел, представленных в формате ♦с плавающей запятой». Когда в моду вошли мультимедийные программы, насыщенные графикой и звуковыми эффектами, а также игры с трёхмер- ной моделью виртуального мира, процессоры обзавелись дополни- тельными блоками «мультимедийных команд» (MMX, SSE, 3DNow! и др.) для ускоренной обработки часто встре- чающихся последовательностей опе- раций, характерных для таких про- грамм. Универсальные и специализированные На самом общем уровне все процес- соры работают одинаково: посту- пающие из памяти данные и коман- ды преобразуются в соответствии с алгоритмом исполняемой в данный момент программы и помещаются обратно в память. Если логика рабо- ты подразумевает какое-то участие пользователя, результаты выводят- ся на экран (в том или ином виде — от числового представления, если Процессор. 37
Устройство компьютеров ИЗОБРЕТЕНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРА Во всех первых компьютерах процессоры строились на так называемых дискретных элементах — лампах и транзисторах. Микросхемы, появившиеся на рубеже 1960-х гг., первоначально могли заме- нить только самые простые узлы элек- тронных схем, о том, чтобы в одну микросхему «упаковать» такое слож- ное и разветвлённое устройство, как компьютерный процессор, и речи не было. Положение изменилось, когда в начале 1970-х гг. за дело взялась компания Intel (основателем её в числе других был один из изобрета- телей микросхемы — Роберт Нойс). С тех пор процессоры стали микро- Руководители компании Intel Эндрю роув, Роберт Нойс и Гордон Мур. Начало 1970-х гг. процессорами, и эти термины упо- требляются как синонимы. Микропроцессор оказался изо- бретён, как это часто бывает, случайно, в рамках со- всем другой задачи. Первоначально корпорация Intel не помышляла ни о каких процессорах и занималась раз- работкой и продажами микросхем памяти, на которые тогда как раз ожидалось увеличение спроса. В 1969 г. в Intel появились несколько человек из Busicom — молодой японской компании, производителя калькуляторов. Им требовался набор из 12 интегральных схем в качестве основного элемента нового дешёво- го настольного калькулятора. Теда Хоффа (родился в 1937 г.), руководи- теля отдела занимавшегося разработ- кой различных устройств на основе продукции Intel, осенила блестящая идея. Вместо того чтобы создать каль- кулятор с некоторыми возможностя- ми программирования, он предложил сделать наоборот: универсальный компьютер, программируемый для работы в качестве калькулятора. Раз- вивая идею, в течение осени 1969 г. Тед Хофф. Хофф определился с архитектурой будущего микропроцессора. Весной в отдел Хоффа пришёл новый сотруд- ник Фредерик Фэггин, который и придумал название для всей системы: «семейство 4000». Семейство состояло из четырёх 16-выводных микросхем: 4001 содержала ОЗУ на 2 Кбайт; 4002 — энергонезависимую память для загрузки программ 4003 представляла собой расшири- тель ввода вывода для связи с клавиатурой, индикато- ром и другими внешними устройствами; наконец, 4004, собственно и была 4-битным ЦПУ (центральным процес- сорным устройством). Первый микропроцессор состоял из 2300 транзисторов и работал с тактовой частотой 108 кГц. О его создании было объявлено 15 ноября 1971 г. Busicom приобрела разработку, заплатив Intel 60 тыс. долларов. Но в Intel решили возвратить Busicom эти деньги, чтобы вернуть себе права на микропроцессор. i4004 обладал вычислительной мощностью, сравнимой с мощностью первого электронного компьютера ENIAC (ЭНИАК). Своё практическое применение 4004-й нашёл в таких системах, как устройства управ- ления дорожными светофорами и медицинские анализаторы крови. Он использован в бортовой аппаратуре межпланетного зонда Pioneer-10, который поставил рекорд до гожи- тельства среди подобных аппаратов: зонд был запушен NASA в 1972 г., а к 1 сентября 2001 г. Pioneer-Ю уда- лился от Земли на 11,78 млрд км и всё ещё работал. Первый микро- процессор i4004. 38
Устройство персонального компьютера компьютер решает инженерную зада- чу. до изображения какого-нибудь лабиринта с монстрами, если запу- щена игра), записываются на диски, могут быть отправлены на другой компьютер через локальную сеть или в далёкое «плавание» по Интернету. Если процессор способен испол- нять произвольные команды и для него можно писать программы, которые будут решать разнообраз- ные задачи (от расчёта полёта кос- мической ракеты до редактирования текста или прослушивания музыки в МРЗ-формате), он называется универ- сальным. Именно такими являются все центральные процессоры. Другие процессоры лучше всего выполняют определённые операции: например, графический процессор пересчиты- вает трёхмерную модель виртуаль- ного мира так, чтобы отобразить её на плоском экране под углом зрения, соответствующим положению игро- ка. Важной особенностью специали- зированных процессоров является очень высокая производительность в «своих» задачах. Так, даже самый слабый современный графический процессор превосходит по скоро- сти обработки графики мощнейшие из ныне существующих централь- ных процессоров, если заставить их исполнять те же операции. Вполне можно себе представить, что в будущем центральные про- цессоры превратятся в набор из нескольких специализированных, а универсальным останется лишь небольшой модуль (так называемое ядро). Уже сейчас на кристалле цен- трального процессора могут рас- полагаться до четырёх одинаковых универсальных вычислительных ядер (каждое с полным набором необходимых блоков — ALU, FPU и др.), но дальнейшее наращивание числа таких ядер выглядит не слиш- ком хорошей идеей. Становится всё труднее распределять поток команд между несколькими одинаковыми вычислительными блоками, в ре- зультате в многоядерных процессо- рах часто полностью используются лишь некоторые из имеющихся ядер, а остальные большую часть време- ни простаивают и только впустую расходуют энергию. А благодаря комбинации универсальных ядер и специализированных блоков уни- версальные процессоры будущего действительно смогут с достаточ- но высокой скоростью исполнять любые задачи. Наиболее вероятно, что первоначально такие процес- соры появятся в ноутбуках, и тогда даже сверхкомпактные модели смо- гут «подружиться» с трёхмерными играми и прочими мультимедийны- ми развлечениями. Медленные и быстрые Способы наращивания производи- тельности известны давно. Все они заставляют разработчиков либо помещать всё больше транзисторов на кристалл процессора, либо доби- ваться большей скорости переклю- чения транзисторов Взять и сделать идеальный процессор прямо сей- час (а главное, начать его массо- вый выпуск) не по силам ни одно- му из производителей. Поэтому мы наблюдаем постепенный прогресс, который, к счастью идёт достаточно высокими темпами, и нередко при- ходится слышать, что программи- сты не успевают за темпом прирос- та процессорной мощности. В итоге владельцы компьютеров с наиболее мощными процессорами не могут использовать их в полную силу, т. е. не ощущают преимущества по срав- нению с менее производительными (и гораздо более дешёвыми)! За счёт чего процессоры раз- ных фирм, разных моделей и вре- мени выпуска отличаются друг от друга по производительности? Иными словами, почему часто при- ходится слышать, что на старом 39
®ПР Устройство компьютеров Кристалл типового процессора 1990-х гг компьютере программы «еле шеве- лятся», а на новом — «просто-таки летают»? В первую очередь, влияние ока- зывает внутренняя структура (или, как её ещё принято называть, архи- тектура) процессора: количест- во вычислительных блоков, спосо- бы взаимодействия блоков между собой. Архитектура неодинакова у разных семейств, отсюда и берут- ся различия в производительнос- ти процессоров на разных зада- чах и в разных условиях. Названия Athlon 64, Core 2 Duo, Pentium 4, Celeron, Sempron и др. — всё это наименования семейств. Поскольку возможности процес- сора по обработке данных значи- тельно превосходят способности внешней памяти по обеспечению его данными и командами, для хра- нения наиболее востребованных в текущий момент данных процес- соры оснащаются встроенной соб- ственной памятью небольшого объ- ёма — кэш-памятью, работающей на частоте процессора. Её объём и спо- соб организации также влияют на производительность. Очень часто для получения удешевлённой версии процессора у старшей модели прос- то уменьшают кэш (именно таким образом, например, от Pentium 4 «произошёл» процессор Celeron, а от Athlon 64 — Sempron). Практика свидетельствует, что рост объёма кэш-памяти процессора оказывает пропорциональное влияние на быс- тродействие только до определён- ного уровня, поэтому стремиться приобрести процессор с максималь- ным объёмом кэш-памяти всё же не стоит. Тактовая частота и количест- во выполняемых за такт операций также вполне естественным образом влияют на скорость исполнения про- грамм. А поскольку частота — самый удобный параметр с точки зрения получения процессоров с разной производительностью, но идентич- ных по внутренней структуре (т. е. сошедших с одного конвейера), разработчики, выпуская очередную модель процессора, не ограничи- ваются вариантом с максимальной частотой и предлагают покупателям несколько версий. Это позволяет про- 40
Устройство персонального компьютера дать по сниженной цене процессоры, которые не прошли внутрифирмен- ное тестирование на максимальной частоте, но стабильно работают на менее высокой. Чтобы оценить производитель- ность того или иного процессора в разных задачах и выбрать для свое- го компьютера оптимальный вари- ант, надёжнее всего обратиться к результатам тестирования в компью- терных журналах и на тематических сайтах. Практически важным фактором, кроме производительности, при оценке процессоров является тепло- выделение. Чем более «горячим» ока- жется процессор, тем интенсивнее придётся работать системе охлажде- ния компьютера, а значит, возрастёт и шум. Для крупных предприятий, где используются сотни компьюте- ров, разница может быть существен- на и с точки зрения расхода электро- энергии (усиленный нагрев является признаком большего потребления). Самые мощные из современных про- цессоров потребляют 100—120 Вт. К счастью, основная масса гораздо менее «прожорлива» и ограничива- ется 65—80 Вт. Тенденция к созданию всё более производительных процессоров, часть мощности которых неизбеж- но остаётся невостребованной, была преодолена в начале 2008 г. компа- нией Intel. Представленные ею про- цессоры семейства Atom имеют небольшие размеры (примерно с 10-копеечную монету) и потребляют мало энергии (не более 2,5 Вт). При этом их вычислительная мощность сравнима с мощностью гораздо более «прожорливых» и громоздких процессоров Intel Celeron, что поз- воляет на основе Atom делать полно- ценные компьютеры и ноутбуки но значительно более дешёвые и ком- пактные. Например, одна из разра- ботанных Intel материнских плат для этого семейства имеет размер всего 17x17 см. Системный блок сделан- ного на её основе компьютера будет не крупнее коробки из-под обуви при полном отсутствии шумящих венти- ляторов и стоимости, не превыша- ющей 150-200 долларов США. Современный двухъядерный процессор Intel Core 2. ДОРОГОЕ УДОВОЛЬСТВИЕ На заре эры персональных компьютеров процессоры были гораздо более простыми по конструкции, и нередко одна и та же конструкция производилась большим количеством фирм. Так, аналог одного из первых процессоров для персональных компьютеров — i8088 произ- водился и несколькими предприятиями на территор и СССР. Про- цессоры тогда содержали не более 100 тыс. транзисторов, а размер отдельного транзистора был равен примерно 0,5 мкм. Это тоже впе- чатляющие числа, но они не идут ни в какое сравнение с нынешним положением дел. Сейчас подобная ситуация немыслима. Стоимость завода для мас- сового производства центральных процессоров по современным технологическим нормам (размеры элемента 65—90 нм) находится в пределах 3—5 млрд долларов. Но главное, конечно же, не деньги — иначе каждый «нефтяной король» не удержался бы от облазна иметь собственное производство в этой динамичной и прибыльной отрас- ли. Разработать процессор современного уровня — задача сама по себе непростая, но это только малая часть дела. Надо ещё воплотить замысел «в кремнии и меди» и в массовых масштабах заинтересовать потребителей по всему миру. На сегодня это оказалось по плечу всего нескольким фирмам. Примерно то же можно сказать о передовых гра- фических процессорах. И удивляться здесь можно с орее тому, что вообще кому-то по плечу такая задача — штамповать миллионными тиражами микросхемы отдельно взятый элемент которых в несколько тысяч раз тоньше человеческого волоса. Причём все эти микроско- пические элементы должны не только изначально получиться такими, как задумано конструкторами, но и исправно отработат в компьютере много лет! Согласитесь, есть здесь нечто фантастическое. 41
I Устройство компьютеров КОМПЬЮТЕРНАЯ ПАМЯТЬ Информацию необходимо где-то хранить, ведь процессор сам по себе не создаёт данные, он лишь обраба- тывает их — считывает из памяти, производит необходимые дейст- вия и записывает обратно. Можно считать, что в этом кроется одно из принципиальных отличий компью- терного мозга от человеческого. Ведь человек нередко может догадать- ся, принять интуитивное решение, даже не владея необходимой полно- той информации. Но, пожалуй, это слишком поверхностный вывод, в действительности, как правило, вер- ным интуитивное решение бывает в том случае, когда человек достаточно осведомлён в вопросах, связанных с решаемой задачей. Иными слова- ми, он тоже «обработал» информа- цию, возможно, хранящуюся где-то в подсознательной памяти и потому кажется, что он просто почувствовал верное решение. Много хорошей и разной Компьютер, к сожалению, не имеет подсознания, но память его также Плата памяти. делится на несколько уровней, раз- личающихся по объёму и скорости доступа (близости к процессору). На первом уровне находится кэш- память (см. «Процессоры: какими они бывают»), поскольку она в совре- менных процессорах располагается на одном с вычислительным ядром кристалле. На втором уровне — опе- ративная память, которую нередко именуют просто памятью или опе- ративным запоминающим устройс- твом (ОЗУ). Именно эти два типа памяти чаще всего используются процессором для принятия быстрых «решений». Доступ к данным, хранящимся на этих уровнях сравним со скоростью их обработки внутри процессора, тогда как обращение на третий уро- вень — к жёсткому диску, а тем более к сменным накопителям (CD, DVD, флэш-накопителям) происходит зна- чительно медленнее. Если бы мы попробовали (вир- туально) лишить компьютер опера- тивной памяти и заставить процес- сор считывать и записывать данные исключительно на жёсткий диск, то одна лишь загрузка операционной системы Windows ХР вместо минуты занимала бы несколько часов. Поэ- тому типовая работа компьютера предполагает читывание (загрузку) с дисков в оперативную память дан- ных необходимых для исполнения запущенной в настоящий момент программы. Скажем, в момент запус- ка текстового редактора в память загружаются необходимые для рабо- ты программные модули, а затем и текст, также хранящийся на диске в виде файла. Почему нельзя хранить всё «под рукой» — в оперативной памяти, отказавшись от дисков? По двум при- чинам: объём оперативной памя- ти сравнительно невелик, а попы- тавшись его расширить до объёмов винчестера, пришлось бы заплатить за память в 100 раз больше. Но ещё 42
Устройство персонального компьютера важнее тот факт, что данные в опера- тивной памяти хранятся, лишь пока компьютер включён. Именно поэто- му необходимо периодически сохра- нять результаты работы на жёстком диске — желательно не только по окончании работы, но и когда при- ходится временно отходить от ком- пьютера. Как выглядит память Оперативная память в современ- ных компьютерах представляет собой маленькую плату — модуль, на котором размещаются микросхе- мы. В зависимости от объёма число микросхем может быть различным, а объём памяти в самих микросхе- мах постоянно увеличивается по мере совершенствования техноло- гий. На сегодня рекорд уже состав- ляет до 1 Гбита (миллиарда ячеек памяти). Хотя бы один модуль, а в некоторых случаях два (одинаковой ёмкости) должны быть установлены в соответствующие разъёмы на мате- ринской плате, в противном случае компьютер щже не запустится. Если объём памяти недостаточен для загрузки блоков программы и данных целиком, компьютер орга- низует так называемый свопинг (от англ, swap — «обмен»), В процессе свопинга данные подгружаются с диска в память или записываются на диск, что вызывает характерное торможение и замедление откли- ка компьютера в ответ на команды пользователя. Именно поэтому быс- тродействие компьютера в большей степени определяется объёмом опе- ративной памяти, а не тактовой час- тотой процессора (в определённых пределах, конечно). Если не пожалеть средств и уста- новить как можно больше памяти, то со своими задачами компьютер справится даже в самых требова- тельных к ресурсам программах, в том числе таких «потребителях мегабайтов», как графические редак- торы и игры. Объём 2 Гбайта счита- ется оптимальным для работы опе- рационной системы Windows Vista. Минимальным объёмом, если ком- пьютер используется лишь в качест- ве «печатной машинки», сейчас счи- тается 1 Гбайт. Память типа DDR SDRAM. НУЖНО ЛИ ВЫБИРАТЬ ПАМЯТЬ? Существует несколько типов модулей памяти, отличающихся кон- структивно, наиболее распространённой является память типа DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory — «динамическая оперативная память с удвоенной скоростью пересылки данных»). Второе поколение этой памяти носит наимено- вание DDR2. Главные характеристики памяти — частота (например, 800 МГц) и величины задержек при обращении, так называемые тайминги. Тайминги (обычно записываются в такой форме: 5-5-5-15) означают количество тактов, которые процессору придётся ждать для получения запрошенной порции данных в разных режимах. Выбор типа памяти напрямую зависит от выбора платформы (так принято называть связку процессор — материнская плата). Поэтому достаточно определиться с платформой и просто приобрести память того типа, на который она рассчитана. При самостоятельной сбор- ке компьютера помимо типа оперативной памяти желательно знать марки производителей, испытанные на совместимость, о чём можно прочитать в инструкци материнской платы или на сайте и готовителя материнской платы. 43
т Устройство компьютеров МАТЕРИНСКИЕ ПЛАТЫ И ЧИПСЕТЫ Если далее проводить ана- Чипсеты. логию с челове- ческим организ- мом, то скелетом компьютера будет материнская плата. Это самая большая плата в корпусе компьютера: на неё установлены процессор и память, к ней подключён жёст- кий диск и другие нако- пители. Соответственно она обеспечивает взаи- модействие всех ком- подключить колонки к её выходам и тем самым обойтись без установки отдельной звуковой карты. Видео- контроллер (видеоадаптер) соот- ветственно заменяет отдельную видеокарту, формирующую изобра- жение для вывода на монитор. Разу- меется, компоненты, объединённые с материнской платой, располагают менее широкими возможностями и уступают специализированным кар- там расширения по качеству работы и набору функций. Так, «встроенный звук» звучит беднее дорогой звуко- вой карты, а видеосистема не умеет строить объёмное изображение в играх или делает это слишком мед- ленно по сравнению с отдельной видеокартой. Зато все подобные «довески» мы получаем в придачу к материнской плате, что получается и удобнее и дешевле. Более того, каче- ство встроенных звуковых адаптеров стало настолько высоким, что без них материнские платы уже давно не выпускаются (правда, о видео- картах этого не скажешь), что не мешает при желании использовать отдельную карту более высокого качества. Скелет скелета С материнской платой тесно связано такое понятие, как чипсет ;от англ. chip set — «набор микросхем»). Он состоит, как правило, из двух микро- Материнская плата. понентов компьютера с помощью вспомогательных микросхем (адап- тирующих сигналы от различных устройств) и соединительных шин (печатных дорожек, состоящих из проводящего вещества, чаще всего меди). Кроме объединяющей роли мате- ринские платы берут на себя всё больше функций, ранее характер- ных для отдельных карт расширения. Например, функции воспроизведе- ния звука, интегрированные в мате- ринскую плату, позволяют напрямую 44
Устройство персонального компьютера ❖ ®г схем, называемых мостами — глав- ным (иначе северным) и вспомога- тельным (иначе южным). Их легко отличить от прочих по размеру (самые большие на плате микросхе- мы принадлежат чипсету), и очень часто для их охлаждения использу- ются отдельные радиаторы или даже вентиляторы. Современные чипсеты работают на частоте 300—600 МГЦ и содержат примерно такое же коли- чество транзисторов, как централь- ные процессоры 5—7-летней дав- ности. Поскольку соединить напрямую все внешние и внутренние компо- ненты компьютера невозможно (разные устройства действуют по разным протоколам, кодируют одну и ту же информацию разными по- следовательностями электрических сигналов), работу по их согласова- нию между7 собой и выполняют мик- росхемы чипсета. Все характеристи- ки платы (например, поддержка тех или иных портов для периферии, тип оперативной памяти и модель самого процессора) тесно связаны с моделью чипсета. Поэтому в характе- ристиках материнской платы чипсет обязательно указывается. Изучать чипсет при выборе ком- пьютера необязательно: достаточно просто выбрать среди материнских плат ту, которая обеспечит возмож- ность подключить все планируемые устройства. Дело в том, что коли- чество разъёмов для установки плат расширения, памяти, дисководов на самой плате и разъёмов, собран- ных на её задней панели, к которым подключается внешняя перифе- рия — принтеры, сканеры, модемы, локальная сеть и т. п., в любом случае определяется производителем платы, а не чипсета. И если чипсет поддер- живает, например, 10 портов USB, это не означает, что любая плата на таком чипсете имеет ровно 10 пор- тов. Производитель платы запросто может решить, что такое количество избыточно, и не будет устанавливать соответствующие разъёмы. Тем более что разместить все поддерживаемые чипсетом порты на задней панели материнской платы обычно непросто. Разъёмы, порты, слоты Подробнее о способах соедине- ния различных компьютерных устройств — аппаратных интер- фейсах, использующихся в совре- менных компьютерах, можно про- честь в других разделах тома, здесь лишь кратко перечислим, какие разъёмы для чего используются (см. рисунок). Процессорный разъём, также называемый сокетом (от англ. socket — «розетка»), необходим для Типовая современная материнская плата: 1 — разъёмы стандартного PCI; 2 — разъёмы PCI-Express xl; 3 — разъём PCI-Express xl 6 для установки видеокарты; 4 — место для установки процессора с креплениями; 5 — радиатор охлаждения чипсета; 6 — пары разъёмов для установки модулей двухканальной памяти; 7 — разъёмы Serial АТА; 8 — разъёмы IDE (Parallel АТА). 45
®F Устройство компьютеров установки центрального процессора и, по очевидным причинам, должен в точности соответствовать выбран- ной модели. DIMM — разъёмы для установки памяти. Обычно встречается от двух (на компактных платах и ноутбуках) до четырёх разъёмов. Для максималь- ной производительности потребует- ся установить два или четыре моду- ля памяти (а не один!) одинакового объёма в определенные разъёмы для того, чтобы процессор имел доступ к памяти через два независимых канала. PCI — характерные длинные слоты белого цвета, встречающиеся на любой материнской плате. В такие разъёмы устанавливаются звуковые карты, ТВ-тюнеры, платы видеозахва- та, модемы и т. п. PCI-Express х16 — порт, ис- пользуемый в основном для уста- новки видеокарты. Необходимый компонент для любой платы, на основе которой собирается домаш- ний компьютер. Даже если пла- нируется сначала ограничиться видеоадаптером, интегрированным в чипсет, в перспективе возмож- но добавить видеокарту для игр. На дорогих платах нередко встречают- ся два и даже три графических порта, их можно использовать для уста- новки дополнительных видеокарт с разными целями, например для под- ПОЧЕМУ МАТЕРИНСКИЕ ПЛАТЫ ИМЕЮТ РАЗНУЮ ЦЕНУ? Выбирая материнскую плату пользователь может быть удивлён разбросом цен — от 50 до 250 долларов. Притом даже самая маленькая и недорогая плата зачастую вклю- чает достаточный набор портов — зачем тогда дорогие? Стоит ли переплачивать, не лучше ли поставить больше памяти, мощнее процессор либо видеокарту, если имен- но от них зависит скорость работы компьютера в целом? Производители на этот счёт имеют вполне чёткое определение. Недорогие платы ориентированы на офисные компьютеры и пользователей с минимальными запросами к функциональности. На основе такой платы можно собрать компьютер, соответствующий современ- ному уровню, но, задумавшись о расширении функцио- нальности в будущем, вы столкнётесь с трудностями, поскольку д мюлнительные карты просто некуда будет установить. Зато очень часто такие платы имеют инте- грированный видеоадаптер, а это означает, что рабо- тоспособный компьютер можно получить, установив на плату лишь процессор и память (никаких карт расши- рения не потребуется). Этот дешёвый способ активно используется для сборки офисных компьютеров, ведь в игры (для которых нужна мощная видеокарта) на работе играть не положено. В серединке по цене стоят платы, которые наиболее часто можно встретить в мощных домашних компью- терах Такие платы, как правило, имеют полный набор портов и разъёмов, какие могут потребоваться для сбор- ки действительно современного компьютера с запасом на будущее. Что касается более дорогих плат, то здесь цена обусловлена либо специальной комплектацией, либо некой фирменной особенностью — например, когда вместо стандартного недоро ого звукового адаптера используется мощный звуковой процессор, аналогичный устанавливаемым на отдельных звуковых картах. Или на плате может быть установлен адаптер беспроводной сети (Wi-Fi). Наконец, сама плата бывает оформлена таким образом, что после её установки в соответствующий кор- пус (прозрачный или с окном) и включения окружающие приходят в удивление от художественной подсветки и оригинальной раскраски. 46
Устройство персонального компьютера ключения к компьютеру нескольких мониторов или объединения мощ- ности графических процессоров, установленных на каждой карте, с целью получения ещё более плав- ного и качественного трёхмерного изображения в играх. PCI-Express xl, х2, х4 — тоже PCI-Express, только количество линий (и, соответственно, скорость обмена) уменьшено по сравнению с графическим портом. Стандарт PCI- Express предназначен для замены более медленного обычного PCI и устроен таким образом, что в «стар- ший» слот можно установить карту, рассчитанную на «младший» размер, но не наоборот. IDE (Parallel АТА) — использует- ся для подключения жёстких дисков, оптических накопителей и т. п. Хотя бы один такой порт на плате необхо- дим, так как приводы компакт-дисков ещё нередко выпускаются именно под этот стандарт. Кабель FireWire (IEEE1394). USB (Universal Serial Bus) — сегодня актуальна версия USB 2.0 с пропускной спо- собностью 480 Мбайт/с. Через USB подклю- чаются клавиатуры, мыши, принтеры, сканеры, фото- и видео-камеры, внешние накопите- ли — от флэш-брелоков до оптических приводов и жёстких дисков в переносном корпусе. Сло- вом, этих разъёмов желательно иметь как можно больше. FireWire (IEEE1394) — менее популярный у производителей периферии стандарт с максималь- ной скоростью обмена 400 Мбайт/с, как правило, в таком формате можно встретить цифровые видеокамеры и внешние накопители. Дешёвые материнские платы могут не иметь таких разъёмов (на рисунке, в част- ности, он не показан), но все доро- гие имеют. SATA (Serial АТА) — также для подключения жёстких дисков, но более скоростной. Этот стандарт предполагает скорость обмена до 300 Мбайт/с (с увеличением её в перспективе до 600 Мбайт) против 100—133 Мбайт/с У ЮЕ. Посколь- ку для обслуживания оптических приводов предыдущего стандарта хватает «выше головы», на последо- вательный интерфейс переводятся преимущественно жёсткие диски, хотя и для них скорости перекачки выше 100 Мбайт/с пока ещё не до- стигнуть! Разъёмы для подключения внеш- них устройств (см. рисунок, а также «Внешние устройства хранения информации») обычно устанавлива- ются на задней стенке ПК, хотя неко- торые выносятся и на перед-нюю панель. Здесь мы перечислим основ- ные из них. Типичное расположение и внешний вид разъёмов для подключения внешних устройств ПК: 1 — разъём PS/2 для мыши (бирюзовый); 2 — разъём PS/2 для клавиатуры (сиреневый); 3 — два разъёма USB; 4 — разъём LPT для принтера (красный); 5 — последовательный порт СОМ (голубой); б — VGA-разъём для подключения монитора (синий); 7 — игровой порт (жёлтый); 8 — линейный выход (L-out, светло-зелёный); 9 — линейный вход (L-in, голубой); 10 — микрофонный вход (розовый); 11 — разъём сетевой карты (RJ-45); 12 — дополнительные USB-разъёмы. 47
®r Устройство компьютеров HJ-45 — разъём для подключения к локальной сети, использующей стан- дартный кабель «витая пара». LPT, СОМ, PS/2 — устаревшие порты для подключения принтера, внешнего модема (а также других устройств) и PS/2-мыши с клавиату- рой соответственно. Они по-прежне- му есть на всех современных платах, за редким исключением. Line Out, Line In, Mie, S/PDIF Out, S/PDIF In и t. n. — аналоговые и цифровые выходы для подключе- ния колонок, наушников, систем мно- гоканального звука, а также входы для записи аудиосигнала с внешних источников, в качестве которых могут выступать любые устройства, имеющие соответствующие выходы: проигрыватели, магнитофоны, мик- рофоны. Символами Mic обознача- ются микрофонные входы. VGA, DVI, HDMI — платы с интег- рированным в чипсет видеоядром, имеющие среди разъёмов аналого- вый (VGA) или цифровой (DVI либо HDMI) порт для подключения мо- нитора НОСИТЕЛИ ИНФОРМАЦИИ НА ОСНОВЕ МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ Винчестер. Программы, пользовательские файлы — словом, всё, с чем имеет дело компью- тер, хранится на магнитных дисках, собранных в стопку внутри компактной коробочки, имену- емой винчестером (по внутрифирменному назва- нию первого жёсткого диска от компании IBM, маркировка которого — «30-30» — напоминала оружейный калибр). Сам принцип магнитной записи на первый взгляд крайне прост: намагниченные в про- тивоположных направлениях части- цы в специальном слое на поверх- ности диска обозначают логические нули и единицы, из которых склады- вается хранящаяся на диске инфор- мация. В процессе считывания используется давно известный прин- цип электромагнитной индукции: в миниатюрной катушке, находящейся в головке чтения, при прохождении её над разными участками магнит- ной поверхности создаётся разной силы электрический ток, который и преобразуется электроникой в по- следовательность цифровых данных. Во время записи, наоборот, в той же головке возбуждаются колебания тока, которые вызывают различную намагниченность отдельных частиц поверхности. Однако вообразить, с какой плот- ностью размещаются магнитные частицы, представляемые при чте- нии и записи как самостоятельные биты, очень трудно. На современном диске умещается 150 Гбит информа- ции на квадратный дюйм, т. е. на каж- дом квадратике со стороной 2,5 см находится 150 млрд таких частиц. Становится ясно, что путь, пройден- ный разработчиками жёстких дис- ков по усовершенствованию эле- ментарного принципа магнитной записи, который использовался ещё в бытовых магнитофонах десятиле- тия назад, очень велик И если здесь описать весь процесс физических, электрических и математических преобразований, происходящих в момент, когда головка чтения «про- летает» над участком диска, содержа- щим необходимую информацию, то рассказ, без всяких преувеличений, займёт весь объём этой книги. Старые диски непременно «озву- чивали» свою работу натужным стрёкотом головок (который иногда 48
Устройство персонального компьютера можно было услышать и из соседней комнаты через закрытую дверь!). Но постепенно производители научи- лись делать винчестеры практи- чески бесшумными, так что теперь звук от вращения диска заглушается даже самыми тихими вентилятора- ми, непременно присутствующими в любом компьютере. Иногда слыш- но лишь перемещение головок, но встречаются модели, в которых и этот звук снижен до минимума («со- всем тихими» дисками славятся ком- пании Seagate и Samsung). ОСОБЕННОСТИ ЖЁСТКИХ ДИСКОВ На заре эры персональных компьютеров разница в про- изводительности винчестеров разных марок была очень велика, и потому выбор носил принципиальный харак- тер. Дешевый (или неудачный по скоростным харак- теристикам) винчестер мог всерьёз замедл ть работу всего компьютера. Сейчас уровень дисков разных марок по своим качественным характеристикам примерно оди- наков. Так что ощутить на практике разницу в работе наиболее быстрых и самых медленных винчестеров, принадлежащих к одному поколению и имеющих оди- наковую частоту вращения, едва ли удастся. В большин- стве случаев достаточно позаботиться о ёмкости так, для домашнего компьютера, как минимум, рекоменду- ется 100— 160-гигабаитный диск. Игры, фотографии, видео, музыка, даже если всего будет понемножку, заполнят имеющееся пространство довольно быстро. Поэтому для особенно активных пользователей дально- видным шагом будет приобретение 200—500-гигабайт- ного накопителя. Обзаводиться более емкими дисками имеет смысл лишь в том случае, когда планируется хранение громозд ких данных. Характерный при- мер — работы по видеомонтажу, для которого большие диски не роскошь, а необходимость. Следующий параметр, влия- ющий на выбор дисков, — их скоростные характеристики. Частота вращения диска напря- мую определяет скорость чте- ния и записи данных — среднее время поиска дорожки и объём Жёсткий диск в системном блоке. буфера памя и, предназначенной для ускорения доступа к часто используемым данным. Частота вращения совре- менных дисков составляет 5400, 7200, 10 000 или даже 15 000 об. /мин. Модели с частотой 5400 об. /мин — самые недорогие. Высокооборотные диски часто неоправданно дороги и, кроме того, требуют особой заботы: установки в корпус дополнительной вентиляции, в противном слу- чае они довольно быстро выходят из строя. Время поиска дорожки обычно указывается в паспорт- ных характеристиках и измеряется в миллисекундах, однако, поскольку это среднее время, реальные показа- тели могут сильно отличаться от заявленных. К счастью, диски, принадлежащие к одному поколению и имеющие одинаковую частоту вращения, по скорости доступа также примерно равны. Объём буфера дополнительной памяти жёстких дис- ков — 8 или 16 Мбайт, но в перспективе ожидается значительное его увеличение (до сотен мегабайт) за счёт использования скоростной флэш-памяти. В отличие от применяемой в настоящее время оперативной памя- ти, содержимое которой стирается после выключения, такой буфер позволит сохра- нять часто используемые дан- ные (например, программные модули операционной систе- мы) даже после выключения питания. Соответственно, эти данные могут использоваться сразу после включения, что должно значительно ускорить загрузку компьютера, а также продлить время автономной работы ноутбуков (флэш- память гораздо экономнее, поскольку она не имеет враща- ющихся деталей). 49
Sjp Устройство компьютеров Высокооборотные диски могут довольно сильно нагреваться. Надо отметить, что рабочая температу- ра жёстких дисков даже в открытом корпусе легко может превышать рабочую температуру процессора (45—50 °C ), поэтому привинчивать купленный диск в душном закутке корпуса ни в коем случае нельзя. Как минимум, над и под жёстким диском должно оставаться свободное место, но лучше, если он будет установлен в потоке воздуха от какого-нибудь вен- тилятора, имеющегося в компьютере. Производство энергонезависимой памяти (на основе которой постро- ены флэш-карточки и USB-накопи- тели; подробнее см. «Внешние уст- ройства хранения информации») непрерывно совершенствуется и Винчестер. удешевляется. В связи с этим появи- лась идея замены магнитных жёст- ких дисков на так называемые твер- дотельные (Solid-State Disk, SSD). По сути, они представляют собой боль- шие карточки памяти, которые могут подсоединяться к компьютеру вмес- то жёсткого диска через те же разъ- ёмы. Твердотельные диски пока ещё дороже обычных, имеют меньшую ёмкость, но быстро совершенствуют- ся и кроме очевидного преимущест- ва в виде повышенной стойкости к ударам и воздействию окружающей среды имеют большую скорость доступа, компактнее и потребляют меньше энергии. В перспективе твердотельные диски, вероятно, смогут заменить связку оперативная память — жёсткий диск, так как впи- тают в себя преимущества того и дру- гого — быстрый доступ в сочетании с энергонезависимостью. Ещё быстрее Меры, предпринимаемые по уплотне- нию данных, хранящихся на дисках, и увеличению скорости вращения, всё же недостаточны для того, чтобы жёсткие диски могли выдавать и при- нимать данные с быстротой, сопоста- вимой с темпом работы процессора и других электронных компонентов. Поэтому инженеры не оставляют попыток увеличить скорость рабо- ты винчестеров всеми возможными средствами. Как пример можно назвать ост- роумную технологию NCQ (Native Command Queuing — «внутренняя очередь команд»). Суть её заключа- ется в том, что поступающие коман- ды на выдачу данных (от программ и системы) выстраиваются самим вин- честером в очередь и выполняются не в порядке поступления, а таким обра- зом, чтобы головкам чтения-записи не приходилось метаться туда-обрат- но по диску. Встроенная микросхема располагает полной информацией о физической структуре винчестера (количестве дисков, магнитных голо- вок, используемых сторон и т. д.), эти данные и позволяют выстраивать запросы в необходимом порядке. Например, если от разных программ одновременно пришли команды на чтение дорожек номер 3, 200 и 50, они будут прочитаны последова- тельно (в порядке 3, 50 и 200). Эта технология существенно влияет на скорость работы, поэтому диск с под- 50
Устройство персонального компьютера держкой NCQ будет полезен в любом компьютере. Впрочем, никакой отдельно взя- тый винчестер не обеспечит требуе- мой скорости доступа и размера дис- кового пространства, необходимого для хранения данных, находящихся в общем доступе (для компьютеров- серверов). К тому же, если, например, на диске хранится ценная (или пос- тоянно обновляемая) информация, которую при повреждении просто неоткуда будет восстановить, опро- метчиво доверять её одному винчес- теру, пусть даже очень дорогому и надёжному. Обе задачи — ускорение доступа и повышение надёжности — призвана решить технология RAID (Redundant Array of Independent Disks — «массив независимых дисков с избыточно- стью»). В этой технологии берётся от двух и больше одинаковых по объёму и производительности винчестеров, которые подключаются к специаль- ному RAID-контроллеру. Основных вариантов объединения, называемых также уровнями RAID, три: RAID О задействует диски в режи- ме Data Stripping — данные рас- пределяются между всеми дисками непосредственно в момент записи. Соответственно, возрастает скорость записи и чтения. При этом общий объём складывается из объёмов вхо- дящих в него винчестеров. Надёж- ность массива типа RAID О ниже, чем одиночного диска. Стоит «умереть» одному винчестеру, как данные на остальных дисках потеряют всякий смысл, поскольку каждый диск содер- жит лишь свою долю информации файла. А статистическая вероятность выхода из строя тем выше, чем боль- ше дисков задействовано в массиве. RAID 1 представляет собой про- тивоположный подход, в этом случае данные копируются одновременно на все доступные диски в режиме Data SSD от компании SanDisk. Mirroring (on англ. mirror — «зеркало»; такие массивы ещё называют зеркаль- ными). При этом если не обратить внимание на сообщение диагности- ческих программ о том, что в каком- то из дисков возникла ошибка и его следует заменить, то выход из строя одного винчестера может пройти вовсе незамеченным! ПАРАЛЛЕЛЬНО ИЛИ ПЕРПЕНДИКУЛЯРНО? Данные на винчестере сохраняются в виде намагниченных частиц. При традиционной продольной технологии записи частицы распола- гаются друг за другом «плашмя» по отношению к направлению вра шения пластины. В качестве аналогии можно представить зёрнышки риса, которые лежат на тарелке, создавая цепочки. Такое расположе- ние даёт предел плотности в 15 Гбайт на квадратный дюйм, а после его достижения начинает мешать так называемый суперпарамагнит- ный (super paramagnetic) эффект — частицы произвольно меняют свой заряд и хранить данные уже никак не могут. Перпендикулярная технология предусматривает расположение частиц перпендикулярно направлению вращения (представьте, что зёрна риса встали» вертикально и в таком виде создали цепочку), что теоретически позволяет увеличить плотность записи до 125 Гбайт на квадратный дюйм. Разумеется выстроить магнитные частицы таким образом немногим проще, чем заставить те же рисовые зёрнышки стоять ровным проем. Долгое время производителей винчестеров устраивала традиционная продольная технология записи, и лишь в 2006 г. стараниями компании Seagate появились винчестеры с пер- пендикулярным принципом записи. Это привело к очередному скач- ку в росте объёмов винчестеров. Сегодня можно приобрести диск ёмкостью 1 Тбайт (триллион байт), тогда как ещё совсем недавно максимальной считалась ёмкость 500 Гбайт и диски такого объёма стоили очень дорого. 51
МАГНИТНОЕ ПРИТЯЖЕНИЕ Помимо винчестера и сохранившегося в большинстве компьютеров, но уже практически не используемого дисковода для гибких (флоппи) дисков в разное время инженеры пытались создать альтернативные варианты использования магнитной записи для хранения данных. Самая старая и до сих пор активно применяемая технология, предна- значенная для хранения очень больших объёмов данных (например, в банковской сфере), — запись на магнитную ленту, как это делается в бытовом магнитофоне или видеомагнитофоне. Устройства для рабо- ты с такой лентой называются стримерам а сами кассеты напомина- ют бытовые видеокассеты в формате VHS. Но поскольку для поиска нужных данных ленту приходится долго перематывать, по мере раз- вития жестких и оптических дисков стримеры практически исчезли из сферы использования компьютеров, где скорость доступа — прин- ципиально важный параметр. До тех пор пока не получили значительного развития оптические диски и флэш-накопители, инженеры не оставляли попыток усовер- шенствовать магнитную запись, чтобы получить ёмкий и надёжный сменный носитель. Ведь емкость дискет (1,44 Мбайт) давно перестала соответствовать запросам пользователей, не говоря уже о надёжности хранения данных. Помимо увеличения плотности записи классиче- ских магнитных дискет (стараниями компании Iomega долгое время выпускались дискеты ZIP ёмкостью 100—200 Мбайт) предпринимались попытки совместить магнитный и оптический принцип. В этом случае в момент записи точка магнитной поверхности диска разогревается лазером до температуры, при которой происходит перемагничивание, а для чтения используется обычная магнитная голов- ка. Поскольку магнитное напыление на таких Ж ’ дисках делается из вещества, устойчивого Увы, объединяя диски в RAID 1, можно рассчитывать лишь на повы- шение надёжности. Скорость рабо- ты, ёмкость массива равны скорости и ёмкости одного винчестера. RAID 0+1 — комбинация двух вышеупомянутых уровней. Для тако- го массива требуется чётное число винчестеров. Диски делятся на пары, хранящие идентичное содержимое (RAID 1), а пары объединяются по принципу RAID 0. Система получается надёжная и быстрая, хотя и дорогая. Дальнейшее развитие идеи избыточности — уровни RAID 3 и RAID 5 — предусматривает ещё более надёжные методы хранения. Отдель- ный винчестер (или два) отводится под хранение кода коррекции оши- бок, а значит, можно не бояться не только полного выхода из строя одного винчестера, но даже единич- ных сбоев. Скажем, если информация по каким-либо причинам в момент записи исказилась, контроллер выявит это при чтении и. воспользо- вавшись избытком вспомогательных данных, восстановит правильную информацию. ОПТИЧЕСКИЕ НАКОПИТЕЛИ Несмотря на разнообразие сущест- вующих оптических форматов запи- си данных, принцип считывания информации с помощью лазерного луча всегда одинаков, как для пер- вой разновидности таких дисков (CD — «компакт-диск»), появившейся ещё в 1982 г., так и для только полу- чивших распространение HD DVD и Blu-Ray. Изготовленные фабричным способом диски с записью имеют отражающий слой, защищённый пластиковым прозрачным покры- тием и состоящий из микроскопиче- ских впадин и площадок. Лазерный луч в зависимости от того, попал он к перемагничиванию при обычных температурах, плотность записи и надёжность хранения данных зна- чительно повышаются. Впрочем, с прогрессом оптической записи «магнитооптика» потеряла свою актуальность. Что, пожалуй, и неудивительно, скорее приходите поражаться тому, насколько живу чим оказался магнитный принцип записи для основного хранилища информации на современных ПК — жестких дисков. 52
Устройство персонального компьютера в канавку или на ровную поверх- ность, отражается под разным углом и либо оказывается в фокусе опти- ческой системы (и это означает чте- ние логической единицы), либо нет (ноль). Подобно старым виниловым пластинкам, на оптическом диске размещается одна спиралевидная дорожка, раскручиваемая от центра к краю диска. Диски, предназначенные для за- писи на пишущих дисководах (CD-R, DVD-R), поверх отражающего слоя имеют слой полимера, в исходном состоянии прозрачного для луча счи- тывающего лазера. Пишущий лазер этот слой точечно «прижигает», отчего полимер мутнеет и дорож- ка в этом месте перестаёт отражать. Чередованием таких поглощающих и отражающих участков на дорожке можно кодировать биты по тому же принципу, как и на штампованных дисках. В многократно перезаписы- ваемых дисках (CD-RW, DVD-RW) в качестве промежуточного слоя тоже используется полимерный состав, способный при сильном нагреве переходить из кристаллического (прозрачного для лазера) состояния в аморфное (непрозрачное). Сла- бый нагрев возвращает слой обрат- но в состояние «кристалла», и запись можно повторять много раз. Распространены два типораз- мера дисков — стандартные, диа- метром 120 мм, и мини (80 мм). Никаких принципиальных отличий, кроме разного объёма, они не имеют. Использовать маленькие оптические диски можно в портативных устрой- ствах вроде дисководов, встроенных в видеокамеры. Также они нередко используются в презентационных целях (короткая видеозапись, му- зыкальный фрагмент или рекламная информация). Первые компакт-диски были раз- работаны совместно компаниями Sony и Philips и предназначались для записи музыки. Но скоро их стали употреблять и для хранения компью- терных данных: ведь на такой диск умещалось 650 Мбайт — невероят- ный по меркам середины 1980-х гг. объём. К настоящему времени CD активно вытесняются следующей, получившей всеобщее распростра- нение разновидностью оптических дисков — DVD (Digital Versatile Disc — «цифровой многоцелевой диск»; дру- гая расшифровка: Digital Video Disk — «цифровой видеодиск»). Дисководы (или оптические при- воды) — устройства для чтения опти- Мини-CD-R. ческих дисков — чаще всего делают мультиформатными, т. е. способны- ми читать и записывать различные форматы самих носителей. Интер- фейс оптических приводов, с помо- щью которого они соединяются с материнской платой, полно- стью совпадает с интерфей- сом жёстких дисков (РАТА или SATA), и они могут присоединяться парал- лельно с ними к тому же контроллеру. Диски. 53
Устройство компьютеров DVD. Появление каждого следующего поколения оптических дисков связа- но с возможностью использования в массовых дисководах лазеров со всё меньшей длиной волны. Иными сло- вами, луч из первоначально красной части спектра переходит всё дальше в синюю. А чем меньше становится DVD-диски. длина волны луча, тем плотнее можно располагать на диске микроскопи- ческие лунки. Двухслойные диски содержат второй отражающий слой, а считывающий лазер во время работы фоку- сируется на одном или другом слое с помощью спе- циальной оптиче- ской системы. Диски в фор- мате DVD вме- щают 4,7 Гбайт (однослойный) и 8,5 Гбайт (двухслойный). Только нужно учитывать, что здесь 1 Гбайт равен 109 байт, а не 23° байт, как обычно принято в компьютерной отрасли. Возмож- ны склейка двух дисков и получение двусторонней модели вдвое больше- го объёма. Сейчас технология DVD находится на самом пике популярности. Любо- пытно, что наиболее прогрессивная разновидность данных — компью- терные программы пока ещё чаще выпускаются на CD, а на DVD выходят преимущественно игры, фильмы или музыкальные записи. В современных компьютерах постоянную прописку получили оптические приводы, способные записывать и читать диски во всех существующих DVD и CD-форматах. На DVD очень удобно создавать архи- вы фотографий, музыки и, конечно же, записывать видео. HD DVD. Компании NEC и Toshiba долго вынашивали идею более плот- ной записи оптических дисков по технологии, аналогичной исполь- зуемой в DVD, и в 2002 г. продемон- стрировали свою разработку под названием AOD (Advanced Optical Disc — «расширенный оптический диск»). Через год организация DVD Forum признала AOD официальным преемником DVD, попутно дав ему более благозвучное имя HD DVD (High Definition DVD, т. e. «DVD высо- кой плотности»). Стандарт HD DVD активно поддер- жали компания Microsoft, а также большинство производителей DVD- приводов и дисков. Дело в том, что HD DVD настолько схож с DVD-фор- матом, что кажется его логическим эволюционным продолжением и тре- бует минимального переоборудования существующего производства. Более чем трёхкратное отличие в плотно- сти записи (до 15 Гбайт на каждый слой) обеспечивается использовани- ем лазерного луча с меньшей длиной волны. Если в CD используется луч с длиной волны 780 нм, в DVD — 650 нм. то в HD DVD — 405 нм. Это позволяет сократить расстояние между дорожка- ми с 0,74 (в DVD) до 0.4 мкм. 54
Устройство персонального компьютера Скорость передачи данных здесь практически такая же, как и у кон- курирующего формата Blu-Ray, за «однократную» принята величи- на 36,5 Мбайт/с. Это в 27 раз выше «однократной» скорости чтения DVD (1,38 Мбайт/с) и в 243 раза быстрее по сравнению с CD, имеющим «одно- кратную» скорость 153,6 Кбайт/с. Причём уже в первых претендовав- ших на массовое производство при- водах была использована двукратная скорость чтения. Приводы и диски HD DVD всё ещё выпускаются, но в начале 2008 г. «война» форматов оптических носи- телей высокой плотности закончи- лась поражением HD DVD. От его поддержки отказались главный разработчик формата — компания Toshiba и практически все киносту- дии Голливуда. Основные преиму- щества HD DVD — совместимость со старыми приводами DVD и деше- визна производства показались не слишком существенными на фоне того, что конкурирующий формат Blue-Ray имеет большую плотность записи и перспективнее в плане даль- нейшего развития. Blu Ray. О формате Blu-Ray широ- кой общественности стало извест- но на несколько месяцев раньше, чем о HD DVD, — в начале 2002 г, когда девять компаний — Hitachi, LG, Matsushita (Panasonic), Pioneer, Philips, Samsung, Sharp Sony и Thomson офи- циалык представили название стан- дарта и спецификации. Тогда же была создана Blu-Ray Disc Association, в которой на данный момент состоят около 200 компаний. Наверное, не стоит удивляться тому, что многие из членов ассоциации сначала поддер- жали и конкурента в виде HD DVD. Название стандарта орфогра- фически странное: Blu-Ray Disc (BD). Ошибка в первом слове (Blu от Blue — «голубой», Ray — «луч») не случайна, так как по законам мно- гих государств запре- щено регистриро- вать товарные марки, целиком состоящие из популярных (да и просто обиходных) слов. Название «диск с синим лучом» — это, разумеется, прямой намёк на характеристи- HD DVD- дисковод. ки лазера. Несмотря на более раннее, по сравнению с HD DVD, появление, технологию Blu-Ray можно назвать более прогрессивной, так как на одном слое помещается от 25 Гбайт и выше. С учётом нескольких слоёв максимальная ёмкость диска может составлять до 200 (!) Гбайт. Воз- можность различать на диске столь мелкие единичные точки достигнута за счёт применения оптической сис- темы для приёма отражённого луча с высокой разрешающей способно- стью, а также размещения информа- ционного слоя в максимальной бли- зости к лазеру (толщина защитного слоя Blu-Ray-дисков — всего 0,1 мм по сравнению с 0,6 мм у HD DVD и DVD). Снижение толщины защитного слоя негативно сказалось на скорости рас- пространения таких дисков. Первые BD-диски заключались в специальные защитные картриджи, подобно пер- вым перезаписываемым CD-R. Затем некоторые производители, начиная с Голубой лазер 55
Устройство компьютеров TDK, внед- рили собст- венные тех- нологии за- Диск BD-R. щиты поверхности, за лицензирование которых стали брать немалые суммы с остальных изготовителей дисков, что в итоге отрицательно сказалось на себе- стоимости BD. На данный момент существуют три основных вида BD-носителей: BD-ROM (обычные штампованные и выпускаемые заводским тиражом), BD-R (однократно записываемые) и BD-RE (многократно перезаписы- ваемые). Технология Blu-Ray имеет неоспоримое преимущество перед HD DVD при встраивании в видеока- меры и другие портативные устрой- ства, так как позволяет штамповать диски диаметром 80 мм. Эти «малют- ки» вмещают 7,8 или 15,6 Гбайт, в зависимости от числа слоёв. Если бы не прогресс обычных жёстких дисков, то, вероятно, производители мини-BD уже сейчас почувствовали бы себя королями записи информа- ции на мобильных и портативных устройствах. Когда ещё не было понятно, какой из форматов получит наибольшее развитие (предполагалось, что HD DVD и Blu-Ray будут совершенство- ваться параллельно), многие фирмы позаботились о выпуске универсаль- ных приводов, поддерживающих оба формата и притом позволяющих работать с обычными CD и DVD. Правда, такие приводы до сих пор остаются дорогими «игрушками» — в ближайшие годы оптические диски высокой плотности, вероятно, станут носителями лишь для высококачест- венного видео, а в компьютерной области ещё долго будут применять- ся привычные CD и DVD. ВИДЕОКАРТЫ Давным-давно (по меркам темпов компьютерного прогресса, конечно), когда на мониторах отображались только цифры, текст и несложная графика, видеокарта представляла собой очень простое устройство. В задачи его входило лишь сохра- нение изображения в собственной памяти и вывод на экран. Иными словами, видеокарте отводилась вспомогательная роль преобразова- теля цифрового изображения (пред- ставленного в виде набора цифр, означающих цвет каждой точки; см. также «Цифровые форматы данных») в аналоговый сигнал, необходимый для формирования «картинки» на экране монитора. Совершенствование видеокарт заключалось лишь в последователь- 56
Устройство персонального компьютера ном увеличении объёма видеопамя- ти. Если для режима VGA (640 х 480, 16 цветов) или режима SVGA (800 х х 600, 256 цветов) с запасом хвата- ло половинки мегабайта памяти, то для более качественного отобра- жения всей гаммы цветов в режиме TrueColor, да ещё и с повышенным разрешением монитора (вплоть до 1600 х 1200 точек) нужно уже 4—6 Мбайт. Впрочем, больше этой величины памяти не требовалось. Видеокомпьютер К концу' 1990-х гг. такой количествен- ный прогресс видеокарт практически достиг мыслимых пределов — обыч- ная двухмерная картинка выдавалась идеально или почти идеально. Вот тогда и началось настоящее разви- тие видеокарт, превратившихся из пассивного устройства в «думающий» компонент компьютера. Видеокарта получила свой графический процес- сор (GPU — Graphics Processing Unit), специализирующийся на обработ- ке трехмерного (3D) изображения. Стимулом к этому шагу явились совершенно несерьёзные задачи: компьютерные игры, использующие объёмную графику и картинку в пози- ции «от лица игрока». Если централь- ный процессор с лёгкостью справ- лялся с обработкой плоской графики, даже подвижной (как в простенькой телевизионной картинке), то рисо- вать на экране объёмное изображе- ние ему оказалось совершенно не под силу. Ведь любое изменение поло- жения игрока требует мгновенного пересчёта всей окружающей обста- новки, выглядящей по-разному в раз- личных ракурсах. Это представляет собой серьёзную вычислительную задачу — ещё в 1970-х гг. такое было доступно лишь немногим моделям суперкомпьютеров. Позже в ведение графических процессоров поступили задачи обра- ботки сжатого цифрового видео, и сейчас по сложности и технологи- ческому уровню они ничуть не усту- пают центральным процессорам, а видеокарту безо всякого преувели- чения можно назвать компьютером в компьютере. Между тем программы, не связанные с динамичной графи- кой, нуждаются в мощной видеокар- те ничуть не больше, чем их пред- шественники многолетней давности. Поэтому в компьютерах, на которых не работают с SD-изображениями, не играют и не смотрят современ- ное кино «высокого разрешения», установка дорогой видеокарты не оправдана — подойдёт любая, даже встроенная в материнскую плату. Мы же в этой статье будем рассматривать видеокарты именно с точки зрения получения реалистичной «окружа- ющей обстановки» в современных играх. Графический процессор (GPU) Процессор для «монстров» Воспроизведение (или, как принято говорить, рендеринг) трёхмерного изображения оказалось столь слож- ной математической задачей по вполне очевидной причине — вир- туальный мир, как и мир реальный, описывается в трёх координатах, т. е. помимо ширины и высоты имеет глубину, а значит, отобразить его напрямую на плоском экране невоз- можно. Представление в трёх коорди- натах не означает, что компьютер хранит в памяти цвет каждой точки 57
4® Устройство компьютеров «Скелет» изображения и изображение «в одежде». внутреннего пространства игровой среды. Такой подход потребовал бы терабайтов оперативной памяти, и лишь современные суперкомпью- теры могли бы перекачать и обра- ботать весь объём информации с требуемой для динамичной игры ско- ростью. Поэтому в памяти хранятся лишь избранные точки по которым строится каркас («скелет») объектов, а чтобы наши замечательные «мон- стры» и вообще вся игровая обста- новка не выглядели проволочными макетами, поверх каркаса наклады- ваются так называемые текстуры. Они представляют собой обыкно- венные плоские картинки маленьких размеров, при подгонке друг к другу образующие рисунок — поверх- ность кирпичей одежду, шкуры зве рей и т. д. Чем более мелкоячеистым будет каркас и разнообразнее выбор текстур, тем реалистичнее получится готовое изображение; в противном случае глаз непременно «споткнёт- ся» об угловатые формы и повторя - ющийся рисунок. Ведь в реальной жизни никакие предметы не могут выглядеть абсолютно одинаково. Фактически вся история развития игровой ЗО-графики связана с пре- одолением этой технологической условности. В первую очередь коли- чественными методами — увеличе- нием частоты процессоров, памяти, пропускной способности соедини- тельных шин, эффективным сжати- ем текстур. Всё это позволяет дро- бить каркас на более мелкие детали и наращивать объём доступных тек- стур для насыщения игрового мира новыми объектами и персонажа- ми. Центральный процессор (ЦП) теоретически способен выполнить всю работу, перепоручаемую GPU, собственными силами и отправить на экран уже готовое изображение. Но каким бы мощным ЦП ни был. он не может угнаться за специализи- рованным графическим процессо- ром, который умеет выполнять лишь узкий набор функций, но делает это многократно быстрее. Кроме того, ЦП приходится выполнять ещё массу’ другой работы в тех же играх — рас- считывать движение (падение, полёт пуль и т. д.) в соответствии с законами физики, определять поведение пер- сонажей, управляемых компьютером, и отвлекаться ещё на сотни рутинных операций. Графический конвейер Итак, центральный процессор разо- брался с тем, как должен выглядеть игровой мир в данный момент време- ни, заранее «закачал» все текстуры и каркасы в память видеокарты. Теперь дело за графическим процессором, и в первую очередь он должен занять- ся трансформацией, т. е. спроециро- 58
т Устройство персонального компьютера вать каждый трёхмерный каркас на плоскость экрана. Необходимо также просчитать освещение каждой узло- вой точки с учётом всех источников света. Впоследствии эта информация будет использована для имитации отражения света объектами и их вза- имного затенения. Обе задачи для современных игр с множеством сложных объектов тре- буют нешуточных ресурсов. До появ- ления первых процессоров NVIDIA GeForce и ATI Radeon эти проблемы возлагались на центральный процес- сор. Но в составе теперешних графи- ческих процессоров соответству- ющий блок («вершинный конвейер») присутствует даже не в единствен- ном числе. А у самых мощных карт таких конвейеров десятки, что поз- воляет за один такт вычислять пози- ции множества точек, в секунду, таким образом, могут быть опреде- лены координаты нескольких мил- лионов точек - Впрочем, с ростом разрешения экрана основная нагрузка ложит- ся на следующий блок графическо- го процессора, куда поступают уже готовые к покрытию текстурами каркасы. Называется он пиксельным конвейером и, пожалуй, играет опре- деляющую роль в производительнос- ти видеокарты. Дело в том. что одной текстурой для покрытия отдельно взятого полигона очень редко удаёт- ся ограничиться. Например, если в игре в тёмной пещере зажигается свет, придётся накладывать поверх текстур стен и потолка дополнительный комплект текстур освещённости. Для переда- чи рельефа наряду с простой текс- турой используется дополнитель- ная, где отмечены возвышенности и впадины наподобие того, как это делается на картах местности, толь- ко более светлым оттенком отмеча- ются вершины, а тёмным — впадины. Для предметов, отражающих свет и тем более зеркальных, потребуется дополнительный комп- лект текстур отражения, причём во втором случае он должен создаваться в реальном времени на основе уже прорисован- ной части игрового мира позади игрока, т. е. непо- средственно на экране не присутствующей! Не меньшую проблему пред- ставляет задача строи- тельства протяжённых объектов — уходящего вдаль забора, стен, пола, потолка лабиринта и т. п. Необходимы как мини- мум три комплекта текс- тур с разным разрешени- ем, в противном случае придётся либо доволь- ствоваться крупноблоч- ной картинкой вблизи, либо тратить процессор- ные ресурсы на запол- нение текстурами с высоким разре- шением удалённого, едва видимого участка. А чтобы стыки текстур из разных комплектов не были заметны и выглядели чётко, приходится сме- шивать и фильтровать их по особым алгоритмам. Даже в таком кратком описании задача выглядит весьма сложной. Но надо учесть, что построить изобра- жение «от и до» графический про- цессор должен успеть хотя бы 30 раз в секунду, иначе движение в кадре будет выглядеть «дёрганным». И к тому же готовыми текстурами можно Для создания эффекта освещённости в тёмном коридоре, а также для реалистичной передачи рельефа приходится накладывать дополнительные текстуры. передать далеко не все привычные в реальном мире объекты и явления. Например, крайне трудно пере- дать мимику и меняющееся выражение лица, текущую воду, колышущиеся лис- тья и траву. Если пытаться уве- личить набо- ры текстур до необходимого Видеокарта ATI Radeon HD3850. 59
Устройство компьютеров объёма, даже самый мощный графический процессор начинает «захлёбываться». Для решения этой задачи был предложен ориги- нальный выход — пору- чить графическому процессору не простое наложение текстур из заранее подготовлен- ного комплекта, а их самостоятельное изго- товление. Для этого в пиксельный конвейер загружается маленькая программа-шейдер, которая и определя- ет алгоритм построе- ния текстуры в каждом кадре. В частности, таким образом на экра- не передаются течение воды и другие природ- ные явления. По смыслу назва- ния шейдер (от англ. shade — «затенять») — программа построения теней. Вероятно, перво- начально разработчи- ки связывали исполь- зование шейдеров с задачей воссоздания реалистичного осве- щения, очень важной Реалистичное освещение. ▲ Текущая вода. Изображение протяжённого объекта. Видеокарта компании NVIDIA. для правильной передачи атмосфе- ры игры. Но сейчас приём смешива- ния текстур непосредственно в гра- фическом процессоре используется практически всегда. Это очень важно для программирования природных явлений. Ведь не секрет, что дейст- вие старых игр разворачивалось по преимуществу в подземельях, так как затемнённые интерьеры проще программировать. Теперь же игро- ки наконец получили возможность окончательно выбраться из подземе- лий и лабиринтов и играть на откры- тых пространствах. Скромные помощники Итак, скорость работы графическо- го процессора напрямую опреде- ляет комфортность игры, а зависит эта скорость от модели процессора, количества конвейеров и тактовой частоты. Поскольку прогресс гра- фических процессоров происходит очень быстро, называть какие-либо конкретные модели не имеет смыс- ла. Впрочем, довольно устойчивой характеристикой является стои- мость видеокарты (ведь нагрузка на видеокарту в новых играх также растёт; видеокарты, ещё недав- но считавшиеся мощными, уже не справляются с работой, и на смену им приходят ещё более мощные). Приобретая карту в пределах 150— 200 долларов, пользователь сможет запустить практически любые сов- ременные игры, но в наиболее зре- лищных придётся вручную отклю- чать некоторые спецэффекты, иначе скорость вывода кадров окажется неудовлетворительной. Видеокарты стоимостью 200—300 долларов уже не потребуют жертвовать качест- вом ради скорости, а более дорогие имеют запас для комфортного запус- ка игр следующего поколения. Но графический процессор — это ещё не вся видеокарта. Для хранения текстур, описания каркасов и шейде- ров необходима память, устанавли- ваемая на видеокарту и соединяемая с графическим процессором скоро- стной шиной. 60
Устройство персонального компьютера Очень часто в системных тре- бованиях к играм можно встретить указание, что, например, «требует- ся видеокарта с 64 Мбайт памяти и процессором GeForce или Radeon». Из этого можно сделать вывод о пер- востепенной важности объёма памя- ти как характеристики видеокарты вообще. На самом деле это в корне неверно — достаточным объёмом (128—256 Мбайт) на сегодня распо- лагают даже видеокарты на слабых и устаревших графических процессо- рах, что не делает их равноценными лидерам. Вы часто просто не сможе- те установить в игре такие настрой- ки, для которых мог бы потребо- ваться весь объём памяти. А если и установите, медленный графический процессор будет «тоскливо» выда- вать по нескольку кадров в секунду. В изображении будут присутствовать все спецэффекты предусмотренные разработчиками игры, но играть ста- нет невозможно. Чем ещё характеризуются видео- карты, кроме модели GPU и парамет- ров видеопамяти? Например, версией графического порта, в который уста- навливается видеокарта на материн- ской плате. Когда-то этот параметр был принципиально важным, узкие шины не справлялись с потоком дан- ных, но с появлением интерфейса AGP и ещё более скоростного PCI- Express значимость этого вопроса снизилась. Сейчас абсолютное боль- шинство новых видеокарт использу- ет в качестве интерфейса PCI-Express х16, которого с лихвой хватает для «прокачки» любых данных. Интегрированный видеовы- ход — ещё одна, постоянно присут- ствующая в любой нынешней карте особенность, которая часто остаёт- ся без внимания. К такому выходу можно подключить телевизор или проектор, а игра на большом экране, несмотря на заведомо более низкое разрешение телевизора, интереснее и зрелищнее, нежели на 17—19-дюй- мовом мониторе. Существуют видео- карты и со встроенными ТВ-тюне- рами (например, серия ATI Radeon All-In-Wonder). К такой карте можно подключить телевизионный кабель и смотреть передачи на компьютере (и даже записывать фрагменты видео на жёсткий диск), что также дня мно- гих пользователей может оказаться привлекательным дополнением (под- робнее см. «Интернет-телевидение»). К видеокарте со встроенным ТВ-тюнером можно подключить телевизионный кабель и смотреть передачи на мониторе компьютера. АУДИОКАРТЫ И КОМПЬЮТЕРНАЯ АКУСТИКА Первоначально персональные компьютеры снаб- жались исключи- тельно «пищалка- ми» — маломощными динамиками, предна- значенными для диа- гностических целей: если вдруг при загруз- ке на экране компью- тера ничего не отра- жалось, количество 61
Устройство компьютеров и последовательность издаваемых «пищалкой» звуков могли помочь продиагностировать возникшую неисправность. Правда, эту последо- вательность звуков могли расшифро- вать только специалисты или очень Декодер — устройство, которое пре- образует цифровой звук, записанный в каком-либо формате, в обычные электрические колебания. Профес- сиональная звуковая карта M-Audio Audiophile 192. грамотные пользователи, однако некоторую помощь такая звуковая информация всё же оказывала. Для этих первых компьютеров энтузиасты писали простенькие зву- ковые программки, которые, меняя частоту сигнала, подаваемую на «пищалку», умели воспроизводить незатейливые мелодии с весьма неза- мысловатым (для многих невыноси- мым) «электрическим» тембром. Пер- вые компьютерные игры, в которые авторы пытались привлекать звук, ограничивались музицированием на таких «пищалках». Первыми к звуку в персональных компьютерах всерьёз отнеслись спе- циалисты фирмы Apple. Когда на ПК ещё не было ничего, кроме встроен- ных динамиков, на Macintosh’bi уже устанавливали звуковые карты, спо- собные воспроизводить как синтези- рованный звук в формате MIDI (обыч- ное расширение файлов — mid), так и «живой», волновой (обычное расши- рение файлов — wav), закодирован- ный в цифровую форму. Позже звуко- вые карты стали появляться и для ПК, но их установка в систему оказалась делом непростым: надо было кропот- ливо назначать так называе- мые прерывания и порты ввода-вывода как для обычного звука, так и для MIDI, а также устра- нять конф- ликты в сис- теме. Развитие пер- вого поколения уни- фицированных звуко- вых карт определялось их совместимостью с существовав- шим на тот момент поколением аудиосистем. Игры с поддержкой «серьёзного» звука имели слож- ные установочные звуковые меню, из которых пользователь должен был выбрать в числе прочего и тип карты, что всё равно не всегда и не на всех компьютерах приводило к успеху. Наиболее распространённым был тип карт, совместимых с Sound Blaster, производимой сингапурской фирмой Creative, которая, создав первую карту этой системы, практи- чески установила стандарт компью- терного звука. А сама фирма вошла в число ведущих компьютерных зву- ковых компаний мира и устойчиво занимала такое положение в течение многих лет, до тех пор пока звук в компьютере не стал чем-то столь же обычным, как клавиатура или мони- тор, и необходимость в отдельных звуковых картах не отпала. Тогда Creative переключилась на выпуск трЗ-плееров, наушников, web-камер, а присоединив к себе компанию Cambridge SoundWorks — и весьма качественных комплектов компью- терной акустики. И сегодня Creative всё ещё выпускает для меломанов и любителей хорошего звука внутрен- ние и внешние звуковые карты под знаменитым уже общим названием Sound Blaster серий X-Fi и Audigy. Sound Blaster и совместимые с ней звуковые карты составляли почти 90 % этого сегмента рынка и были очень популярны. Но и в те времена существовали более доро- гие звуковые карты, что называется «для профессионалов» (например, от Turtle Beach Systems), хотя, конечно, истинные профессионалы пользова- лись для разного рода операций со звуком специализированными ком- пьютерами и специализированным же, очень дорогим программным обеспечением. Такие «профессио- нальные» карты настраивались с ещё большим трудом, да и поддержива- лись не всяким компьютером или операционной системой. 62
®Г Устройство персонального компьютера В 1997 г. фирмы Microsoft и Intel разработали стандарт РС97, опреде- лявший рекомендуемую комплект- ность персонального компьютера, и в него уже был включён обязатель- ный многоканальный звук. Нужно сказать, что потребители компьютер- ных услуг далеко не сразу восприня- ли эти рекомендации, они пробива- ли себе дорогу в течение нескольких лет. Однако сегодня редко можно встретить компьютер, в материнскую плату которого не была бы интегри- рована многоканальная (5.1 или 7.1) звуковая система. В данном случае 5.1 и 7.1 обозначают 5 или 7 высоко- частотных каналов и один канал LFE (Low Frequency Effects — «низкочас- тотные эффекты»), к которому под- ключается большой низкочастотный динамик (сабвуфер). В эту систему также непременно включена микро- схема. «понимающая» звук в формате MIDI. Обычно такие материнские платы (да и отдельные, всё ещё изред- ка попадающиеся звуковые карты) имеют несколько окрашенных в раз- ные цвета звуковых гнёзд под стан- дартные трёхконтактные (3,5 мм) штекеры, с помощью которых к зву- ковой системе подключается вне- шняя акустическая система. При этом совсем необязательно, чтобы набор колонок подобной системы в точ- ности соответствовал выходам по числу каналов. Например, к восьми- канальной звуковой системе можно подключить и обычные стереодина- мики, наушники или шестиканаль- ный набор акустики — при правиль- ной настройке звуковой программы (или драйверов звуковой системы) весь звук, распределённый по восьми каналам, будет сводиться к этим двум или шести. Большинство звуковых систем кроме аналоговых выходов имеет ещё и цифровой выход, так называ- емый SP/DIF (по названию фирм- изобретателей — Sony/Philips Digital Interface Format) — оптический или коаксиальный. Через него можно передать оцифрованный звук ресиверам — многоканальным усилителям «домашних кинотеатров», в состав которых входит специальный деко- дер . От ресиверов звук, расшифрован- ный и разложенный по каналам, будет уже переда- ваться на собственно акусти- ческие устройства — колонки или многоканальные наушники. Таким образом, современная ком- пьютерная звуковая система, встро- енная в материнскую плату (или расположенная на отдельной зву- ковой карте), способна с лёгкостью воспроизводить не только обычный стереозвук от проигрываемых на компьютере музыкальных файлов, но и многоканальный звук некото- рых игр и фильмов, а также запи- санный на носителях DVD, Blu-Ray или HD DVD. Кроме того, некоторые звуковые карты (например, Audigy от Creative) могут воспроизводить и высококачественный звук DVD Audio с частотами 96 Кбит/с, а неко- Карта Sound Blaster серии X-Fi. торые программные проигрыватели (например, WinDVD) позволяют вос- производить даже 192 Кбит/с, правда через внешние ресиверы, поддержи- вающие подобную частоту дискрети- зации. Материнская плата со звуковыми гнёздами. Многоканальная более или менее серьёзная компью- терная акустика нашла своё применение глав- ным образом в компьютерных играх. Сегод- ня есть игры с шести- и восьмика- нальным звуком, причём очень изощ- рённым. От того, насколько точно передан звук, зависит порой
т Устройство компьютеров исход компьютерного сражения: игрок, вовремя услышавший «за своей спиной» врага, имеет больше шансов его победить. Как же разобраться в существу- ющем множестве многоканальных систем компьютерной акустики? Естественно, в деревянных корпусах акустика лучше, чем в пластмассовых; титановые «пищалки» предпочтитель- AV-ресивер DENON AVR-2106. РАССТАВАНИЕ С КОМПЬЮТЕРОМ нее, чем широкопо- лосные всечастот- но-универсальные картонные диффу- зоры; чем больших размеров сабвуфер, тем сильнее он будет «бухать». Стоит пом- нить, что любая акус- тика, даже самая про- стая, заметно повысит комфортность обще- ния с компьютером. Во-первых, не поме- Стоит отметить, что настольный компьютер вовсе не является наилуч- шим инструментом для прослушивания высококачественного звука или просмотра фильмов, записанных в форматах DVD, Blu-Ray и HD DVD. Хорошие акустические системы часто заметно превосходят размерами даже самый крупный системный блок. Кроме того, раз- меры компью ерных мониторов обычно бывают не слишком велики. Следует добавить, что чистоте HiFi-звука мешает шум компьютер- ных вентиляторов и «чириканье» винчестерных головок, да и ком пактность размещения звуковых элементов внутри системного блока не позволяет сделать разводку проводников без влияния взаимных «наводок». Правда в последнее время появились цифровые телевизоры фор- мата HDTV с диагоналями более 30 дюймов, способные работать одновременно и как компьютерные мониторы, а также беспроводные «наколенные» клавиатуры, включающие в себя указательные устрой- ства (например тачпады). Всё это даёт возможность не только исполь- зовать компью ер в качестве проигрывателя, но и встраивать его в серьёзную аудиовизуальную систему домашнего кинотеатра. Кроме того, появляются и специальные компьютеры, предназначенные в пер- вую очередь для мультимедийных развлечений, так что проигрывать музыку или смотреть кино с их помощью можно даже без загрузки операционной системы. Отдельно фирма Microsoft продвигает специ- альное редложение, подвид своей операционной системы — Windows ХР Media Center Edition, рассчитанный как раз на применение в таких специали ированных компьютерах. шает добавочная аудиоинформация: «Почта пришла!». Во-вторых, появится возможность ознакомиться с любым звуковым или видеозвуковым фай- лом. И наконец, можно будет слушать передачи по цифровому радио либо смотреть цифровое же или интернет- телевидение. Если объём и точное размещение источников звука в пространстве имеют принципиальное значение для пользователя (в первую очередь это касается любителей компьютер- ных игр), то едва ли не главной зада- чей будет правильное расположение динамиков. Обычно динамики глав- ных стереоканалов ставят по обе сто- роны от монитора, а центральный крепят над ним. Поскольку низко- частотные звуки человеческим ухом обычно не воспринимаются, сабвуфер можно поставить буквально куда угод- но. Однако динамики окружающих каналов, так называемые Surround и Back Surround (для восьмиканального звука), придётся размещать за спиной В идеале все динамики должны быть выстроены вокруг слушателя в форме правильного круга. Провода, идущие к задним динамикам, не всегда прос- то проложить позади компьютерного стола так, чтобы они не мешали пере- движению по комнате. В таком случае 64
Устройство персонального компьютера предпочтительнее всего использо- вать комплекты компьютерной акус- тики с беспроводными динамиками Surround и Back Surround. Конечно, передача звука «по воздуху» всегда несколько ухудшает его качество, но, как еже было сказано, достичь идеаль- ного звука на компьютере всё равно не удастся — тогда уж лучше ограни- читься удобством. Кроме сложных акустических сис- тем часто приходится пользоваться головными гарнитурами и наушни- ками. Компьютер всё больше превра- щается в универсальный инструмент общения с миром, и важной частью его в последнее время становится так называемая IP-телефония — очень недорогой, а часто просто бесплат- ный разговор по телефону (или даже по видеотелефону) с любой точкой планеты. Для проведения таких раз- говоров обязательно понадобят- ся микрофон и динамик. Можно использовать микрофон, встроенный в недорогие web-камеры, а в качест- ве динамика — наушники. А мож- но ограничиться компьютерными колонками, но тогда возникнут неиз- бежные «наводки» (так называемый микрофонный эффект), которые способны сильно ухудшить качест- во разговора или даже сделать его невозможным. Сегодня выпускаются проводные и беспроводные гарни- туры из наутпников и микрофона, а также специальные 1Р-телефон- ные аппараты, подключаемые обычно к компьютеру через порт USB. Существуют и адаптеры, пре- вращающие обычный домашний телефон в IP-аппарат. Наушники в качестве акустической системы ком- пьютера бывают чрезвы- чайно полезны, особенно если в комнате, где уста- новлен компьютер, про- живают несколько чело- век. Не следует забывать и о покое соседей по подъез- ду — низкочастотные звуки передаются по бетонным перекры- тиям на большое расстояние, и даже если вам кажется, что звук включён не на полную мощность, в близлежащих квар- тирах «буханье» сабву- фера будет слышно как в соседней комнате. Сегодня даже есть мно- гоканальные наушни- ки, способные во время Наушники с микрофоном Philips SBC HG100. просмотра фильма передать стрельбу с другой стороны улицы, а во время игры — клацанье затвора за спиной. Сочетание ЧТО ТАКОЕ ИНТЕРФЕЙС Слово «интерфейс» на современном компьютерном жаргоне имеет двоя- HiFi (от High Fidelity — «высокая верность») употребляется для обозначения звуковых систем кое значение: с одной стороны, это способ взаимодействия технического устройства с человеком, с другой — технических устройств между собой. высшего качества. Многоканальная система компьютерной акустики. 65
Устройство компьютеров Микроконтроллер — небольшой специализированный микропроцессор, предназначенный для управления различными устройствами (например, бытовой техникой); (см. статью «Микро- контроллеры»). Об интерфейсах в последнем значе- нии и пойдёт речь в этой статье (об интерфейсах, с точки зрения челове- ка, см. «Пользовательский интерфейс и удобство пользования»). Здесь под термином интерфейс подразумева- ют все необходимые спецификации: напряжение электрических сигналов, порядок взаимодействия устройств (иначе именуемый протоколом'), типы и количество контактов разъё- мов, иногда даже тип соединительно- го кабеля. Если бы таких общедоступ- ных спецификаций не существовало, для каждого принтера или монитора 1 Переходник PS2/USB для подключения мыши и клавиатуры. 2. Переходник USB/PS2 для подключения мыши или клавиатуры. приходилось бы заново придумы- вать способ соединения, и различные устройства стали бы несовместимы между собой. Многие интерфейсы возведены в ранг международного стандарта и присутствуют в персональных ком- пьютерах изначально, что позволя- ет подключать к ПК самые разные устройства без дополнительных сложностей. Но даже если какого-то необходимого интерфейса в ком- пьютере не хватает, огорчаться не стоит — его в большинстве случаев можно добавить, если приобрести специальную плату расширения. В современном ПК имеется много разных интерфейсов, среди них есть как специализированные (например, разъёмы PS/2 для подключения мыши и клавиатуры или скоростной интер- фейс FireWire для переноса изобра- жений и видео), так и универсальные. Возможности и способы подключе- ния мониторов, звуковых систем, компьютерных сетей рассмотрены в соответствующих главах. Проводные интерфейсы ПК Здесь остановимся только на неко- торых универсальных проводных интерфейсах современных ПК (о бес- проводных, когда связь осущест- вляется по радиоканалу, поговорим отдельно), причём это не обязатель- но должны быть привычные ПК на процессорах Intel. Компьютеры iMac фирмы Apple, например, снабжаются тем же самым набором интерфейсов, так как внешние устройства у них одинаковы. Отметим, что с 1999 г. существует стандарт, согласно которому разъё- мы различных интерфейсов красят в определённые цвета (для мыши — бирюзовый, для клавиатуры — сире- невый, порт принтера — красный, последовательный порт — голубой, игровой — жёлтый), так что пере- 66
❖ toiijjiijts) Устройство персонального компьютера путать даже одинаковые разъёмы довольно сложно. Последовательный порт (СОМ-порт) СОМ-порт (от слова «комму- никационный») иногда называют просто serial — «последователь- ным» — портом (хотя в компьютере многие другие интерфейсы также используют последовательный спо- соб обмена данными). Последова- тельным называется интерфейс, который по одной сигнальной паре передаёт биты информации после- довательно, т. е. друг за другом. Иног- да, отчасти ошибочно, СОМ-порт называют портом RS-232. Правильно будет так: СОМ-порт передаёт дан- ные, основываясь на стандарте по- следовательного интерфейса RS-232. Последний, кроме собственно про- токола передачи и электрических параметров, стандартизирует всем знакомые разъёмы DB-9 и DB-25. Есть и ещё один термин, который имеет непосредственное отноше- ние к этой теме, — UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter — «универсальный асинхронный при- ёмопередатчик»). UART — это состав- ная часть COM-порта, его основа, то устройство, которое, собственно, передаёт и принимает данные и к которому адресуются пользователь- ские программы. Стандарт RS-232 — один из самых старых протоколов передачи данных между устройствами, он возник ещё в 1962 г. и к компьютерам (тем более ПК) тогда не имел никакого отноше- ния. Это очень простой в реализации, дешёвый, неприхотливый и доста- точно надёжный способ соединения двух устройств. С точки зрения современных тех- нологий у COM-порта только два недостатка, зато очень серьёзных. Во-первых, он медленный — с макси- мальной предусмотренной стандар- том скоростью 115 Кбит/с не только видео, даже цифровой звук не всегда можно передать с надлежащим качес- твом. Во-вторых, он подразумевает лишь соединение «точка-точка» — если у вас один СОМ-порт, то вы к нему можете подключить всего одно устройство. Тем не менее хоронить протокол RS-232 не следует, ведь это по-прежнему самый дешёвый и простой способ связи внешних уст- ройств с компьютером. Модули UART встроены, например, в большинство современных универсальных мик- роконтроллеров, использующихся в различных приборах — от медицин- ской техники и датчиков состояния окружающей среды до GPS-навигато- ров и мини-АТС. Отметим ещё, что обычный теле- фонный модем с точки зрения сис- темы — тоже СОМ-порт, только поверх простейшего физического протокола RS-232 для него вве- £ BIOS (Basic Input- Output System) — базовая система ввода-вывода. Так называют програм- му, которая имеется во всех ПК и служит базой для работы компьютера, когда операционная систе- ма ещё не загруже- на. Сама ОС также во многих случаях использует возмож- ности BIOS. Удлинительный кабель по стандарту RS-232. дены некоторые специализи- рованные команды управле- ния, а в остальном он ничем от COM-порта не отличается (даже если соединяется с ком- пьютером посредством USB). COM-портом является и ин- фракрасный (IR) порт. ДРАЙВЕРЫ Соблюдения правил взаимодействия устройств — спецификаций интерфейсов — ещё недостаточно: компьютер примет данные, но не будет знать, что с ними делать Потому любое строиство которое подключается по стандартному интерфейсу, обязательно снабжается драйвером — программой, которая определяет, что за устройство под- ключено, интерпретирует полученные данные и в ответ посылает нуж- ные команды. Иногда такие драйверы уже входят в состав операцион- ной системы. Разработчики Windows ХР и Vista постарались включить в установочный пакет максимум всех устройств, которые были извест- ны к моменту выхода этих операционных систем и в значительной мере этому обстоятельству мы обязаны тем, что система занимает так много места на жёстком диске. Есть и стандартные устройства, кото- рые распознаются ещё на уровне BIOS, — тогда они работают неза- висимо от операционной системы. В первую очередь это клавиатура. Во вторую — мышь, без неё компьютер вполне работоспособен, но в современных ПК управляется она также обычно через BIOS. 67
Устройство компьютеров Кабель для связи между компьютерами через LPT. LPT Мало кто из знатоков сразу ответит, как расшифровывается аббревиатура LPT. На самом деле это сокращение от Line PrinTer — «построчный прин- тер» (распространено также мнение, что L означает Letter — «буква», т. е. в переводе получается «буквенный принтер»). Порт LPT был спроекти- рован специально для компьютеров ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ Казалось бы, преимущество параллельной передачи данных перед по ледовательнои видно невооружённым глазом: в то время как по одному проводу за такт передаётся всего один бит, по восьми про- водам — сразу целый байт. Это очень хорошо заметно при сравнении СОМ и LPT. Однако такое естественное представление справедливо лишь для относительно небольших скоростей обмена. Когда речь захо- дит о скоростях, превышающих единицы мегабайт в секунду (десятки мегабит в секунду), преимущества параллельной передачи становят- ся вовсе не столь однозначными. В параллельной линии отдельные проводники всегда немного разные, отчего при увеличении длины кабеля и скорости передачи биты, передаваемые по разным проводам, начинают «разъезжаться по времени — одни приходят чуть раньше, другие чуть позже (явление так называемого фазового сдвига). Несравненно проще повышать частоту последовательного канала, ведь там за каждый такт передаётся всего один бит, и сам такт мы теоретически можем сделать сколь угодно коротким — всё зависит от быстродействия оборудования. В наше время выгоднее заложить максимум функциональности в микросхемы, нежели иметь дело с толстенными шлангами с сотней проводов внутри. Потому все современные скоростные каналы пере- дачи данных являются последовательными (USB, FireWire, Serial АТА, Ethernet и др.). В развитие этой идеи Intel в 2002 г. выдвинула ини- циативу по созданию универсальной последовательной скоростной шины — PCI-Express. Под эту шину уже выпускаются различные уст- ройства, например видеокарты. и появился в их составе позже, чем СОМ, первые принтеры подключа- лись через последовательный порт. LPT сразу проектировали так, чтобы обеспечить передачу данных с боль- шими скоростями (до 16 Мбайт/с, в зависимости от длины кабеля). Кроме принтеров, к LPT одно время подклю- чали сканеры, внешние диски и даже цифровые камеры. LPT можно рассматривать как ряд двунаправленных сигнальных выво- дов (в количестве 17 штук, остальные 8 контактов 25-контактного разъёма соединены с корпусом) с определён- ными электрическими характерис- тиками, в основных деталях совпада- ющими со стандартами, принятыми для обычных микросхем с 5-вольто- вым питанием. Каждым таким выво- дом можно управлять раздельно. Потому LPT как будто специально изобретали для любителей мастерить: он пригоден для управления разными техническими «штучками». В отличие от COM, LPT — парал- лельный порт, а не последователь- ный, т. е. данные по нему передают- ся не бит за битом, а сразу целыми байтами. Байт состоит из восьми бит, следовательно, для такой пере- дачи нужно протянуть как минимум восемь сигнальных линий — отсюда и название «параллельный». USB Инициатором создания последова- тельного интерфейса USB был воз- никший в 1996 г. альянс семи круп- ных компаний-производителей: Intel, Compaq, DEC, IBM, Microsoft, NEC и Northern Telecom Они стави- ли задачу создания универсального интерфейса для подключения внеш- них устройств, который поддер- живал бы режим «горячего» под- ключения (так называемый режим Plug & Play). В результате USB заме- нил собой COM, LPT и многие дру- гие интерфейсы; через него можно 68
Устройство персонального компьютера также подключать клавиатуру, мышь и т. п. (хотя полностью вытеснить все остальные интерфейсы не удалось). Основная идея USB — «горячее» подключение с автоматическим рас- познаванием устройства. Размноже- ние USB-устройств производится с помощью разветвителей (их часто называют хабами или концентра- торами), которые могут иметь своё питание. Собственно, в любом ПК есть обычно один-два USB-контрол- лера, а четыре, шесть или даже боль- ше портов, которые доступны на внешней панели, образуются за счёт установки концентраторов на материнской плате (они назы- ваются корневыми). Теоретически повсемест- но устанавливаемые в на- ши дни порты по стандарту USB 2.0 поддерживают скорость до 480 Мбит/с (60 Мбайт/с), хотя на практике с такими скоростями справ- ляются лишь немногие устройства (например, в цифровых фотокамерах всё лимитируется скоростями рабо- ты флэш-карт, которые пока далеки от этих величин). Современный USB вполне конкурирует с ранее незаме- нимым скоростным интерфейсом FireWire в области перекачки видео на компьютер, и многие цифровые видеокамеры перешли на этот интерфейс как более рас- сматривает три режима работы: Hi-Speed (высо- пространённый. Стандарт USB 2.0 преду- Разветвитель USB. кая скорость, 480 Мбит/с), Full Speed (полная ско- рость, 12 Мбит/с), Low Speed (низкая скорость, 1,5 Мбит/с). В самом деле, зачем мышам или клавиатурам 480 Мбит/с? Однако производители всё равно любят ставить логотип USB Hi-Speed. Особенно пикантно такое обозначе- ние выглядит на каком-нибудь USB- вентиляторе, который, естественно, от всего порта использует только питание. Дальнейшее развитие USB приве- ло к появлению USB OTG (от Оп-Тйе- Go), позволяющего соединять пери- ферийные устройства друг с другом напрямую, без компьютера. Разветвитель позволяет подключать сразу несколько внешних устройств. Mini-USB. РАЗЪЁМЫ ИНТЕРФЕЙСА USB Стандартом предусматриваются следующие типы разъёмов USB: А, В, mini-B, micro-A и micro-B. Разъём типа А (плоский) устанавли- вается со стороны ведущего устройства, а типа В (квадратный) — ведомого; соответственно большинство соединительных кабелей имеют именно эту конфигурацию — АВ. С mini-USB, устанавливаемым обычно на переносных устройствах (мобильных телефонах, цифровых камерах, карманных компьюте- рах), всё не так однозначно. Ранее существовал неприятный «раз- брод» среди производителей mini-USB-разъёмов, использовавших как минимум три разновидности mini-USB: пятиконтактный и более узкие четырёхконтактные двух разновидностей. Сейчас все новые устрой- ства снабжаются стандартными разъёмами, потому взаимозаменяемы по соединительным кабелям. На устройствах, поддерживающих спецификацию USB OTG, могут встречаться разъёмы mini-AB (по внешнему виду не отличаются от mini-B) и micro-AB. Все USB-разъёмы спроектированы так, чтобы шины питания входили в контакт первыми — тем самым обеспечива ется «горячее» подключение без проблем. ~ ----- 11*—^ 69
TJ Устройство компьютеров МОДЕМЫ И БЕСПРОВОДНЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ ПК Первая трансатлантическая теле- графная линия, проложенная пред- принимателем Сайрусом Филдом (1819—1892) в 1857 г., как известно, проработала всего пару недель. Но за это время по ней было передано около 400 теле- грамм (в том числе зна- менитое поздравление от английской коро- левы Виктории пре- зиденту США Дж. Бью- кенену), и в процессе этой опытной эксплу- атации обнаружилась одна вещь, которая оказала огромное влия- ние на всю последующую Сайрус Филд. историю передачи сигналов по проводам. Выяснилось, что ско- рость передачи двоичных посылок (а телеграф оперировал именно двоичными данными: «есть ток» — «нет тока») подлинному кабелю огра- ничена. Когда операторы пытались ускорить процесс, принимаемые сигналы «наезжали» друг на друга, и различить их оказывалось невоз- можно. Для того, самого первого трансатлантического кабеля проме- жуток между двумя сигналами дол- жен был составлять, как подсчиталг позднее, не менее нескольких секунд и рядовая телеграмма в 500 точек тире должна была передаваться око ло часа. В современных единица? мы бы определили скорость пере- дачи по такому кабелю примерно i 0,1 бит/с. Как же ускорить передачу? Сна- чала придумали конструкции кабелей — коак- сиальные, через которые сигнал при определён- ных условиях проходил значительно быстрее, и стали ставить промежу- точные усилители сигна- ла. Потом пришло время специальных методов передачи данных, осно- ванных на цифровом их представлении. Телефонные модемы Устройства под названием «модемы» придумали очень давно, не позд- нее 1930-х гг., когда ещё ни о каких «интернетах» и речи не было. Когда появились коаксиальные кабели, етало возможным передавать по одному кабелю сигнал в несколько, а то и в десятки мегагерц. В такую полосу частот «влезет» несколько тысяч телефонных каналов для пере- дачи обычной речи, занимающей полосу частот порядка 3 кГц. Метод разделения этих каналов был очеви- ден и уже хорошо освоен в радиотех- нике — требовалось просто переда- вать каждый звуковой канал в своём частотном диапазоне. При этом для одного такого канала выделяется своя частота — несущая, которая модулируется звуковым сигналом. Например, если несущая полоса 12 кГц, то после модуляции её рече- вым сигналом в диапазоне от 300 до 3400 Гц получается сумма, которая займёт полосу от 12 300 до 15 400 Гц (возникает и разностный сигнал, но 70
Устройство персонального компьютера его можно отфильтровать). Выбирая несущие с нужным шагом (с некото- рым запасом — например, по 4 кГц), мы можем передать по кабелю с мак- симальной частотой 10 МГц около 2.5 тыс. телефонных каналов. На при- ёмном конце эти частоты разделяют- ся и несущие отфильтровываются — сигнал демодулируется. Устройство, способное работать и как модулятор для передачи в линию, и как демоду- лятор для приёма из линии, получило название модулятор-демодулятор или. сокращённо, модем. Когда встал вопрос о передаче цифровых данных через такую сис- тему. то прежде всего её надо было сделать совместимой с существо- вавшими телефонными стандарта- ми. А стандарт гарантировал лишь передач}- полосы частот от 300 Гц до 3,4 кГц. Передавать двоичные сигна- лы в привычном виде («есть напряже- ние» — «нет напряжения») по такой системе очень трудно. Можно пока- зать. что скорость передачи соста- вит максимум несколько сотен бит в секунду- (не забудем о помехах, кото- рые в определённых пределах мало влияют на передачу речи, но очень критичны для передачи данных). Потому конструкторская мысль устре- милась в сторону модемов — в самом деле, почему бы не передавать нули- единицы. например двумя разными частотами, каждая из которых укла- дывалась бы в гарантированный диа- пазон? Частоту- сигнала определить можно с гораздо большей достовер- ностью, чем разделить уровни напря- жения на конце линии с помехами и непредсказуемым затуханием. Собственно, так и работали самые первые модемы коммутируе- мого доступа — дайлапа (от dial-up). Самый первый протокол передачи данных через модем под названием CCITT V.21 использовал амплитуд- ную модуляцию, точно такую же, как при передаче нескольких телефон- ных разговоров по одному кабелю. Для надёжного опреде- ления частоты таким DSL-модем. методом требуется несколько перио- дов сигнала, пото- му стандартизиро- ’ ванная протоколом V.21 скорость переда- чи составила всего 300 бит/с (bps). Усложнением методов моду- ляции в протоколе CCITT V.22bis уда- лось добиться повышения скорости передачи до 2400 бит/с — они по- зволили использовать передачу более чем по одному биту в каждой посыл- ке. Например, так называемая квадра- турная модуляция в протоколе V.22bis позволяет передавать по четыре бита на каждую посылку модулированного сигнала (как говорят инженеры, «за одну модуляцию»). БОДЫ И БИТЫ В СЕКУНДУ Количество элементарных посылок в единицу времени измеряется в бодах (по имени знаменитого инженера-изобретателя Эмиля Бодо). В простейшем случае боды совпадают с битами в секунду, но для усложнённых методов модуляции это не так — например, в протоко- ле V.22bis при скорости передачи информации 2400 бит/с скорость прохождения посылок составляет всего 600 бод. Скорость переда- чи 33 600 бит/с предполагает, что одна элементарная посылка несёт целых 10 бит. При этом условие невыхода за полосу частот, которую может пропустить канал, формально не нарушается (3360 бод фор- мально меньше, чем верхняя частота телефонного канала 3400 Гц). Правда, чтобы получить действительно 33 600 бит/с, нужно иметь несущую с частотой, несколько превышающей возможности стан- дартной линии с диапазоном от 300 до 3400 Гц (3429 Гц в стан- дарте V.34+). Из этих расчётов и взялось популярное в своё время число 28 800 бит/с как теоретический предел обычной линии переда- чи — действительно, 33,6 Кбит/с достигаются лишь на очень хороших линиях, возможности которых при этом исчерпываются практически полностью. Широко распространённые модемы 56 Кбит/с (протокол V.90) не стоит принимать в расчёт. «Обмануть природу тут не удалось, и улов- ки инженеров срабатывают только при определённых условиях. Во- первых, V.90 используется лишь со специальны модемом со стороны провайдера, который передаёт сигнал в «полуцифровом, виде. Во- вторых, это несимметричный протокол (в обратную сторону — к про- вайдеру — он может работать со скоростью не более чем 33,6 Кбит/с). Реально на скоростях до 56 Кбит/с модемы работают при небольших расстояниях до провайдерского модемного пула, к тому же даже в идеальных условиях скорость обычно не превышает 45—53 Кбит/с. 71
Устройство компьютеров $ Теорема Шеннона гласит, что для любой линии с заданной скоростью передачи можно подобрать способ кодирования сигналов позволяющий сделать вероятность ошибки меньше заранее Телефонные модемы делятся на внутренние (вставляемые в свобод- ный разъём на материнской плате компьютера) и внешние (подсоеди- няемые через какой-либо проводной интерфейс), а также на аппаратные и так называемые софт-модемы. По- следние отличаются тем, что преоб- разование данных они поручают спе- циальной программе в компьютере, в то время как аппаратные всё делают самостоятельно, передавая запра- шивающей программе в компьюте- ре готовые данные. Самые дорогие и качественные — внешние аппарат- ные модемы, самые дешёвые — внут- ренние софт-модемы. DSL-модемы Расчёты предельной скорости переда- чи по телефонной линии, достигшей сегодня своего теоретического преде- ла, основываются на известной теоре- ме Шеннона о передаче сигналов по зашумлённым линиям. Однако услу- ги ADSL-доступа в Интернет по той же линии могут давать значительно более высокие скорости. Как же всё- таки удалось обойти законы природы и использовать телефонную линию для передачи данных со скоростями вплоть до 7,5 Мбит/с, а то и больше? Просто разработчики в конце концов отказались «идти на поводу» у связис- тов и перестали ограничивать себя полосой частот в три с небольшим килогерца. В самом деле, кто постановил, что именно такую полосу надо использо- вать? Мы знаем из изложенного ранее, что это требование принято для сов- местимости оборудования: если мы попытаемся передать в Америку по телефону симфонию Бетховена, то ни низких, ни высоких частот слышно не будет — они обрежутся на каком- то этапе. На каком? На оборудовании АТС, потому что на «последней миле» (так называют часть линии между' станцией и потребителем) никако- го оборудования нет, только пара проводов, которая пропустит столь- ко, сколько сможет. И если поймать сигнал на другом конце этой пары до того, как он достигнет оборудования станции, то удаётся значительно уве- личить скорости передачи. В среднем полоса пропускания пары проводов в реальных условиях превышает 1 МГц, и это использовали в технологии под общим названием DSL (Digital Subscriber Line — «цифро- вая абонентская линия»). Правда, это уже не совсем телефонная линия — дозвониться к DSL-провайдеру с другого телефона и даже из другого города, как это в принципе можно было бы сделать с коммутируемым доступом, не выйдет. Пользователь оказывается привязан к конкретной линии и к своему номеру телефо- на. Причём качество соединения по DSL сильно зависит как от качества линии, так и от расстояния до АТС. Подсоединиться, таким образом, из какой-нибудь деревни Гадюкино. когда до телефонной станции кило- метров двадцать, не удастся никаки- ми силами — законы передачи по длинным линиям ничуть не измени- лись со времён Сайруса Филда, и мак- симальное расстояние, на котором работают технологии DSL, оказыва- ется равным 1 —2 км. 72
Устройство персонального компьютера Семейство технологий под общим названием DSL включает в себя несколько разновидностей, отли- чающихся и характеристиками, и требованиями к линии, т. е. они, как правило, не могут быть использова- ны в одних и тех же условиях. Напри- мер, одна из самых известных тех- нологий — HDSL (High speed Digital Subscriber Line — ♦высокоскоростная цифровая абонентская линия») поз- воляет построить линию с гаранти- рованными и одинаковыми в обе стороны скоростями 1—2 Мбит/с, но по двум парам проводов. VDSL (Very high speed), декларирующая скоро- сти до 52 Мбит/с, вероятно, вообще никогда не будет широко распро- странена из-за требовательности к качеству линий, тем более что её явно опережают более удобные бес- проводные сети с теми же величина- ми скоростей. Нас же больше всего интересует разновидность под названием ADSL, так как именно эта технология при- шла в наши дома (в Москве, например, по этой технологии работает извест- ный всем «Стрим» и другие провай- деры). Важная особенность ADSL — свободный телефон, т. е. голосовой трафик передаётся отдельно от циф- рового, для чего телефон подключа- ется через так называемый сплиттер. Первая буква в сокращении означает ♦асимметричная» — это свойство и позволяет использовать ADSL на стан- дартных телефонных линиях без осо- бых дополнительных усилий. Пары на телефонной станции, находящиеся в тесной близости друг от друга в боль- ших жгутах кабелей, в значительно большей степени подвержены вза- имным помехам, чем провод-^лапша» в вашем доме, где линии пространст- венно разнесены. Именно этим и обусловлена асимметрия скоростей приёма и передачи — от провайдера к вам быстрее, чем от вас к провай- деру. На АТС ставится специальный модем — для каждого пользователя свой. Конечно, это грубое пред- ставление того, как на самом деле устроено станционное оборудование ADSL, но зато наглядное. В таком выделенном при- ёмнике заключается одно из главных отличий ADSL от дай- лапа, где модем со стороны провайдера обезличен — там ваш компьютер просто под- соединялся к первому свобод- ному устройству из модемно- Сплиттер. го пула, отсюда пресловутые ♦дозвоны», когда модемов попросту не хватает на всех желающих. А при пользовании ADSL провайдер для вас всегда свободен, причём плата взима- ется за фактически переданные дан- ные (за трафик), а не за время соеди- нения, ведь телефон не занят, потому вы можете быть подсоединённым к Интернету хоть круглосуточно, ничего не оплачивая, если данные не передавались. Wi-Fi Передавать электрические сигналы по проводам сравнительно просто. Особенно цифровые — все техноло- гии и по сей день, по сути, сводятся к принципу устройства телеграфного ключа Морзе, в нужные моменты вре мени прерывающего или замыкают - го цепь, что можно интерпретировать как логические нули-единицы. Да и что говорить: первые попытки созда- ния проводного телсгра- 4 Сплиттером называют фильтр, разделяющий цифровой и голосовой трафик в DSL- линиях. Он позволяет подключить к одной линии телефон и DSL- модем так, чтобы они не создавали взаимных помех. фа были предприняты ещё до опытов Вольта в начале XIX в., ознаме- новавших начало эпохи электричества. Адаптер Wi-Fi в виде платы расширения. 73
Устройство компьютеров А вот с беспроводными технологиями всё куца слож- нее. При очевидных выгодах беспроводного обмена сооб- щениями вплоть до появ- ления спутников связи в 1960-х гг. массовыми кана- лами передачи информа- ции, особенно на большие расстояния, всё же остава- лись кабельные системы. Дело в том, что радиосвязь на коротких волнах слишком Адаптер Wi-Fi, совмещённый с маршрутизатором. ненадёжна даже в пределах пря- мой видимости, а на первоначаль- но освоенных длинных и средних волнах (с частотами до 3 МГц) ещё и слишком мала информационная ёмкость канала. В один частотный диапазон, использовавшийся, напри- мер, мобильными радиотелефонами середины XX в. (которые выдавались большим начальникам и военным Простейший адаптер Wi-Fi, подключаемый к USB. чинам), умещалось всего несколько десятков или сотен голосовых кана- лов связи — ясно, что массовой такую услугу не сделаешь. Как только удалось достичь частот гигагерцевого диапазона, появилась надежда решить эти проблемы — для сверхвысоких частот связь надёжнее, передатчики требуются значительно меньшей мощности, и число доступ- ных каналов достаточно велико. Так появились технологии беспровод- ных сетей, объединённых под общим названием Wi-Fi (от Wireless Fidelity — что-то вроде «верность беспроводной связи»), В настоящее время термин WLAN (Wireless Local Area Network — «беспроводная локальная сеть») слу- жит фактическим синонимом Wi-Fi. Стандарт таких сетей в версии IEEE 802.11b при базовой скорости посы- лок 1 Мбод предусматривал мини- мальные скорости передачи 1 Мбит/с и 2 Мбит/с, а для ускоренного обме- на (стандарты с буквами g и далее) стали применять посылки с переда- чей четырёх и восьми бит за один раз, получив скорости до 54 Мбит/с. Адаптеры Wi-Fi ныне встраивают- ся во многие ноутбуки и материнские платы обычных компьютеров либо могут быть приобретены отдельно как устройство, подключаемое к порту USB, или даже в виде вставля- емой в компьютер карты. Нередко используют более сложные устрой- ства, в которых функции адаптера Wi-Fi совмещены с функциями мар- шрутизатора, что позволяет выстра- ивать домашние или офисные бес- проводные сети, имея всего одну точку доступа в Интернет. Обычная величина радиуса действия для Wi-Fi составляет сотни метров, но может быть значительно увеличена при использовании специальных антенн как на передающей, так и на приём- ной стороне. На сегодняшний день абсолютный рекорд, занесённый в Книгу рекордов Гиннесса, составил ЗЮ км, правда, одна из антенн уста- навливалась на воздушном шаре. Bluetooth Считается, что конунг Харальд Сине- зубый сыграл в истории скандинав- ских народов примерно такую же роль, как его современник князь Владимир в истории Руси. Первона- чально поклонники этого властите- ля (Bluetooth и означает в переводе «синий зуб») из фирмы Ericsson пред- полагали использовать свою разра- ботку для построения беспроводных сетей. Только, в отличие от Wi-Fi, прямо предназначенного для заме- ны проводного Ethernet, Bluetooth не замахивался так высоко — сети, для которых он был предназначен, назвали персональными (WPAN — Wireless Personal Area Network). Предполагалось, что это будут сети. 74
Устройство персонального компьютера дальность действия которых не вый- дет за пределы комнаты или офиса, поскольку радиус действия Bluetooth не превышал 10 м, и одновременно в сеть могли быть объединены не более восьми устройств (одно глав- ное, ведущее — Master и ещё семь ведомых — Slave). Правда, «мастера» могут одновременно находиться в двух раздельных сетях, и всего таких соединённых сетей может быть 10, отчего число одновременно под- ключённых устройств возрастает до 80. Однако, учитывая, что устройства могут иметь до 20 различных про- филей (отдельно для передачи звука, отдельно — данных, по симметрично- му или несимметричному каналу и т. д), сложность организации такой сети заметно растёт, и главное преимущес- тво Bluetooth по сравнению с другими беспроводными протоколами — про- стота использования — теряется. Потому сети на основе Bluetooth (официальное название IEEE 802.15.1) тоже выстраивают — особенно с вво- дом нового стандарта IEEE 802.15.3, базирующегося на той же технологии, что и Bluetooth, но имеющего радиус действия до 100 м и позволяющего подключать значительно большее число общающихся между собой уст- ройств. Однако сложилось так, что Bluetooth стал использоваться в зна- чительной степени для замены ин- терфейсов парных соединений ♦точка-точка» — проводных СОМ и USB, а также очень неудобного на практике инфракрасного порта IrDA, хотя и беспроводного, но требовав- шего прямой видимости устройств, да ещё и в определённой ориентации друг к другу. На практике Wi-Fi и Bluetooth конкурируют между собой слабее, чем это можно было предположить, и вытеснения одного другим пока что не предполагается: каждый зани- мает свою нишу. Приёмопередат- чики Bluetooth имеют маленькую мощность (порядка 1 МВт), стали сейчас совсем дешёвыми и встраиваются не только в сотовые телефоны, но даже в головные беспроводные гарнитуры. В таких задачах, как пересылка с мобильника на мобильник телефонного номера из записной книжки, Bluetooth пока вне конкурен- ции в силу крайней простоты его использования. Сетевой модем Bluetooth. КОРПУСА И БЛОКИ ПИТАНИЯ Даже люди, не имеющие никакого отношения к компьютерам, вполне представляют себе, как он должен выглядеть внешне. Как правило, на память приходит прямоугольной формы «ящик», стоящий или под сто- лом, или рядом с монитором. Стоит ли вообще останавливаться на столь обыденной и малоинтересной вещи? Наверное, всё-таки да, поскольку и в деле «поселения» компьютерной начинки возможны варианты. И су- ществует даже своего рода мода. Поначалу, когда персональные компьютеры были маломощны- ми, наиболее распространённым являлся настольный вариант корпу- са (desktop). Такой корпус ставился горизонтально, и сверху на него во- дружался монитор. Поскольку и Настольный вариант корпуса (desktop). корпус, и монитор не отличались большими размерами, смотре- лась такая система гармонично, занимала мало места, а дисково- ды для гибких дисков, активно использовавшихся в то время, всегда были под рукой. Со временем компоненты (в первую очередь процес- сор) становились всё «горя- чее», выбор различных карт, которые стало воз- можно устанавливать на материнскую плату, расширился. И корпуса 75
Устройство компьютеров Компьютерные корпуса башня (tower). стали делать «толще», чтобы обеспе- чить пространство для вентиляции и установки дополнительных плат. Подставка под монитор из такого корпуса получалась не столь удобная, да и мониторы начали расти, ведь на 14-дюймовом экране мелкие знач- ки едва появившейся операционной системы Windows было уже никак не рассмотреть. Корпуса стали раз- мещать рядом с монитором, назвав данный вид корпуса башней (по- английски tower). Именно эта раз- новидность — в самом миниатюрном исполнении это mini-tower — с тех пор получила наибольшую популяр- ность. Возможности компьютеров про- должали расти, и помимо mini-tower множились увеличенные разновид- ности (midi и middle — «средние» и, наконец, big — «большие»). Ставить такие «башенки» на стол хотелось уже далеко не всем, но им нашлось место под столом. Или, что наиболее пра- вильно и компактно, на полке в спе- циальной компьютерной стойке — в этом случае компьютер оказывался приподнятым над полом и меньше собирал пыль. Сейчас вновь наблюдается час- тичный возврат к более компактным (mini-tower и desktop) корпусам, осо- бенно когда требования к мощности и функциональности компьютера невысоки, поскольку производители процессоров и стальных компонен- тов научились сочетать достаточную производительность с низким тепло- выделением. Маленький, да удаленький Перечисленными разновидностями корпусов их многообразие не огра- ничивается. Конструкторы рабо- тают в направлении ещё большей миниатюризации, для чего выбира- ется не только более компактный корпус, но и материнская плата, соответствующая не стандартному крупногабаритному формату АТХ. а другим стандартам: micro-АТХ. DTX, mini-DTX или mini-ITX. Стандарты перечислены в порядке уменьше- ния размеров и количества гнёзд для 76
❖ Устройство персонального компьютера карт расширения (PCI и PCI-Express). Например, если в micro-ATX преду- смотрено четыре гнезда для внешних плат, то в DTX и mini-DTX — по два, а в mini-ITX — всего одно. Помимо сужения ширины платы, mini-DTX и mini-ITX также уменьшены в длину. Такие особо компактные платы обес- печивают неограниченный простор для фантазии дизайнеров корпусов, но и стоят дороже, поскольку размес- тить все необходимые компоненты на искусственно ограниченной пло- щади сложнее. КАКОЙ КОРПУС ПРЕДПОЧЕСТЬ Корпус чаще всего выбирают по внешнему виду, стараясь при этом потратить как можно меньше денег. Этот ком- понент компьютера постоянно находится на виду, а зна- чит, должен выглядеть эстетично, также от него зависит тепловой режим следовательно и стабильность работы) начинки компьютера А поскольку в корпусе, как правило, имеется и блок питания, подающий необходимое напря- жение на разные компонен ы компьютера, выбор корпу- са становится ответственной задачей даже для тех, кого дизайнерское решение не особенно заботит. Мин мальная домашняя конфигурация вполне может ограничиваться блоком питания мощностью 300—350 Вт и даже 250 Вт, но при условии, что приведённая в характе- ристиках мощность «честная». В дешёвом корпусе вместо 350 Вт, заявленных в описании, зачастую можно получить не более 150 реальных ватт. И даже если такой мощности питания окажется поначалу достаточно, никто не может поручиться, что в конце концов низкокачественный БП справит я с нагрузкой и не пострадают серьёзно комп лектующие, в первую очередь жёсткий диск (с которого потом будет очень трудно восстановить информацию). Нередко в число подозрительных попадают и те изделия, что выпускаются компаниями, имеющими солидный ряд моделей, включающий и хорошие корпу- са. Критерий качества прост: стоимость качественного блока питания, выдающего «честные» 350 Вт, уже много лет не опускается ниже 40 долларов. Если по такой цене приобретается целый корпус, то, скорее всего, он поставляется с низкокачественным блоком питания. Люди, неравнодушные к играм и другим мультиме- дийным развлечениям, стремятся усилить свою систе- му мощным процессором и видеокартой. Для наибо- лее мощных видеокарт требуется мощность блока питания как минимум 420 Вт (с учётом того, что в сис- теме появится ещё и высокопроизводительный цент- ральный процессор, скоростной жёсткий диск, DVD- привод и пр.). Если пользователь захочет заставить работать в паре две видеокарты, нужно быть гото- вым обзавестись 500—550-ваттным блоком питания, В таком случае совсем необязательно искать кор- пус в комплекте с блоком питания треб емои мощнос- ти — можно приобрести их и по отде ьности. Комплект с такими характеристиками едва ли обойдётся дешев- ле 100—150 долларов, зато можно выбрать блок пита- ния с большим вентилятором (120 мм) во всю боковую стенку, с автома ическим управлением частотой вращения в зависимости от температуры внутри корпуса и даже с инди- катором потребляемой мощности, устанавливае- мым в отсек на передней панели. При выборе стоит обратить внима- ние на такую характе- ристику, как обороты вентиляторов: слыши- мый шум начинается, как правило, с 2000 об./мин. Конечно, если собирается мощ ный домашний компьютер и переп ачивать за мини-кор- пус с уникальным дизайном не хочется, лучше всего оста- новиться на простой добротной midi- или middle-башне. Независимо от размера встречаются корпуса с удачной конструкцией и не очень. Поскольку первых, к счастью, гораздо больше, приведём отрицательные примеры. В весьма удобных на первый взгляд корпусах с открываю- щимися боковыми стенками (вместо одной П-образной крышки) несущей конструкцией может оказаться крыша. С ней жёстко вязано «шасси» для материнской платы В таком случае если поставить дешёвый и шумный венти- лятор на процессор, вибрации станут передаваться на материнскую плату и через точки крепления — на сам корпус. Итогом будет резонирующая крыша, и придётся тщательно подбирать вентилятор или изобретать хитро- умную шумоизоляцию, чтобы такой корпус перестал дейс • твовать на нервы. В некоторых, даже дорогих, корпусах (в частности, от известной компании ASUS) передняя плас- тиковая панель крепится не винтами, а защелками. Вроде бы, удобно, а на деле панелька гремит в тон CD-приводу и тому же процессорному вентилятору. Из распространенных марок можно отметить Genius и In-Win за доступную продукцию, Chieftec — за обширную линейку моделей на все вкусы, а также АОреп, Palo Alto, Thermaltake и Silver Stone, которые выпускают элитные корпуса, стоящие хороших денег. 77
Устройство компьютеров Плата для mini-DTX. Блок питания. Часто корпуса стандартных фор- матов имеют оригинальную окраску или особенно гладкую, глянцевую поверхность, и тогда они становятся ещё и элементом дизайна домашнего интерьера, да и просто вещью, при- ятной для глаз. Есть и совсем неожи- данные конструкторские решения. Например, корпусом для компьюте- ра может служить монитор или даже клавиатура (в подобных форматах выпускает свою продукцию фирма Apple). Разумеется, при этом они слег- ка увеличиваются в размерах. Миниатюрные компьютеры иногда продаются уже со встроен- ной в корпус материнской платой, а остальные компоненты (процес- сор, диски, видеокарту и пр.) поль- зователь устанавливает самостоя- тельно. Такие конструкции принято называть баребонами (от англ, bare bone — «скелет»). Охлаждение В корпусах типа midi- и mini-tower очень важно расположение венти- лятора внутри блока питания. Иде- ально. если он находится _ на стенке, обращенной к I материнской плате, в таком случае вентилятор, скорее всего, окажется большого диаметра и будет работать на невысоких оборотах, что поможет снизить шум, сохранив эффектив- ность охлаждения. К тому же венти- лятор окажется всего в нескольких сантиметрах от процессора и дру- гих горячих компонентов материн- ской платы и обеспечит наилучшее охлаждение. Как бы хорошо ни была просчита- на циркуляция воздуха в корпусе, чем более «дырявым» он будет, тем легче работается вентиляторам. Особенно нужны отверстия по низу передней и задней стенок На классический воп- рос: «Что лучше: если вентилятор в блоке питания вдувает воздух в кор- пус или если высасывает?» — ответ неоднозначен. Если воздухообмен организован с толком, а вентилятор мощный, то лучше пусть выкачивает горячий воздух. Если же не прихо- дится надеяться на то, что из реально горячих зон (процессор и видеокар- та, чипсет, память, винчестер) воздух эффективно и равномерно убира- ется, лучше его вдувать. По крайней мере, это гарантирует, что горячий воздух будет разбавляться свежим, а поступать его будет много (сопротив- ление воздуха «на вдув» меньше). Чем именно лучше дорогие фир- менные корпуса? Бывает, что ничем, кроме какой-нибудь оригинальной раскраски или дверцы с ключиком. 78
❖ Как работает компьютер закрывающей отсеки дисководов (на практике она совершенно не нужна — все потенциальные воры давно носят с собой USB-флэшки). Но, как правило, в таких корпусах лучше продумана сборка-разбор- ка, часто для установки дисководов можно обойтись без отвёртки, лучше обработаны (без заусениц) металли- ческие поверхности, и толщина их не 0,5 мм, как у обычных, а 0,8— 1 мм (благодаря чему исключаются резо- нанс и вибрации). Дисководы могут крепиться на съёмных «салазках», или весь блок дисководов легко «отстёги- вается», что упрощает сборку-разбор- ку. Тише работает вентилятор в блоке питания, а направление потоков воз- духа в корпусе просчитывалось кон- структорами. БЕСПЕРЕБОЙНОЕ ПИТАНИЕ КОМПЬЮТЕРА Источник бесперебойного питания (ИБП, или UPS — Uninterruptable Power System) — необязательный, но крайне желательный аксессуар любо- го настольного компьютера. И дело даже не в том, что можно потерять трёхчасовую работу из-за того, что мигнул свет. Броски и кратковре- менные отключения электричества в сети случаются в большинстве горо- дов нашей страны если и не каждый день, то раза два в неделю точно. И вероятность испортить что-то в системе довольно велика — стоит один раз такому броску случиться в момент записи данных на жёсткий диск, и винчестер останется только выбросить. От опасных бросков и «провалов» напряжения обычный удлинитель со встроенным сетевым фильтром (их часто именуют «пилотами») не спа- сает. Назначение подобных филь- тров в основном в том, чтобы защи- тить сеть от компьютерных помех, а не компьютер — от сетевых. Транс- форматорные стабилизаторы защищают лишь от изме- нения напряжения в неко- торых пределах или от очень кратковременных бросков, источники же бесперебойного питания не только объединяют в себе все эти функции, но и позволяют некоторое время работать при пол- ном отключении элект- ричества. ИБП бывают двух типов — off-line и on-line (обычно их так и име- нуют — оффлайновыми и онлайновыми). Пер- вые при наличии напряжения в сети попросту пропускают его напрямую, одновременно заряжая аккумуляторы. При броске или отключении напряжения они за несколько десятков миллисекунд Корпус с оригинальной раскраской. переключают питание на специ- альную схему (называемую инвер- тором), преобразующую энергию постоянного тока, запасённую в аккумуляторах, в некое подобие переменного тока, который для блока питания ПК неотличим от сетевого. Форма сигнала перемен- ного тока на выходе у большинства дешёвых ИБП близка к прямоуголь- ной. Предпочтительнее выбирать более качественные ИБП с напряже- нием на выходе, близким к синусо- идальному, — от них меньше помех. Источник бесперебойного питания второго типа (on-line) переменное напряжение сети преобразует в по- стоянное и затем обратно в стаби- лизированное переменное, которое всё время поступает на его выход. При отсутствии напряжения в сети аккумуляторы подключаются в сере- дине процесса преобразования, бла- годаря чему переход происходит без разрыва. Встречаются модели и про- межуточного типа — так называемые line-interactive, которые аналогичны 79
Устройство компьютеров £ ВА (вольт-амперы) в обозначении ИБП не совсем то же самое, что ватты (Вт) потреб яемо компьютером мощности, поскольку учитывают так называемую реактивную мощность. Мощность ИБП, выраженная off-line, но при длительном повы- шении или понижении входного напряжения не осуществляют пере- ход на питание от аккумуляторов, а способны корректировать напря- жение на выходе до необходимого значения. Второй тип источника совер- шеннее и дороже, однако в большин- стве случаев, особенно в домашних условиях, возможностей источ- ника первого типа (off-line) быва- ет вполне достаточно. От главных напастей — отключения и бросков напряжения — такие модели защи- щают вполне. Необходимая и достаточная мощ- ность ИБП для обычного домашнего ПК лежит в пределах 500—600 ВА. К нему можно подключить систем- ный блок, монитор, принтер и дру- гие компоненты рядового настоль- ного ПК. ИБП мощностью 500 ВА при отключении электричества ♦про- держит» компьютер в автономном режиме примерно 15 минут — время, вполне достаточное для того, чтобы без потерь завершить работу. ИБП большей мощности целесообразно использовать для подключения сис- тем из нескольких компьютеров или мощных игровых компьютеров. Срок службы источников беспе- ребойного питания от одного акку- мулятора составляет в среднем от трёх до шести лет. После этого акку- мулятор целесообразно заменить — некоторые ИБП даже специально сконструированы так, что процеду- ра замены оказывается не сложнее, чем в мобильном телефоне. Аккуму- ляторы в ИБП используются только одного типа (свинцово-кислотные), потому для замены годится изде- лие любой фирмы, подходящее по ёмкости и типоразмеру. в вольт-амперах должна примерно на 30-50 % превышать мощность блока питания компьютера, выраженную в ваттах. 80
Мониторы МОНИТОРЫ Когда-то компьютеры не имели мо- ниторов, а для вывода информации использовался только принтер. Совре- менный компьютер также вполне работоспособен и без монитора, просто нет другого способа узнать, о чём он там «думает». Потому мони- тор — неотъемлемая составляющая ПК. Существенно, что монитор может приобретаться отдельно от собствен- но компьютера и, как правило, слу- жит значительно дольше, чем быстро устаревающие компоненты систем- ного блока. От типа и характеристик монитора в значительной степени также зависит комфортность работы за компьютером. Существующие компьютерные мониторы можно разделить на несколько довольно сильно различа- ющихся по потребительским свойст- вам категорий. Две самые многочис- ленные из них — это традиционные ЭЛТ-мониторы (на электронно- лучевой трубке) и более современ- ные, плоскопанельные ЖК-монито- ры (на основе жидких кристаллов). Кроме того, в качестве компьютер- ных мониторов могут использовать- ся некоторые модели телевизоров, а в последнее время всё большее рас- пространение получают дисплеи, построенные на принципах, отлич- ных от жидкокристаллической тех- нологии, например на органических светодиодах или на основе так назы- ваемой электронной бумаги. ЭЛТ- и ЖК-мониторы Если в 1999 г. традиционные модели на электронно-лучевой трубке состав- ляли примерно 95 % всех продава- емых мониторов, то уже к 2006 г. их доля сократилась до 4 %. Остальную часть рынка практически полностью захватили мониторы на жидких крис- таллах. Традиционные ЭЛТ- мониторы во многом похожи на бытовой телевизор, каких ещё много в наших домах. Отличие в том, что монитор лишён приёмного блока и, как правило, сделан на основе более качествен- ного кинескопа. Для показа движуще- гося изображения на телевизионном приёмнике (теле- ЭЛТ-монитор. программ и видеоигр)такие характеристики, как геометрические искажения (например, из-за того что кинескоп недостаточно плоский), частота развёртки, разрешение экра- на и даже качество воспроизведения цвета, не играют особой роли. Это относится не только к старинным ЭЛТ-телевизорам, но и к современ- ным плоским экранам (в частности, плазменным) в той же степени. А для компьютерного монитора, наоборот, все эти параметры очень важны. Так как на него смотрят с близкого расстояния и в течение долгого времени, немаловажным фактором становится частота смены кадров (так называемая частота кад- ровой развёртки), которая у ЭЛТ- мониторов напрямую зависит от их качества и соответственно от цены. Считается, что безопасной для зре- ния является частота смены кадров 80 Гц и более, однако не все ЭЛТ-мони- торы, особенно с большими диагона- лями экрана, могут обеспечить такую частоту при всех возможных разре- шениях экрана. ЖК-мониторы, в отличие от ЭЛТ- мониторов, идеально плоские, не имеют никаких геометрических искажений, требующих специальной Дисплей — любое устройство для отображения информации в виде, понятном человеку (циф- ровые наручные часы имеют циф- ровой дисплей, автомобильный спидометр или указатель коли- чества топлива — аналоговый стре- лочный дисплей). Монитор — устройство для демонстрации изображений. 1 81
Устройство компьютеров подстройки, занимают гораздо мень- ше места, не такие тяжёлые, не соби- рают столько пыли и, наконец, выгля- дят более эстетично. Они не мерцают при смене кадров, и потому их отри- цательное воздействие на глаза намного ниже, какой бы ни была частота кадровой развёртки, что осо- бенно важно для детей. Кроме того, ВРЕМЯ ОТКЛИКА Для любителей кино и компьютерных игр может иметь значение такой параметр, как время отклика. Этот параметр характеризует инерционность экрана, т. е. время, в течение которого пиксел успе- вает сменить оттенок, например с белого на чёрный. Это не является аналогом частоты смены кадров в ЭЛТ-мониторах, где время откли- ка было практически нулевым, и зрительно выглядит совсем иначе. В ЖК-мониторах и телевизорах большое время отклика приводит к неприятному сма ыванию двкжущегося изображения. Значение времени отклика может меняться в разы в зависимос- ти от методики его измерения. Так, переключение от белого цвета к черному происходит значительно быстрее, чем между близкими оттенками серого, да и измерение характеристик ЖК-матрицы в лабо- ратории совсем не то же самое, что у готового серийного монитора. Естественно, производители будут приводить величину, измеренную при наиболее выгодных условиях. Кроме того, уменьшение времени отклика часто (хотя и не всегда) сопровождается ухудшением других параметро — передачи цвета, углов обзора и пр. Практически все современные ЖК-мониторы способны воспроизвести кино с доста- точным ка еством, и на время отклика следует обращать внимание в последнюю очередь (отметим также, что плоские телевизоры с большим экраном в этом отношении, как правило, гораздо хуже ком- пьютерных мониторов). ЖК-монитор с номинальной диаго- налью 19" имеет диагональ ровно 19 дюймов, без каких-либо припусков на толщину стекла кинескопа, потому по размеру он равнозначен 20-дюй- мовой ЭДТ-модели. До недавнего времени считалось, что ЭЛТ-мониторы значительно лучше передают цвета, и действитель- но, передача оттенков у ЖК-монито- ров имеет ряд особенностей (о чём речь пойдёт ниже), но лучшие совре- менные модели ЖК-мониторов уже не дают оснований для подобных утверждений. Но не может же быть так, чтобы в новых моделях всё было только лучше и совсем ничего не было уте- ряно? Изображение на ЖК-матрицах заметно отличается от изображе- ния на экране традиционного кине- скопа, и не всегда в лучшую сторону. Пикселы на ЖК-экране более чётко выражены, и потому любой плоский монитор подчёркивает контраст мелких деталей. Это совсем неплохое качество, когда требуется воспроиз- ведение текста мелким шрифтом или чертежей с большой детализацией. А вот некоторые фотографии, осо- бенно уменьшенные в размере, ста- новятся избыточно контрастными и выглядят искусственно. Кроме того, ЖК-мониторы качест- венно работают только при одном установленном разрешении экра- на, том, которое совпадает с физиче- ским количеством пикселов матри- цы (последнее обычно приводится в паспортных характеристиках сразу после диагонали экрана). Потому разрешение ЖК-монитора — наиваж- нейшая его характеристика, даже более существенная, чем размер диа- гонали. Стоит заметить, что почти неот- личимые внешне модели ЖК-мони- торов различаются иногда по цене в два и более раза. Чем же обуслов- лены эти отличия? Для этого надо немного подробнее разобраться в 82
Мониторы основных технологиях изготовления ЖК-матриц. Устройство ЖК-ячейки В середине 1960-х гг. инженеры из компании RCA (Radio Corporation of America) Д. Фергасон и Р. Вильямс, занимавшиеся исследованиями воз- действия электрического поля на жидкие кристаллы так называемого нематического типа, продемонст- рировали первые ЖК-индикаторы для часов. На основе этих иссле- дований в конце 1970-х — начале 1980-х гг. были разработаны первые ЖК-матрицы — пассивные. Устрой- ство ячейки такого простейшего индикатора, или матрицы, вместо подсветки использующей зеркало, которое отражает внешний свет, показано на рисунке. Здесь слой жидких кристаллов толщиной несколько микрон нахо- дится между двумя стеклянными электродами. Причём за счёт специ- альной структуры поверхности стек- ла молекулы кристалла ориентиро- ваны параллельно плоскости этих электродов. Сверху и снизу такого «бутерброда» расположены пласти- ны-поляризаторы, ориентированные перпендикулярно друг другу. Толщи- на слоя жидких кристаллов рассчи- тана так, что в исходном состоянии он поворачивает плоскость поляри- зации световой волны ровно на 90°. В результате в обесточенной ячейке (на рисунке слева) свет беспрепятс- твенно проходит через весь «пирог», отражается от зеркала (сделано мато- вым чтобы не отражало окружающих предметов) и возвращается обратно. Когда вы подаёте на электроды напряжение (на рисунке справа), электрическое поле ориентирует молекулы жидкого кристалла вдоль его силовых линий, т. е. перпендику- лярно плоскости электродов. Жид- кий кристалл меняет свои свойства и перестаёт поворачивать плоскость электрод Неполяризованныи Поляризованный свет Поляризатор- Напряжение отключено Напряжение включено поляризации света. За счёт перпенди- кулярной ориентации поляризацион- ных пластин весь «пирог» перестаёт пропускать свет. Образуется чёрная точка (или сегмент цифрового инди- катора — в зависимости от конфи- гурации электродов). Если к ячейке добавить цветной фильтр, то можно получать не только чёрно-белое, но и цветное изображение. Подобные ЖК-дисплеи, называе- мые ещё пассивными, используются и поныне и хорошо всем знакомы по наручным и настольным часам, пор- тативным измерительным приборам, дисплеям калькуляторов, плееров, магнитол, фотокамер. В компьютерных же монито- рах такие простейшие ячейки по ряду причин в настоящее время не используются, поскольку в них, например, сложно получить проме- жуточные оттенки (полутона). Кроме того, экраны мониторов требуют подсветки (в качестве неё обычно применяют специальные люминесцентные лампы), и тогда чёрный цвет становится уже не сов- сем чёрным — он будет заметно Устройство ячейки простейшей ЖК-матрицы. 83
Устройство компьютеров ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ И ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ СВЕТ Любой физик второй половины XIX в. не задумываясь заявил бы, что такого феномена, как жидкий кристалл, просто не может сущест- вовать в природе, как не может быть твёрдой воды или горячего снега. В жидкости по определению молекулы движутся хаотично, в то время как в кристалле они жёстко связаны в стройную упоря доченную структуру. Тем не менее в 1888 г. австрийским ботани- ком Фридрихом Райницером было обнаружено необычное вещест во холестерилбензоат, - которое могло существовать в трёх фазах: твёрдой, жидкой и промежуточной. Учёные очень быстро убедились, что эта промежуточная фаза, по всем признакам являясь жидкостью, обладает также некоторыми свойствами кристалла, например анизо- тропией, т. е. имеет разные характеристики по разным направлениям. В том числе жидкий кристалл в разных направлениях в зависимости от ориентации молекул по-разном пропускает свет, поворачивая его плоскость поляризации. А что это такое — поляризация? Поляризованный свет в природе почти не встречается — все источники, и естественные, и создан- ные руками человека, испускают свет неполяризованный (по крайней мере, практически неполяризованный), в котором плоскости колебаний отдельных световых волн ориентированы случайным образом. Крис- таллы, в том числе и жидкие, могут поворачивать плоскости каждой из этих волн, но в результате всё равно получится хаотический неполяризованный свет. Для того чтобы полу- чить поток света, в отором все волны колеблются в одной плоскости, нужен поляризатор — специальный поляриза- ционный фильтр, пропускающий волны, колеблющиеся только в определённом направлении, и отсеивающий все остальные. Объединив эти особенности поляризационных фильтров и свойство жидких кристаллов управляемо поворачивать плоскость поляризации проходящего света, можно получить ячейку ЖК-матрицы, про- зрачность которой изменяют с помощью электри- ческого сигнала. ЖК-монитор. TFT-матрицы). Во-вторых, за счёт всевозможных ухищрений удалось улучшить передачу' полутонов и тем самым повысить качество переда- чи цвета. Но в этом процессе техно- логам приходилось идти на разные компромиссы, в результате чего в настоящее время выделилось три основных технологии изготовле- ния ЖК-мониторов, отличающихся качеством и стоимостью. TN + film — самая распространённая технология. Мониторы, изготовлен- ные по этой технологии, отличают- ся высоким временем отклика, но небольшими углами обзора и плохой цветопередачей, особенно при взгля- де немного сбоку или сверху. Ещё один недостаток дан- ной технологии — бракованные пиксе- лы (в просторечии их часто именуют «битыми») выглядят как яркая белая точка. Отличить TN + film от других технологий, даже если нет «битых» пикселов, легко, если перед таким экраном присесть: изобра- жение чернеет, синеет и даже может обращаться в нечто напоминающее негатив. Если же взглянуть на него сверху, изображение, наоборот, светлеет. Тем не менее изго- товленные по этой, технологии монито- ры. особенно неболь- ших размеров (до 19" по диагонали включительно), весьма популярны из-за дешевизны и вполне пригодны для организации индивидуального рабочего места. Иногда для улучше- ния цветопередачи такие мониторы покрывают специальным глянцевым слоем, обычно это делают для экра- нов ноутбуков. В качестве настольно- го рабочего монитора использовать просвечивать. Нако- нец, время переклю- чения такой ячей- ки весьма велико и составляет доли секун- ды, потому ни о каких дви- жущихся изображениях не может быть и речи. Исходя из этого, в мони- торах используют ячейки, значительно более сложные по устройству. Во-первых, к каждой ячейке добавлено по усилительному транзистору, что позволило намно- го уменьшить время переключения (это так называемые активные, или 84
Мониторы модель с «глянцем» неудобно, так как покрытие отражает окружающие предметы, такой монитор больше подходит для просмотра видео и для компьютерных игр. IPS (Super-TFT) — самая качест- венная технология в отношении цве- топередачи и углов обзора и в то же время самая дорогая. Лучшие ЖК- мониторы (вроде тех, что предназна- чены для профессионалов-дизайне- ров) делаются именно по технологии IPS в её различных вариантах. Причём даже самые дешёвые из них всё же заметно (в разы) дороже «бюджет- ных» мониторов, построенных по технологии TN + film. Недостатков у этой технологии два. Во-первых, у IPS-мониторов самое большое время отклика. Во-вторых, при взгляде под углом чёрный цвет приобретает заметный сине-фиолетовый оттенок (по этому признаку можно отличить IPS-матрицу от других типов). MVA/PVA — эти две практически идентичные технологии (название PVA принято для изделий фирмы Samsung, a MVA — для фирмы Toshiba) занимают промежуточное положение по качеству и соответственно цене) между упомянутыми вышеПЧ + film и IPS. У MVA/PVA самые высокие пока- затели контрастности из всех разно- видностей, но ячейки имеют зависи- мость оттенков цвета от угла обзора (так называемое явление цветового сдвига). Следует добавить, что практи- чески все мониторы, которые могут менять ориентацию (поворачивать- ся на 90°; так называемое портрет- но-ландшафтное расположение), построены либо на MVA/PVA, либо на IPS-матрицах. Иные технологии вывода изображений ЖК-мониторы имеют один прин- ципиальный недостаток — жидкие кристаллы не обладают свойством самосвечения. Поэтому приходится использовать отдельные лампы для подсветки, что снижает общий срок службы, ухудшает цветопередачу и КПД (коэффициент полезного дейст- вия) устройства, к тому же добиться равномерности свечения по всему полю экрана в таких условиях очень сложно. Было бы неплохо попробовать составить экран из светодиодов — всем знакомых электронных компо- нентов, ныне повсеместно используе- мых в качестве сигнальных лампочек Светодиоды могут излучать свет чис- того спектрального состава практи- чески во всём диапазоне видимого 85
Устройство компьютеров Большой светодиодный экран. спектра и при очень высокой ярко- сти, будучи при этом совершенно чёрными в выключенном виде. Они долговечны и обладают довольно высоким КПД. В настоящее время светодиоды используются для изго- БУМАГА ИЛИ ЧЕРНИЛА? Очень перспективным направлением технологий изготовления дис- плеев стала так называемая электронная бумага (е-рарег; в США то же самое часто наз >вают электронными чернилами — e-inc). Это направление долгое время пребывало в некотором застое, однако оно позволяет решить одну важнейшую проблему нашего времени: создать элек ронное устройство для чтения текстов, максимально приближённое по удобству к обыкновенной книге или журналу. Электронная бумага на самом деле никакая, конечно, не бумага, а пластиковая плёнка. В этой плёнке распределены мелкие гранулы с жидкостью, в которой плавают шарики чёрного и белого цветов. Плотность жидкости подобрана так, чтобы шарики в ней не всплывали и не тонули. При подаче напряжения одного знака наверх всплывают белые частицы, при подаче противоположного — чёрные. Кроме всего прочего, электронная бумага обладает свойством сохранять сформи- рованное изображение в течение очень долгого времени даже при полностью выключенном питании. В конце 2006 г. фирме Sony удалось выпустить в свет устройство под названием Sony Reader, которое по качеству воспроизведения тек- ста может соперничать с традиционной бумагой и позволяет непре- рывно пользоваться им несколько недель без подзарядки аккумуля- торов. Эти устройства оказались настолько востребованы, что всё их количество, которое фирма могла бы в ближайшее время выставить на прилавок, оказалось бы раскуплено за полгода до объявления о начале продаж. I ~ товления очень больших экранов и табло — тех, что устанавливаются на улицах, на стадионах и в качестве рек- ламных щитов. Иногда светодиоды белого свечения применяют для под- светки ЖК-матриц вместо люминес- центных ламп. Однако использовать обычные светодиоды для построения настольных мониторов с достаточно маленькими ячейками по ряду техно- логических причин невозможно. Учёным и инженерам пришлось придумывать способ обойти это ограничение, и им это удалось — вместо обычных кремниевых было предложено использовать светоди- оды на основе органических полу- проводников. Такие устройства получили наименование OLED-дис- плеев (Organic Light Emitting Diode — «органический светоизлучающий диод»). Это направление бурно развива- ется, и вполне вероятно, что чита- тель этой книги уже знаком с «орга- ническими» дисплеями. Кроме всего прочего, OLED-дисплеи отличаются тем, что их можно попросту нанес- ти с помощью струйного принтера (специального, конечно) почти на любую поверхность. Их используют Электронная бумага (е-рарег). 86
❖ «И® Мониторы не только как устройства для вывода изображений, но и в качестве эконо- мичных управляемых источников света. Инженеры известной фирмы Osram предполагают, что в буду- щем светильники на органических светодиодах заменят все остальные источники света, включая и лампоч- ки накаливания, и люминесцентные. Такие светильники будут любого желаемого оттенка, который легко поменять прямо на ходу, подстраи- вая его под интерьер и настроение. Можно представить себе, например, светящийся потолок вместо люст- ры — прямо как в фантастических романах! Различными фирмами и науч- ными учреждениями разрабатыва- Так выглядят углеродные нанотрубки под электронным микроскопом. ется много других перспективных способов вывода изображений на экран. Развивается лазерное телеви- дение, которое позволит кардиналь- но решить важнейшую проблему всех плоских экранов — инерционность ячеек Контрастность изображения и качество воспроизведения цвета также обещают быть вне конкуренции. Дру- гую важную проблему — сравнительно низкое разрешение современ- ных дисплеев, — веро- ятно, решат технологии с использованием уг- леродных нанотрубок. В самом деле, обычные мониторы имеют разре- шение порядка 100 dpi, в то время как даже са- мый простенький совре- менный принтер печа- тает с разрешением не менее 600 dpi. Успеш- ное завершение таких работ приведёт к необходимости пересмот- ра современных технологий выво- да изображений на экран, которые базируются на понятии пиксела, ведь он станет таким мелким (порядка 1 мкм, а это соответствует разреше- нию около 25 тыс. dpi!), что управлять отдельными точками напрямую уже не получится. Для выво- да таких изображений понадобятся и соот- ветствующие аппарат- ные возможности — гигантские объёмы памяти, каналы пере- дачи данных с беспре- цедентной пропускной способностью. Вот достойная зада- ча для будущих поко- лений программистов и инженеров, и, очень вероятно, читатели этой книги пополнят их ряды. 4 Углеродные нанотрубки (их также называют фуллеренами, или углеродными каркасными струк- турами) — большие молекулы, состоя- щие только из ато- мов углерода. Они обладают рядом уникальных меха- нических и элект- рических свойств, которые позволяют использовать их в самых разных об- ластях науки и тех- ники: от изготовле- ния сверхпрочных тросов до построе- ния микродвигате- лей размером в не- сколько молекул. Плеер фирмы Archos с OLED- дисплеем. 87
Устройство компьютеров КАК УПРАВЛЯТЬ КОМПЬЮТЕРОМ ством ввода. Существует очень много различных типов клавиатур, однако настольные компьютеры обычно управляются клавиатурой стандарт- ной 104-клавишной конфигурации. Остальные разновидности (усечён- ные клавиатуры ноутбуков, компакт- ные клавиатуры смартфонов и кар- манных ПК) — всего лишь вариации, в основе которых лежит стандартная конфигурация. На стандартной клавиатуре есть четыре принципиально различаю- $ Курсор — подвижный указатель на экране компьютера. Различаются два разных курсора — графический (или курсор мыши, обычно в виде стрелочки) и текстовый (обычно в виде мигающей вертикальной палочки), которые могут находиться на экране одновременно. Все компьютеры имеют специаль- ные устройства, с помощью которых ими можно управлять. Самые рас- пространённые из них — клавиатура и мышь, хотя они не единственные и даже не незаменимые. Так, многие карманные компьютеры управляются через сенсорные экраны. Все устрой- ства управления имеют свои особен- ности, и от их удобства во многом зависит качество работы на ПК Клавиатура Для персонального компьютера кла- виатура является основным устрой- щиеся по своему назначению груп- пы клавиш. Самая большая, первая и основная группа — цифробуквенная клавиатура, она обычно неизменна во всех модификациях. Раскладку букв на ней часто называют «расклад- кой QWERTY» (по латинским буквам, расположенным в верхнем буквен- ном ряду клавиатуры подряд, слева направо), принятой ещё в XIX в. Рас- положение русских букв также соот- ветствует принятому ещё со времён пишущих машинок порядку (так называемая «раскладка ЙЦУКЕН»), за исключением запятой, которую несколько неудачно поместили на верхнем регистре. Тут же располо- жены главные управляющие клави- Стандартная клавиатура настольного ПК. 88
Как управлять компьютером ши: <Enter>, <Tab>, так называемые клавиши Windows, а также клави- ши-модификаторы: <CtrI>, <AIt> и <Shift>. Вторая группа чаще всего распо- лагается выше основной и содержит от 10 до 24 функциональных клавиш (<F 1 >, <F2> и т. д.). Они служат для ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ КЛАВИШ Названия клавиш складывались в то время, когда тексто- вый редактор был ещё основной программой на ПК. По- этому ко многим клавишам традиционно привязаны опе- рации для управления текстовым курсором а позднее к ним были ривязаны функции навигации (т. е. передвиже- ния по экранным элементам). Управление с помощью кла- виш часто оказывается более быстрым, чем с помощью мыши, так что основные функции клавиш стоит выучить. <ТаЬ> — вводит в текст знак табуляции, который по- зволяет выравнивать колонки в текстовых таблицах (это не равносильно пробелу или нескольким пробелам!). При навигации осуществляет переход к следующему элементу. < Shift > — нажатая одновременно с буквенной клави- шей, обеспечивает ввод символа в верхнем регистре. <Caps Lock> — фиксирует клавиатуру для ввода сим- волов в верхнем регистре, т. е. заглавных букв (загора- ется соответствующая лампочка) Для отмены режима надо нажа ь <Caps Lock> еще раз. При нажатии в этом режиме клавиши < Shift > символы, наоборот, будут вво- диться в нижнем регистре. Отметим, что на цифры и спецзнаки режим < Caps Lock > не влияет. < Enter > («ввод») — традиционно это ввод двух симво- лов: «перевод строки» и «возврат каретки» (в некоторых случаях только одного из них), т. е. установка текстового курсора на начало новой строки. В современных тексто- вых редакторах формирование строки происходит авто- матически, и потому в них нажатие < Enter > означает начало нового абзаца. В таких редакторах для перевода строки без образования нового абзаца надо нажать соче- тание < Ctrl + Enter >. Во всех остальных случаях нажатие клавиши < Enter > означает, что ввод закончен и ком- пьютеру пора выполнять команду. Иногда в тречается название этой клавиши < Return >, т. е. «возврат» (по аналогии с рычагом или клавишей «возврат каретки на пишущих машинках). < Backspace > — в текстовых редакторах удаление сим- вола, стоящего слева от курсора (например, последнего набранного). Аналогично < Delete > — удаление симво- ла, стоящего справа от курсора. Последовательность < стрелка влево и < Delete > равносильна нажа тию < Backspace >, и наоборот, < стрелка вправо > и < Backspace > — нажатию < Delete > Клавиша < Delete > также широко используется для удаления какого-нибудь объекта. Клавиши-стрелки при однократном нажатии переводят текстовый курсор на одну позицию. А нажатые совместно с клавишей < Ctrl > стрелки вправо или влево передви- нут текстовый курсор на целое слово (вперёд или назад соответственно). Аналогично: <Ноте> — перевод курсора в начало строки, < Ctrl + Home > — в начало текста; < End > — перевод курсора в конец строки, < Ctrl + End > — в конец текста. < PageUp > и < PageDown > — «перелистывание» изоб- ражения на один экран вверх или вниз соответственно. В тех редакторах, где текст явно делится на настоящие страницы (те, что будут напечатаны), работают сочета- ния < Ctrl + PageUp > и < Ctrl + PageDown >, которые переводят курсор в начало следующей или предыдущей страницы. Все те же клавиши и их комбинации, нажатые одновременное клавишей <Shift>, будут осуществлять выделение текста. < Insert > — клавиша, которая включает и выключает режим замены символов. При включённом режиме замены (он обычно никак не индицируется, так что следует быть осторожным, чтобы не задеть < Insert > случайно!), если курсор стоит посередине текста, новые водимые симво- лы будут последовательно заменять старые, при выклю- ченном - вставляться в текст, раздвигая его как обычно. Для понимания того, как работает цифровая клавиа- тура, которая находится справа на но тбуках её может и не быть), нужно несколько ра; нажать клавишу < Num Lock >. При этом зажигается или гаснет светодиод с над- писью: «Num Lock». Если лампочка горит, эта клавиатура работает в режиме ввода цифр и арифметических зна- ков, как клавиатура калькулятора (это удобно, например, при работе с цифровыми таблицами). А если не горит, работают дополнительные функции, дублирующие кла- виши управления текстовым вводом. 89
Устройство компьютеров Клавиатура фирмы Microsoft. Клавиатура с мартфона. вызова различных функций, которые в каждой программе свои. Единствен- ное общепринятое правило — нажа- тие на клавишу <F1> всегда означает вызов справки (если таковая вообще имеется). Третья группа располагается спра- ва от основной цифробуквенной и содержит управляющие клавиши: <DeIete>, <Home>, <End> и т. д., а так- же клавиши управления текстовым Смартфоны — устройства, объединяющие в себе карманный компьютер и мобильный телефон. курсором (со стрелками). Наконец, цифровая клавиатура (справа от третьей группы) может работать двояким образом: нажа- тие клавиши <Num Lock> переводит её из режима набора цифр (как на калькуляторе) в режим дублирова- ния третьей группы клавиш. В режи- ме цифрового набора (при этом горит зелёная лампочка «Num Lock ») её очень часто используют те, ком) приходится вводить много цифр: бухгалтеры, операционистки в бан- ках, почтовые работники и т. д. Гибкая клавиатура. Особую роль игра- ют три клавиши, рас- положенные обычно справа вверху — как правило, над тре- тьей группой. Из них клави- ша <Prt Scr> (крайняя слева) в Windows слу- жит для получения копии экрана — скрин- ♦Л> шота. Остальные две клавиши (<Scroll Lock> и <Pause>) употребляются редко. Клавишей <Pause> можно при- остановить загрузку ПК, чтобы рас- смотреть сообщения на экране. Кроме стандартных на современ- ных клавиатурах располагают также дополнительные группы клавиш (на с. 88 они показаны на чёрном фоне вверху), которые осуществляют управление медиаплеером, интернет- браузером и другими программами. Клавиатуры, как и мыши, быва- ют проводными и беспроводными (wireless). Беспроводные устройства удобнее, но требуют собственных источников питания (батарейки, аккумуляторы) и иногда работают медленнее обычных. На рисунке слева (вверху) показа- на клавиатура фирмы Microsoft, кото- рая отличается необычной формой, отчего многим кажется удобнее, а на рисунке справа — типичная клавиа- тура карманного устройства (карман- ного компьютера или смартфона). Мышь и другие манипуляторы Компьютерная мышь была изобре- тена в середине 1960-х гг. Дугласом Энгельбартом специально для удоб- ства управления пользовательским интерфейсом со многими окнами, представляющими различные задачи В однозадачных компьютерах с тек- 90
Как управлять компьютером стовым интерфейсом (IBM PC и IBM PC XT) мышь ещё не использовалась или являлась вспомогательным уст- ройством. В дальнейшем она стала стандартным элементом в компью- терах с многозадачными операци- онными системами и графическим интерфейсом (Windows). Мышь управляет графическим курсором, который выводится на экран специ- ально для этой цели. Мыши могут использовать три способа отслеживания перемеще- ния. В оптомеханических по поверх- ности катается шарик, вращение которого фиксируется по двум осям двумя роликами с оптическими дат- чиками. В оптических подсвечивает- ся поверхность под мышью, а фото- сенсор отслеживает её перемещения. Относительно недавно появились лазерные мыши, в которых для под- светки поверхности используется полупроводниковый лазер. Подав- ляющее большинство продающихся сейчас мышей — оптические, для них не нужен ни коврик, ни вообще какая- то особая поверхность; единственное место, где они иногда отказывают- ся работать, — это чёрный полиро- ванный стол или стекло. А лазерные мыши (они не подсвечиваются снизу) работают и на этих поверхностях. Стандартные мыши имеют две кнопки, которые так и называются — «правая» и «левая», причём функции их можно менять местами. Главная кнопка (осуществляющая основные действия по управлению с помощью мыши) — левая, правая нужна для вызова экранного меню или каких- либо иных вспомогательных функ- ций. На компьютерах Apple мыши имеют всего одну кнопку. У всех современных мышей обыч- но есть колёсико прокрутки, оно также играет роль третьей кнопки, которую легко настроить на какое- нибудь действие. Обычно это делает- ся с помощью прилагаемой програм- мы — драйвера мыши. Продаются Фотосенсор оптической мыши. Лазерная мышь фирмы Saitek. модели с двумя и более колёси- ками, с несколькими кнопка- ми сверх стандартных двух. Второй по распространён- ности манипулятор после мыши — так называемый тачпад (TouchPad), представляющий собой чувствительную контактную площад- ку, с помощью которой движением пальца перемещается курсор. В подав- ляющем большинстве современных ноутбуков применяется именно это «указательное устройство», пусть не самое удобное, зато обладающее высо- кой надёжностью из-за отсутствия механических движущихся частей. Кроме того, в компьютерах используют специализированные манипуляторы. Из них наиболее популярен джойстик — рычаг, пово- ротом которого производится пози- ционирование курсора на экране. Первоначально джойстик возник как приставка к настольному компьюте- ру для игр, однако в настоящее время миниатюрные джойстики в различ- ном конструктивном исполнении Тачпад (TouchPad). £ Из звонков в пейджинговую компанию: «Введите это большими цифрами!» — «У нас нет больших цифр...» — «Это как же — большие буквы есть, а больших цифр нет?!». 91
Устройство компьютеров Джойстик. Трекпойнт (TrackPoint). Сенсорный экран (TouchScreen). используются в карманных ком- пьютерах, цифровых фотокамерах, мобильных телефонах. Так, кроме тачпада в ноутбуках иногда имеется трекпойнт (TrackPoint) — указатель- ное устройство, впервые появившееся в ноутбуках IBM. Трекпойнт представ- ляет собой миниатюрный джойстик диаметром 5—8 мм. Обычно он рас- положен на клавиатуре между клави- шами и управляется пальцем. Следует упомянуть также такие устройства, как планшеты. Планшет (англ. tablet) — это поле, на котором можно «рисовать» специальной руч- кой. Эта ручка управляет графичес- ким курсором (т. е. планшет заменяет мышь), но основное его предназна- чение — управление графическими инструментами в программах для создания графики. Очень многие художни- ки и фотографы предпо- читают использовать для этой цели именно план- шет, так как мышь — очень неудобный для рисования инструмент. Распространены сен- сорные экраны, т. е. экра- ны, чувствительные к нажатию (TouchScreen). Они нередко встре- чаются в карманных Планшет фирмы Wacom. устройствах — например, в извест- ном телефоне-плеере Apple iPhone из обычных устройств управления име- ется только одна-единственная кноп- ка включения всё остальное делает- ся через экран, на который просто нажимают пальцем, без использова- ния каких-либо специальных ручек. Если нужно вводить символы, то на экран выводится виртуальная клави- атура. Некоторые компании пыта- ются объединить идею сенсорных экранов и планшетов. Так, компания Wacom, крупнейший производитель планшетов выпускает полноразмер- ный 20-дюймовый монитор с разре- шением 1600 х 1200 точек, на кото- ром можно рисовать, как на листе бумаги. 92
Разновидности ПК и их назначение РАЗНОВИДНОСТИ ПК И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ НОУТБУКИ И UMPC По всей вероятности, лучшие време- на классических настольных ком- пьютерных систем уже проходят и очень скоро их заменят ноутбуки. Причин тому как минимум пять. Пер- вая видна невооружённым глазом и лежит в области эргономики и эсте- тики. Пользователям порядком надо- ели бесчисленные провода, змеящие- ся между различными компонентами компьютера. Многие не знают, куда лучше пристроить огромный сис- темный блок, который так и хочется упрятать в недра стола. Раздражает монитор, занимающий чуть ли не половину площади столешницы. Порой чашечку кофе или стаканчик ♦пепси» некуда приткнуть... Некраси- во, неудобно, а иногда и небезопасно. И потому неплохо было бы заменить весь этот «зоопарк» и «металлолом» на одно компактное устройство с приятным дизайном. Вторая причина заключается в том, что ноутбуки перестали быть предме- том роскоши. Раньше их, как прави- ло, покупали либо солидные органи- зации для своих сотрудников, либо столь же солидные индивиды для себя лично. Но в последние годы ноутбуки на мировом рынке неуклонно деше- веют, да и на рынке внутреннем оте- чественные производители и продав- цы предлагают довольно обширный перечень вполне приемлемых по цене ноутбуков. Сегодня за 30 тыс. рублей можно приобрести весьма «продви- нутую» модель, а бюджетную — за 15—25 тыс. Ноутбуками уже почти поголовно обзавелись высокооплачи- ваемые профессионалы: менеджеры, журналисты, политики, врачи, препо- даватели, инженеры и учёные. На оче- реди, видимо, и все остальные. Третья причина — возросшие тех- нические возможности ноутбуков. Аппаратное обеспечение даже дешё- вых (так называемых бюджетных) моделей отстаёт от новейших реше- ний для настольных компьютеров буквально на полгода-год, максимум — на одно поколение. В частности, некоторые ноутбуки по своей про- изводительности, размерам экрана и другим характеристикам практичес- ки соответствуют мэйнстриму ПК, т. с. той конфигурации моделей, которые больше всего продаются (систем- ный блок такого компьютера стоит около 15 тыс. рублей). Кроме того, мобильные версии ЗО-видеоускори- телей (таких, как АП Radeon Mobility и nVidia GeForce Go), DVD-приво- ды плюс встроенный качественный звук сделали их вполне приемлемой мультимедийной платформой. Поэ- тому ноутбуки можно рассматри- вать в качестве полноценной замены настольной системе. Четвёртая причина состоит в мобильности ноутбуков, а если быть более точным — в возможности их 93
Устройство компьютеров ► Одношпиндельный ноутбу к. Шпиндель (нем. Spindel, буквально «веретено») — рабочий вал металлорежущего станка. В компьютерной технике этот термин довольно часто применяется для обозначения центральных (осевых) валов жёстких дисков, приводов компакт-дисков и т. п. переносить. И дело даже не в том, что пользователю постоянно необходи- мо таскать ноутбук с собой. Это и не требуется. Но иметь возможность прихватить его с собой, если вдруг возникла необходимость поработать удалённо от обычного местоположе- ния, очень удобно. Ну и пятая причина — притяга- тельный Life Style. На русский язык это расхожее выражение можно перевести скорее не как «стиль», а как «качество жизни». После удовлетво- рения самых насущных жизненных потребностей часто возникает жела- ние сделать свою жизнь красивой и стильной. В том числе и с помощью окружающих нас вещей. Не всегда это оправданно с практической точки зрения, но... Классификация ноутбуков Классифицировать ноутбуки будем так, как это принято у профессио- налов — по числу шпинделей. И по этому параметру мобильные ПК можно разделить на три категории. Первая — трёхшпиндельные. Внутри этих ноутбуков три элект- ромотора: один — в жёстком диске, другой — в приводе компакт-дисков (CD. DVD или DVD-RW), а третий — в накопителе на гибких дисках (или дискетах). Как правило, в такие ноут- Трехшпиндельный ноутбук. буки устанавливают 17-дюй- ж мовые дисплеи. Это самые F мощные, самые крупные и самые тяжёлые портатив- ные компьютеры — «замени- тели» настольных ПК. Двухшпиндельные ноутбуки в своей стандартной конфигурации имеют винчестер и привод компакт- дисков, а флоппи- дисковод либо отсутствует сов- сем (что вовсе не трагедия, даже на они уже практически ушли в небытие), либо выполнен как отдельное устройство и при необхо- димости подключается к компьюте- ру через интерфейс USB. В дисплеях здесь чаще всего используют 15-дюй- мовую ЖК-матрицу. Именно двух- шпиндельные ноутбуки подходят на роль домашнего компьютера лучше всего. Одношпиндельные ноутбуки внутри тонкого и лёгкого корпуса имеют лишь жёсткий диск, а привод компакт-дисков и дискетный нако- питель — внешние. Помимо рекорд- ных массогабаритных характеристик (практически все одношпиндельные модели относятся к самым лёгким и маленьким — субноутбукам) эти компьютеры потребляют энергии существенно меньше своих много- шпиндельных собратьев, что заметно сказывается на времени их автоном- ной работы. Субноутбуки хороши для разъездной работы, но для серьёзных дел они годятся с некоторыми огра- ничениями: их дисплеи имеют диа- гонали 11 —12 дюймов, а производи- тельности процессоров и видеокарт может не хватить для «тяжёлых» при- ложений. В последнее время появились миниатюрные ноутбуки, вообще не имеющие механических приводов. Примером может служить снис- кавший огромную популярность ASUS Еее PC (практически полноцен- 94
Разновидности ПК и их назначение т ный ноутбук, умещающийся в карма- не пальто и продающийся за сумму, равную всего 400 долларов США), в котором жёсткий диск заменён на твёрдотельный. Разберёмся с аппаратурой Ноутбук должен быть мощным. А производительность мобильного компьютера зависит прежде всего от его процессора, системного чипсе- та, видеоподсистемы и винчестера. К счастью, современные техноло- гии позволяют удовлетворить самые высокие требования и по сравнению с настольны- ми компьютерами серьёзных функциональных ограниче- ний на ноутбуки не наклады- вают. Наверное, лучший вариант для ноутбука — предлагаемая компанией Intel мобильная платформа Centrino/Centrino Duo, включающая в себя про- цессоры Pentium М, Core Solo/Duo и Core 2 Solo/Duo, соответствующие семейства чипсетов и беспровод- Процессор AMD Turion 64X2. ТЕХНОЛОГИИ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ Когда пользователь работает за ноутбуком дома, пробле- ма энергосбережения перед ним не стоит. Розетки под боком — подключайся к электрической сети и забудь о батареях. Но иногда ноутбук желательно взять с собой, чтобы, например, наглядно провести презентацию како- го-либо проекта на чужой территории. При этом не всегда известно, какая у хозяев техника, есть ли рядом розетки. Тут важна надежность техники — всё необхо- димое везём с собой. Плюс батарея в ноутбуке играет роль встроенного источника бесперебойного питания. Пропало напряжение — не беда, пару-тройку часов и на батареях можно отработать. Да и данные, хранящиеся в ноутбуке, потерять не хочется. Поэтому пусть коротко, но с технологиями энергосбережения в мобильных ком- пьютерах мы ознакомимся. Заметим, что многие из этих технологий встречаются и в настольных компьютерных системах и также при- меняются для экономии электроэнергии (автоматиче- ское отключение жёсткого диска, монитора, перевод всего компьютера в режим засыпания» при длительном отсутствии активности пользователя . Однако существу- ют и специфические технологии, используемые только в мобильных компьютерах, в частности в их процессорах. Впервые разработкой технологии энерго бережения занялась компания Intel, реализовав в мобильных про- цессорах Pentium III 600 МГц переключение тактовой частоты и напряжения питания ядра. Проще говоря, тех- нология работает приблизительно так: пока ноутбук пита- ется от сети, процессор функционирует на номинальной частоте и с нормальным напряжением питания ядра. Как только ноутбук переходит на питание от батарей, процес- сор начинает работать в экономичном режиме на пони- женной частоте (примерно на треть от номинальной) и с пониженным на 15—20 % напряжением питания ядра. Широкое применение этой технологии, известной под названием SpeedStep, заметно увеличило время работы ноутбука от аккумуляторов. Компания AMD представила свою аналогичную технологию PowerNow! и поддержива- ющий её процессор (Mobile К6-2 + 450 МГц) всего лишь на три месяца позже Intel. Технология PowerNow! имеет свои особенности, в частности предоставляет возмож- ность регулировать частоту процессора и напряжение питания ядра в довольно широких пределах, а не выби- рать их из двух фиксированных значений. В автоматиче- ском режиме PowerNow! следит за загрузкой процес ора и при необходимости динамически, с шагом в 50 МГц, увеличивает или уменьшает тактовую частоту (и напря- жение ядра). Во многих случаях подобная гибкость быва ет очень полезной. Впрочем, достоинства технологии AMD PowerNow! в значительной степени присутствуют и в современной версии технологии Intel SpeedStep — Enhanced SpeedStep. 95
Устройство компьютеров ные адаптеры семейства Intel Pro/ Wireless. Появление этой платфор- мы можно считать одной из самых существенных инноваций за пос- ледние годы. Дело в том, что корпо- рация Intel впервые спроектировала новую платформу сразу в расчёте на критичные к энергопотреблению применения, а не стала переделы- вать компоненты для настольных применений в мобильные. Ноутбук на платформе Centrino при обычной нагрузке может работать от батарей в течение пяти — восьми часов про- тив двух-трёх часов, принятых ранее. Не отстают и другие производите- ли. На рынке доступны экономич- ные и производительные системы на процессорах AMD Turion 64 Х2 и VIA С7-М. В настоящее время разработана ещё более экономичная система на основе процессоров Intel Atom, но на момент написания этих строк она только внедряется в производство. ПЕРВАЯ ПОПЫТКА Первая попытка создать ультрамобильный компьютер, работаю- щий под управлением «настольной» ОС, была сделана уже давно. Palmtop-компьютер Hewlett-Packard 200 LX, выпущенный в середине 1990-х гг., работал на процессоре Intel 80С186 с тактовой частотой 7,91 Мгц под управлением обычной MS-DOS 5.0! А на его версии с 4 Мбайт оперативной памяти функционировала даже ОС Windows 3.0, благо, стандартный (хотя и монохромный) CGA-дисплей уст- ройства это вполне позволял. Так что большинство привычных при- ложений можно было использов ть на этом мобильном устройстве без каких-либо ограничений. HP 200 LX, безусловно, сопутствовал успех, но назвать его большим, к сожалению, нельзя. Дело в том, что в 1995—1996 гг. отрасль дружно, с энтузиазмом переходила на опера- ционные системы Microsoft Windows 95 и IBM OS/2. То есть HP 200 LX попросту опоздал на рынок где-то на год-полтора. А новые, «тяжё- лые» операционные системы аппа- ратура тогдашних «палмтопов» потянуть увы, уже не могла. И потому следующая модель — HP 320 LX работала уже под Windows СЕ 1.0 для карманных компьютеров. Что касается видеоподсистемы, то проблема её недостаточной мощнос- ти для игр и иных «тяжёлых» прило- жений, использующих ЗО-графику. сегодня практически снята. Решения, интегрированные в чипсет (напри- мер, ХЗООО из состава Intel 965), впол- не удовлетворят обычных пользова- телей, а решения на основе семейств видеочипов ATI Radeon Mobility и nVidia GeForce Go подойдут как люби- телям игр, так и профессионалам. Есть ещё одна чрезвычайно важная с точки зрения производительности деталь любого ноутбука — жёсткий диск По своим техническим характе- ристикам винчестеры для мобильных компьютеров несколько уступают своим настольным собратьям. Наибо- лее распространены диски стандар- та 2,5 дюйма со скоростью вращения шпинделя 4200 об./мин. Они имеют ёмкость от 20 до 160 Гбайт, что впол- не достаточно для большинства при- менений. Но прогресс не стоит на месте. Всё большую популярность приобретают миниатюрные диски на 1,8 дюйма, да и скорость посте- пенно растёт — на рынке предлага- ются модели со скоростью враще- ния шпинделя 5400 и "7200 об./мин, что сопоставимо с моделями жёстких дисков для настольных систем. Следует также отметить, что для ноутбука чрезвычайно важен пол- ный набор внешних интерфейсов. Ведь, возможно, к нему потребует- ся подключать принтеры, сканеры, внешние мониторы и клавиатуры, да и мышь, в конце концов. Чаще всего ноутбуки оснащают интерфейсами VGA (или DVI), USB, FireWire, IrDA, Bluetooth и Wi-Fi. UMPC Каким полагается быть действительно мобильному компьютеру, пользова- телям известно давно. Не исключено, что и производители об этом тоже догадываются. Мобильный компьютер 96
Разновидности ПК и их назначение должен умещаться в кармане пиджа- ка (или в женской сумочке), в край- нем случае в одном из отделений портфеля, работать от батарей пол- ный рабочий день, весить не более 500 г и обладать при этом функци- ональностью настольного ПК, т. е. иметь доступ в Интернет, почту, PIM (Personal Information Management system — «персональная информа- ционная система»), офисные при- ложения, просмотр-прослушивание- редактирование медиафайлов, ну и, конечно, игры. Для достижения этого идеала компании Intel и Microsoft предста- вили в 2006 г. новую компьютерную ОРИГАМИ В переводе с японского «ори» — «сло- женный» и «гами» — «бумага». То есть оригами — это искусство складывания бумаги для создания различного рода трёхмерных фигурок. Возникло оно в Японии в эпоху Хэйан (794—1185 гг.), спустя несколько веков после того, как в 610 г. странствующий буддийс- кий монах Дан-Хо, о котором совре- менники говорили, что «он был богат знаниями и умел делать бумагу и тушь», добрался до Японии и передал японцам секрет изготовления изоб- ретенной китайцами бумаги. Уже в наше время люди, пострадавшие в результате атомной бомбардировки Японии в 1945 г., символом одного из своих мероприятий сделали бумажно- го журавлика. В результате искусство оригами стало известно во всём мире. концепцию, причём Microsoft даже озвучила название своего проекта, в рамках которого и велись работы, — «Оригами» (Origami). Intel же ограни- чилась суховатым, но зато более понят- ным названием, тут же принятым отраслью, — Ultra Mobile PC, или UMPC. Давайте разберемся с тем, что такое концепция UMPC. Прежде всего, это небольшие габариты и вес. Размеры устройств лишь немногим превышают размеры установленных в них широкоформатных сенсор- ных экранов с диагональю от 7 дюй- мов и разрешением 800 х 480 точек Толщина первых UMPC — 2,5—3 см, а вес — порядка 700—800 г. Последу- ющие, скорее всего, будут ещё тонь- ше и легче. Аппаратно UMPC — самые настоящие ПК, так как в основу плат- формы положены х8б-процессоры экономичных в части энергопотреб- ления ULV-версий (т. е. версий, рабо- тающих на пониженном напряжении питания), а также соответствующие чипсеты. Оперативная память — от 256 Мбайт до 1 Гбайт, жёсткий диск — от 20 Гбайт. UMPC снабжены полным набором необходимых ин- терфейсов, от непременных USB и Compact Flash до беспроводных Wi-Fi (IEEE 802.1 lb/g) и Bluetooth 2.0. Очень многие устройства поддерживают UMPC фирмы Samsung. Новинка от компании OQO (Vista, выдвижная клавиатура). систему спутнико- вого позициониро- вания GPS, а также приём сигналов цифрового телеви- дения. В дополнение к сенсорному экрану в качестве штатного устройства управ- ления курсором предлагается джой- стик. Работает всё это весьма богатое «железное» хозяйст- во под управлением 97
тг Устройство компьютеров НЕСКОЛЬКО СОВЕТОВ ПОКУПАТЕЛЯМ НОУТБУКОВ Сегодня на нашем рынке предлагается довольно много моделей ноутбуков как отечественных производителей, так и зарубежных. Кому отдать предпочтение? Этот воп- рос не так сложен, поскольку большинство ноутбуков производится на острове Тайвань и в континентальном Китае в виде так называемых Ваге Bone (в переводе с английского буквально «голый костяк», «скелет»). Затем эти ноутбуки поступают на заводы известных фирм, где их комплектуют процессорами, памятью винчестерами фирменной документацией и т. д. В итоге на готовый ноутбук наклеивается торговая марка известного про- изводителя, и именно под ней он поступает в продажу. Другое дело, что чем известнее бренд производителя, тем тщательнее выходной контроль. Потому надёжность ноутбуков с известной маркой на корпусе оказывается выше, но внутри многие ноутбуки самой разной цены нередко одинаковы. Кстати, о корпусе. Точнее, о материале, из которо- го корпус изготовлен. Как правило, корпуса дешёвых ноутбуков, а также моделей средней ценовой категории сделаны из пластмассы, покрытой металлизированным напылением. Выглядят такие корпуса неплохо, однако через некоторое время напыление начинает облезать, и машина теряет товарный вид Есть и ещё один момент. Если крышка ноутбука, в которой установлен ЖК-дисп- лей, имеет недостаточную жёсткость, то при изменении угла наклона крышки ЖК-дисплей будет деформировать- ся, что вызовет кратковременные видимые искажения картинки. Необходим ю жёсткость может придать толь- ко металл, например модные в . последнее время лёгкие алю- миниево-магниевый и тита- Мк новые сплавы. Корпуса из к таких сплавов и предпоч- ек тительнее выбирать. Нк При выборе конфи- j гурации ноутбука не стоит гнаться за мегагерцами процессора. Мобильные процессоры по определению значительно дороже обыч- ных, а с ростом тактовой частоты эта разница ещё более увеличивается. Вполне приемлем процессор с тактовой частотой на две-три ступени ниже максимально доступ- ной для этой модели — этого будет уже достаточно для любых современных приложений, да и деньги можно сэкономить. И наконец, самое главное. При покупке ноутбука следует обратить внимание на гарантийные обязатель- ства производителя. Этот вопрос не так прост, так как в продаже в компьютерных салонах имеются ноутбуки нескольких категорий. Вот некоторые из них. New (новые). Новые мобильные компьютеры, на кото- рые распространяется полная гарантия производителя. Refurbished (перестроенные, восстановленные). Эта категория ноутбуков включает в себя бывшие в употреб- лении изделия, возвращённые в продажу после ремонта или восстановления на заводах производителя. В эту категорию иногда попадают уценённые ноутбуки и ноут- буки с мелкими внешними повреждениями. На такие изделия распространяется ограниченная гарантия. End Of Life (снятые с производства). Ноутбуки, произ- водство которых прекращено продающиеся из товар- ных запасов. На такие изделия распространяется полная гарантия изготовителя. Recertified (ресертифицированные). Функционально восстановленные (полностью или частично) ноутбуки, имеющие заметные внешние недостатки (царапины, сколы, потертости, вмятины), т. е. потерявшие товарный вид. Некоторые имеют ограниченную гарантию. As Is («как есть»). Работоспособные ноутбуки, бывшие в употреблении. Как правило, документация не входит в комплект поставки. Эти изделия не имеют никакой гаран- тии от производителя. Разумеется, предпочтительнее приобретать новые ноутбуки или в крайнем случае, восстановленные. Титановые сплавы. специально доработанной вер- сии операционной системы Windows ХР Tablet PC Edition 2005, в состав которой включён пакет Microsoft Touch Pack, оптимизирую- щий работу на ПК с использованием сенсорного экрана. Одно из самых интересных приложений пакета — виртуальная клавиатура DialKeys, обеспечивающая удобный ввод дан- ных большими пальцами обеих рук. Для этого она имеет два секто- ра ввода, расположенных в нижней части экрана слева и справа. Разуме- ется, можно подключить LSB- или Bluetooth-клавиатуру. Кроме того, в пакет Microsoft Touch Pack входят менеджер для запуска приложений. Touch Improvements — оптимизатор интерфейса системы и Windows Media Player специальной наружности. А второе поколение UMPC, по- явившееся в 2007 г. и получившее неофициальное название Vistagami, 98
т Разновидности ПК и их назначение как нетрудно догадаться, работает под управлением одной из версий Windows Vista. Многие устройства этого поколения «обзавелись» экра- нами повышенного разрешения (1024 * 600 точек) и аппаратными клавиатурами (часто выдвижными). КПК, СМАРТФОНЫ И КОММУНИКАТОРЫ В 1992 г. Джон Скалли — президент компьютерной компании Apple во время представления публике устройства под названием Newton MessagePad, впервые употребил тер- мин PDA (от англ. Personal Digital Assistant — «персональный цифро- Джон Скалли вой помощник»). Так что история PDA насчитывает уже полтора десят- ка лет. Предшественниками PDA (КПК) были программируе- V мые калькуляторы, портатив- ные компьютеры со встроенным W Бейсиком и, наконец, элект- ч ронные календари-органайзеры. ’ Однако КПК заметно отличаются как от простейших органайзеров с «джентльменским» набором функций вроде планировщика, записной книж- ки, будильника и калькулятора, так и от компактных современных персо- нальных компьютеров — ноутбуков и ультрамобильных компьютеров (Ultra Mobile PC, UMPC). КПК превосходят органайзеры прежде всего функцио- нальностью. Любой современный КПК позволяет эффективно рабо- тать с текстами и электронными таб- Newton MessagePad. лицами, синхронизировать данные с настольным компьютером, подклю- чаться к Интернету7 и устанавливать пользовательские приложения. Прак- тически все модели обладают и муль- тимедийными функциями, например позволяют просматривать видеоро- лики или прослушивать звуковые файлы. Что касается отличий от ноутбу- ков, то здесь всё не так однозначно. По своим возможностям современ- ные КПК уже серьёзно их догоняют. И всё же это совсем разные устрой- ства, прежде всего по типу приме- няемой операционной системы, ну и по размерам, конечно. Подавляю- щее большинство КПК не имеет кла- виатуры, а использует перьевой ввод. К тому же все КПК имеют сенсорный экран и долго работают от батарей... Возможности карманных компью- теров широки и многообразны, так что найти им достойное применение совсем несложно. Начать, наверное, следует с одной из самых замечатель- ных возможностей, предоставляемых <3 ХА В России аббревиатуры PDA или ПЦГ1 (персональный цифровой помощник) не прижились, и для названия этого класса устройств чаще всего используется термин «карманный персональный компьютер», или КПК. Электронный календарь органайзер» 99
Устройство компьютеров КПК + + мобильный телефон = = мобильный офис. Dell Axim X51v — один из самых мощных современных КПК КПК, — чтения электронных книг, ведь именно эта функция использу- ется большинством пользователей чаще всего. Порой времени для чте- ния не хватает и хочется использо- вать для этого буквально каждую сво- бодную минуту. В электричке, в метро и на прогулке в парке, в ожидании своей очереди на приём в учреждени- ях — всегда найдётся немного време- ни, которое можно провести с поль- зой и удовольствием, читая книгу. Но далеко не всегда она оказывается под рукой. Или далеко не всегда под рукой оказывается именно та книж- ка, которую сегодня и сейчас хочется читать. Карманный компьютер реша- ет эту проблему легко и эффектив- но, ведь в нём можно иметь при себе целую библиотеку. А читать с экрана КПК довольно удобно. Современные экраны имеют столь высокое качес- тво, что позволяют не отрываться от любимой книги часами, совершенно не напрягая глаза. Всё большую популярность завоёвывают специальные устройс- тва для чтения книг в электронной форме, иногда называемые ибуками (e-book). Примером могут служить Sony Reader или IBook eReader, разра- ботанный украинской фирмой «МУК» совместно с китайской компанией Tianjin Jinke Electronics, — они сдела- ны на основе дисплея из электрон- ной бумаги. Обязательно стоит упомянуть о том, что для многих профессий КПК может вполне подойти как компо- нент мобильного офиса, который невозможно организовать без при- вязки к Интернету. То есть должна существовать возможность приёма и передачи электронной почты и доступа к веб-сайтам. Для этого к КПК добавляется всего один компонент — мобильный телефон с подпиской на услугу передачи данных, и Интернет у вас в кармане. Можно, связав КПК и мобильный телефон через ИК-порт или Bluetooth, принять почту; напи- сать письма и отправить их. Или получить необходимую информацию с веб-сайтов. Для бизнесмена, госслу- жащего, инженера или студента при- менение связки КПК и сотового теле- фона найдётся легко. Карманный компьютер позволя- ет эффективно организовать свою жизнь, профессиональную и личную. Всё больше и больше людей имеют в повседневном быту, на работе или учёбе такую нагрузку, что им требу- ется помощь в организации своего времени. Многие из нас испытывают 100
❖ (эИне) Разновидности ПК и их назначение вполне определённый дискомфорт от того, что забывают сделать необ- ходимые телефонные звонки, про- пускают по той же забывчивости важные встречи или что-то ещё. Бумажный ежедневник заметно улучшает ситуацию, но у него есть два недостатка: им не очень удобно пользоваться (например, довольно трудоёмко записать в него телефон- ный звонок родителям на каждое вос- кресенье в течение всего года), в нём сложно планировать дела на дли- тельные периоды времени и можно, в конце концов, просто забывать в него смотреть. КПК этих недостат- ков лишён: информация о повторя- ющихся событиях в него вводится легко, планирование очень удобно, обо всех необходимых делах он во- время напомнит световой и звуко- вой сигнализацией. А ещё благода- ря синхронизации данных между КПК и настольным компьютером актуальный перечень всех своих дел можно иметь на всех рабочих местах. И всегда с собой, разумеется. Так что в качестве развитого органайзера кар- манному компьютеру просто нет рав- ных, и помощь в нашей быстротеч- ной жизни он может оказать весьма существенную. Есть у КПК и ещё одна замечатель- ная функция — записная книжка. Как часто мы записываем полезную информацию на каких-то клочках бумаги или даже в бумажные запис- ные книжки, а потом никак не можем её отыскать. Особенно если потре- бовалась она не сразу, а чуть позже, через несколько дней, недель или месяцев. Если же информация зане- сена в КПК, то там она, как правило, хранится в структурированном виде (например, в адресной книге по алфа- виту), что заметно упрощает поиск. А удобство ввода информации ничуть не меньшее, чем при записи на бума- ге, ведь все карманные компьютеры изначально поддерживают рукопис- ный ввод в «чистом» виде либо в виде так называемых граффити. Работа — рабо- той, а развлечения тоже важны. Под рукой или... в кар- мане. Ведь кто-то, возможно, приоб- ретает КПК исклю- чительно из-за игр. Можно, наверное, играть и на про- стенькой игровой приставке вроде Nintendo GameBoy. Но качество игр на КПК несоизмери- мо выше. И по гра- МРЗ-плеер в КПК. фике, и по звуку. Сегодня на карманных компьютерах можно сразиться и в кровавый 3D- шутер, и в шахматы-шашки-нарды, есть для КПК замечательные страте- гии, аркады, спортивные игры, авиа- и автосимуляторы. И, конечно, прос- то невероятное количество самых разнообразных логических игр и головоломок Развлечь нас могут не только игры, но и музыка. Сегодня всё боль- ше людей отдают предпочтение МРЗ- плеерам, сочетающим небольшие габариты и вес с высоким качеством воспроизведения звука. Да и музы- кальных композиций в современные «мп-тришники» помещается доволь- но много. А если учесть, что раздо- быть новейшую музыку в этом фор- мате в Интернете совсем несложно, то становится понятно, почему такие проигрыватели получили широчай- шее распространение. Спросите, а причём здесь КПК? А при том, что его современные модели поддержи- вают воспроизведение файлов MP3, причём делают это очень и очень качественно. Всё больше растёт популярность аудиокниг, которые позволяют, нахо- дясь в транспорте или в пробках на дороге, с пользой провести время, 4 Граффити — система специальных, упрощённых в написании символов, в чём-то схожая со стенографией, ускоряющая ввод в компьютер букв, цифр и знаков препинания, а также повышающая способность компьютера к распознаванию вводимых символов. В- МВ вммнмвв 101
®r Устройство компьютеров Смартфон N-серии — Nokia N 73. приобщаясь к вершинам миро- вой литературы. Интересно, что, по утверждению одной из фирм, торгу- ющих аудиокнигами, первые места по продажам занимают не легкомыслен- ные боевики или фэнтези, а классика: в том числе «Война и мир» Толстого, рассчитанная в аудиоварианте на 73 часа звучания! Многие из нас в фоторамках на рабочих столах или под прозрачной плёнкой в бумажниках держат фото- графии своих близких. Приятно, особенно вдали от дома, лишний раз взглянуть на них. А ведь КПК может сыграть роль целого фотоальбома, вместив в себя несколько сотен фото- графий весьма неплохого качества. Да и просматривать их (или демонстри- ровать) с компьютера куда удобнее. И наконец, на КПК может быть установлено великое множество КОММУНИКАТОРЫ И СМАРТФОНЫ Сегодня уже практически невозможно представить жизнь сов- ременного человека без мобильной связи. Особые разновиднос- ти КПК — коммуникаторы и смартфоны — позволяют совместить в одном корпусе устройства весь «продвинутый» функционал карман- ного компьютера с возможностями сотового телефона. То есть в эти устройства попросту добавлен так называемый телефонный модуль. Для России — GSM/GPRS, очень часто — с поддержкой EDGE (под- робнее см. статью «Доступ в Интернет с мобильного телефона»). При этом устройство называется коммуникатором, если оно работоспо- собно в качестве КПК и без SIM-карты ператора, а смартфоном — если без SIM-карты пользоваться им нельзя даже с ограничениями по функцг ональ ости. Впрочем, похоже, производители сами уже запу- тались в определениях: зачастую устройство, по всем статьям попа- дающее в категорию коммуникаторов, из маркетинговых соображе- ний называется смартфоном (например, Palm Тгео 650/680 или Nokia 6131). Бывае и наоборот Коммуникаторы и смартфоны работают как под управлением операционных систем Windows Mobile и Palm OS, хорошо известных по КПК, так и под управлени- ем специально созданной для «умных телефонов» ОС Symbian смартфоны Nokia, Sony Ericsson и др.). Также есть примеры использования в коммуникаторах и смартфонах мобиль- ной версии ОС Linux. Наиболее популярные коммун каторы на 2007 г. — Palm Тгео 650 и Palm Тгео 680 а среди смартфонов с большим отрывом лидируют устройства на ОС Symbian. самых разнообразных приложе- ний — от словарей и карт местности до личных финансовых планиров- щиков и программ управления про- ектами. Практически все виды прило- жений для настольных компьютеров имеют аналогичные по назначению программы для КПК. Платформы Palm и Windows Mobile Под платформой понимается сово- купность аппаратных средств КПК. операционной системы, средств разработки и соответственно при- ложений, созданных сторонними фирмами. Немаловажным компо- нентом платформы КПК является программа для обмена данными и синхронизации с настольным ком- пьютером пользователя. Наиболее распространены на сегодняшний день две платформы КПК — Palm и Windows Mobile. Если вам скажут, что Palm — это просто органайзер, a Windows Mo- bile — полноценный компьютер, знайте, вас намеренно или по незна- нию вводят в заблуждение. Особен- но если учесть, что все современные КПК используют процессоры одной и той же RISC-архитектуры, разрабо- танной фирмой ARM (Advanced RISC Machines). Их выпускают фирмы Intel Texas Instruments, Samsung, Motorola и др. Так что технически устройства разных платформ очень близки. Также близки обе платформы и по своим функциональным воз- можностям. Правда, выбор подходя- щей платформы, а затем в её рамках конкретной модели КПК — всё-таки непростая задачка. Каких-то универ- сальных рекомендаций здесь нет. очень многое зависит от личных при- страстий и от возможностей кошель- ка. Но конкретизировать некоторые «за» и «против» тем не менее можно. К достоинствам платформы Windows Mobile, безусловно, отно- 102
Разновидности ПК и их назначение сятся богатая функциональность, сопоставимая с возможностями «больших» ПК, сильно развитые муль- тимедийные возможности, работа с файлами широко распространённых форматов (Word, Excel) без установки дополнительных приложений, хоро- шая программа синхронизации и удовлетворительное быстродействие. К достоинствам Palm относятся высо- кое быстродействие, небольшие раз- меры и вес многих устройств (в отде- льных случаях — просто рекордные), интуитивно понятный интерфейс операционной системы, удобная про- грамма синхронизации, длительное время работы от батарей, огромное количество приложений от сторон- них разработчиков, а также доступ- ная цена. Но есть у обеих платформ и аргу- менты «против». Так, устройства на Windows Mobile имеют непростой в освоении интерфейс операционной системы, довольно часто — недоста- точное время автономной работы от батарей и высокую цену. Ну а «палмы» несколько уступают конкурентам в том. что операционная система Palm OS не многозадачная. Впрочем, воп- рос о том, многозадачной или одно- задачной должна быть операционная система для КПК, до сих пор дискус- сионный. Что касается технических характе- ристик. то КПК платформы Windows Mobile, как правило, имеют цветные экраны с разрешением 320 х 240 или 640 х 480 точек, 64— 128 Мбайт опе- ративной памяти, разъёмы для карт расширения стандартов СЕ ММС или SDIO, беспроводные интерфейсы Bluetooth и/или Wi-Fi, а также встро- енные модули глобальной системы позиционирования GPS. Устройства платформы Palm снаб- жены цветными экранами с разреше- нием 320 х 320 или 320 х 480 точек, 22—64 Мбайт оперативной памя- ти, разъёмами для карт расширения стандартов ММС или SDIO, а также ПЛАТФОРМА PSION Платформу Psion (созданную одноименной <омпанией), безу- словно, нельзя забывать, но подробно описывать, пожалуй, не стоит, потому что она уже покинула рынок. И это несмотря на то, что клавиатурные КПК Psion по праву считались лучшими в своём классе. Две самые популярные модели платформы — Psion Series 5mx и Psion Revo (а также <клон» Revo — Diamond Maco), оснащённые операционной системой EPOC 32, сред- ствами работы с факсимильными сообщениями, э ектронной почтой и т. п., — стали целой эпохой в развитии КПК. Кстати, широко применяемая в смартфонах ОС Symbian в основе имеет как раз перационную систему клавиатурных КПК Psion. встроенными беспроводными моду- лями Bluetooth. В некоторых моделях встречаются Wi-Fi и GPS. Windows Mobile. Apple iPhone. Новая платформа Apple Однако в спор этих двух (точнее, даже четырёх, если вспомнить Symbian и Linux) платформ готова вмешаться компания Apple, вроде бы оконча- тельно покинувшая рынок КПК уже десять лет назад. Но в начале 2007 г. Apple представила устройство, которое можно с полным правом назвать последователем и преем- ником «Ньютона». Называется оно iPhone, а отнести его к какому-то конкретному классу мобильных устройств весьма затруднительно. iPhone может всё! Во-первых, это мощный широкоэкранный плеер с объёмным массивом флэш-памяти, способный проигрывать как звуковые файлы, так и видео. Во-вторых, это бескнопочный мобильный телефон для GSM-сетей с поддержкой переда- чи данных как с помощью ординар- ного GPRS, так и высокоскоростного EDGE. В-третьих, это мощный КПК со всеми современными беспроводными интерфейсами. И всё это богатство упаковано в маленький и лёгкий кор- пус весьма впечатляющего дизайна. И наконец, в-четвёртых: встроенная двухмегапиксельная цифровая каме- ра делает устройство альтернативой 103
Устройство компьютеров Multi-touch максимально оптимизирован для управления пальцами. Интернет браузер Safari. 4 Что такое гаджеты? Строгого определения, к сожалению, нет. Gadget в переводе с английского означает «приспособление», «техническая новинка» или просто «безделушка». А в приложении к информа- ционным технологиям — это высоко- технологичное устройство с необычным функционалом. В шутку говорят, что гаджет — это то, чего никогда не было и что отличается imimw простенькой цифровой фотокамере. В общем, стоит рассмотреть это уст- ройство подробнее, потому что на его примере легко представить себе сегодняшний уровень КПК-строения. Начнём с экрана. Он имеет диаго- наль 3,5 дюйма, разрешение 320 х 480 точек и является сенсорным. Это значит, что всё управление происходит именно с его помощью, так как на устройстве всего две кнопки — включения (ввер- ху) и возврата в основное меню (на лицевой панели внизу). Интерфейс устрой- ства, получивший имя собс- твенное Multi-touch, мак- симально оптимизирован для управления пальцами. Это и большие кнопки, и специальная программа Intelligent Keyboard, кото- рая автоматически исправляет воз- можные ошибки набора на экранной клавиатуре, и тщательно продуманная навигация по устройству. Экрану присущи ещё три интерес- ных свойства. Внутри iPhone уста- новлен специальный датчик-акселе- рометр, отслеживающий положение смартфона в пространстве. И в зави- симости от того, вертикально или горизонтально расположен корпус, осуществляется автоматический поворот картинки. Помимо этого дат- чика есть ещё два. Датчик «близости» (или «соседства») выключает экран и блокирует нажатие на него, как толь- ко вы подносите смартфон к уху для разговора. А датчик освещённости в зависимости от внешних условий автоматически регулирует яркость подсветки. Телефонная часть iPhone поддер- живает четырёхдиапазонный GSM (850, 900, 1800, 1900 МГц) и GPRS/ /EDGE, а беспроводные интерфейсы представлены связкой Bluetooth 2.0 (с поддержкой EDR — Enhanced Data Rate) и Wi-Fi. Существует две модифи- кации iPhone — с четырьмя или восемью гигабайтами флеш-памяти. Но особую гордость Apple составляет програм- мное обеспечение смарт- фона. На базе операцион- ной системы Mac OS X для больших компьютеров была разра- ботана специальная версия операци- онной системы для iPhone — OS X. То есть в основе ОС смартфона лежит хорошо отлаженное, надёжное и мно- гозадачное UNIX-ядро. В комплект программного обеспечения, постав- ляемого с iPhone, помимо непремен- ных калькулятора, записной и адрес- ной книг, программки для посылки и приёма коротких сообщений — SMS- мессенджера, планировщика дел и встреч входят и хорошо известный владельцам «маков» интернет-бра- узер Safari (разумеется, в оптимизи- рованном для КПК виде), и почтовый клиент, и мощные встроенные поис- ковые программы от Google и Yahoo!, и специальная версия Google Maps, позволяющая в любой момент загру- зить в iPhone либо карту местности, либо снимок этой местности из кос- моса. Совершенно отдельный класс программ для смартфона составляют так называемые виджеты (Widgets) — маленькие приложения, выводящие информацию о текущих курсах валют, прогнозе погоды и т. п. 104
тг Как обустроить рабочее место Ну и, наверное, самое главное. Значительную часть описанной выше функциональности впол- не можно было себе представить и ранее, ещё до iPhone, в виде крупно- го КПК весом 200 с лишним грамм и с тремя часами работы от батареи. Однако Apple удалось почти чудо: iPhone имеет размеры некрупного мобильного телефона и весит всего 135 г! И при этом полного заряда устройства достаточно для 16 часов проигрывания аудио или пяти часов использования в качестве видеопле- ера или КПК. Появление устройства Apple iPhone (а со временем будут создаваться и аналоги от других производителей) наглядно демонстрирует общую тен- денцию последних лет. Доля собст- венно КПК на рынке сокращается, всё большую популярность приобретают смартфоны и коммуникаторы. Види- мо, именно за ними будущее. КАК ОБУСТРОИТЬ РАБОЧЕЕ МЕСТО В жизни многих людей персональный компьютер занимает важное место. Он наш большой помощник и храни- тель необходимой рабочей и личной информации. Потому мы стараемся его периодически обновлять, чтобы он соответствовал требованиям вре- мени, и иногда даже содержим его в чистоте и порядке. А ещё мы хотим, чтобы его конфигурация была макси- мально эргономична и безопасна для здоровья. К сожалению, говоря о ком- пьютерах, этот вопрос часто обходят стороной. Многие слышали или читали о том, что существуют «очень вред- ные электромагнитные излучения» от монитора и что человеку, работа- ющему7 за компьютером, неминуемо угрожает ухудшение зрения, а ещё заболевание, называемое «туннель- ный синдром» (боли в кистях рук или запястьях при больших объёмах работы на клавиатуре), или же воспа- ление сухожилий запястий. Получает- ся, что нужно бежать от компьютера как чёрт от ладана? Давайте разби- раться, так ли это. Всё познаётся в сравнении. Телеви- зор в соседней комнате, работающий все вечера напролёт, излучает несрав- ненно больше, качество картинки на его экране не идёт ни в какое срав- нение с изображением на хорошем мониторе, а диагноз «туннельный синдром» в Америке, например, про- фессиональным машинисткам и сек- ретаршам в последнее время вооб- ще перестали ставить После десятка лет широчайшего применения ком- пьютеров оказалось, что вроде бы и нет такой болезни, выдумка одна... А что уж тогда говорить о нит- ратах в овощах, употребляемых нами в пищу? А о воздухе городов, 105
4® Устройство компьютеров Неправильное положение перед монитором (ближе, чем расстояние вытянутой руки). Удобное кресло. отравленном автомобильны- ми выхлопами?.. Вред здоровью от работы за домашним компьютером заметно преувеличен. Более того, сделано это отчасти намеренно. Например, как заставить покупателя приоб- рести новый монитор, если старому всего лишь несколь- ко лет от роду? Очень просто. Каким нормам по электромаг- нитным излучениям, эргоно- мике, экологии и энергосбе- режению удовлетворяет ваш «старичок»? Никаким? Вы в страшной опасности! Тут же называется причина — низ- кочастотное излучение мони- торов. Ужас! Кошмар! Крупные заголовки газет и журналов. Что делать? Ответ потребите- лю предлагается сразу: приоб- ретайте новейшие мониторы, удовлетворяющие стандартам безопасности MPRII и ТСО’92! Приобрели? Успокоились? Но через пару лет наверняка удаст- ся убедить вас в том, что без ТСО’95, ТСО’99, ТСО’ОЗ, ТСО’Об уже никак не Правильное расположение мониторов (к стене). Сидеть спиной к тыльной части монитора вредно. обойтись и вновь нужно отправлять- ся в магазин. Самое интересное, что при этом в выигрыше оказываются почти все: производитель, продавший новую модель монитора, и покупатель став- ший обладателем современного и качественного изделия. В проигры- ше только двое — монитор-«стари- чок», раньше срока отправившийся на свалку и внёсший тем самым свою лепту в загрязнение окружающей среды, и кошелёк покупателя, замет- но похудевший. Но не в деньгах наше счастье, ведь так? Получается, что компьютер не более опасен, чем воздух, наша пища, окружающие нас бытовые устройства. К тому же есть немало возможностей ослабить факторы риска при работе на компьютере, чтобы не допускать физического переутомления и его последствий. Группа исследователей из Корнеллского университета (США) установила, что главным гарантом здоровья и безопасности при работе за компьютером является не столько ограничение уровня электромагнит- ных излучений (хотя и это важно) сколько правильная поза. 106
Как обустроить рабочее место ЭРГОНОМИКА РАБОТЫ ЗА ДОМАШНИМ КОМПЬЮТЕРОМ Каково всё-таки влияние неизбеж- ных электромагнитных излучений, исходящих от всех электронных компонентов компьютера, а самое главное — от его монитора? Сразу нужно внести ясность: при соблюде- нии технологических и эргономи- ческих требований эти излучения не оказывают никакого вредного воздействия на организм. Так что общее правило работы перед монитором такое: нужно сидеть от него не ближе чем на рас- стоянии вытянутой руки. Любые излучения резко ослабевают с уда- лением от их источника. Удобное рабочее кресло, в котором можно откинуться на спинку, в значитель- ной мере повышает безопасность сидения перед монитором. Кроме того, важно помнить, что излучение от ЭЛТ-мониторов имеет почти кру- говую диаграмму направленности, потому его воздействию подверга- ются, просто сидя к тыльной части монитора спиной. Лучше всего, когда мониторы в комнате стоят на столах у стен. Ещё лу’чше, если удастся пол- ностью отказаться от использования ЭЛТ-мониторов, заменив ихЖК- панелями. Соблюдение простейших реко- мендаций, таких, как непрерывная работа за компьютером не более 45 минут (для детей до пяти лет — 15 минут), затем перерыв 15 минут, а общее время работы на компьютере не более четырёх часов в день, обес- печат полное сохранение здоровья. Более серьёзные и далеко идущие последствия создают такие факто- ры, как неправильное обустройство компьютерного места для работы и развлечений и незнание простых, но необходимых правил или же невы- полнение этих правил. Правила организации рабочего места за компьютером: Нужно организовать своё рабо- чее место самым комфортным для себя образом, установить удобную клавиатуру, добиться отсутствия бликов на мониторе от дневного и электрического освещения, найти мышь под свою руку (и на свой вкус!). Во время работы с клавиатурой кисти рук должны быть мак- симально распрямлены. Локти необходимо расположить как можно ближе к телу. Нужно сидеть, откинувшись на спинку Рабочее место. 107
Устройство компьютеров СТАНДАРТЫ НА МОНИТОРЫ Несмотря на самые убедительные доказательства безвредности мониторов появляются всё более жёсткие стандарты безопасности. Первые работы по созданию нормативов на излучения монито- ров начались в связи с массовым распространением ПК в середине 1980-х гг. В 1990 г. Шведский департамент аккредитации и оценки соответствия (SWEDAC — Swedish Board for Accreditation and Conformity Assessment) утвердил норматив MPR II, разработанный Шведской кон федерацией профессиональных служащих (ТСО), тем самым установив предельные нормы на электромагнитные, электростатические и маг- нитные поля, порождаемые мониторами компьютеров. Все мониторы, производимые в мире, обязательно соответствуют стандарту MPR II. Вскоре после этого появилась значительно более жёсткая рекомен- дация ТСО'91, разработанная совместно ТСО и NUTEK (Националь ным советом индустриального и технического развития Швеции). Ещё через год стандарт был дополнен рекомендациями по энергосбере- жению и получил обоз ачение ТСО'92. Далее обновление стандарта происходило регулярно. Долгое время большинство производителей ориентировались на стандарт ТСО'95, расширенный экологическими требованиями: в конструкциях мониторов нельзя применять галоге- носодержащие пластмассы и фреоны, упаковка не должна содер- жать хлоридов и бромидов она подлежит нетоксичной вторичной переработке. А в 1999 г. появился стандарт ТСО'99 ещё более жёст- ко нормирующий уровни электромагнитных излучений, требующий снижения энергопотребления в режиме длительного ожидания сиг- налов, соблюдения ряда других аспектов эргономики. Дальнейшее ужесточение требований произошло в стандартах ТСО'ОЗ и ТСО'06. В настоящее время оценка качества монитора охватывает эмиссию электромагнитных волн, потребляемую мощность, удобство использо- вания, применен е вредных веществ при изготовлении и возможность повторного использования материалов, из которых монитор изго- товлен. Более того, новейший сертификат ТСО'06 сфокусирован на усилении оценки мультимедийных свойств дисплея, в первую очередь качества изображения. В частности, был повышен стандарт яркости зображения с 150 кд/м2 до 300 кд/м2, что сделано прежде всего для уменьшения напряжения глаз. А для оценки уровня контрастности были добавлены критерии стандартного времени реакции и яркости однотонного экрана. Все эти стандарты действуют как для ЭЛТ-мони- торов, так и для ЖК-панелей. I_________________________________________________________ рабочего кресла, шея долж- на быть выпрямлена, а взгляд направлен примерно на 5—7 см выше средней горизонтали экра- на (см. рисунок). Как уже говорилось, обязатель- но нужно прекращать работу и отходить от компьютера каж- дые 45 минут. Лучше всего в этот перерыв выпить немного воды. Через каждые два часа необхо- димо устраивать основательные перерывы: попить чаю, кофе, съесть что-то лёгкое, с кем-то поговорить, пробежаться, при- лечь, умыться и т. п. БОРЕМСЯ С ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЕМ ГААЗ Длительная, в течение нескольких часов работа с текстом или графикой на экране компьютера неизбежно вызывает чувство общего утомления. Причём утомление распространяется именно от глаз. Основная причина — простое перенапряжение глазных мышц при длительной фокусировке на близких расстояниях. Всего один пример в качестве иллюстрации: для глазных мышц работа с монитором сопоставима по расходу нервной энергии с удержанием в вытянутой руке нескольких килограммов груза в течение того же периода времени! Ещё в 1991 г. Национальный инсти- тут профессиональной безопасности и здоровья США объявил зрительное утомление при работе с компьютером самой главной проблемой для работ- ников современных офисов. Итак, чтобы восстановить энер- гетику и избежать истощения зри- тельной системы, следует делать час- тые перерывы в работе. Необходимо знать и ещё об одном простом приё- ме, охраняющем здоровье глаз: нужно моргать. Работа за компьютером способствует развитию синдрома 108
Компьютеры специального назначения «застывшего взгляда». А частое морга- ние снимает напряжение мышц глаз- ного яблока и устраняет излишнюю концентрацию взгляда в одной точке. Кроме того, снизить утомляемость глаз помогут следующие простые меры: — не следует работать за монито- ром при отсутствии внешнего освеще- ния и тем более настраивать его при этом на высокую яркость и контраст- ность (большой перепад между све- тящимся экраном и темнотой вокруг очень утомляет глаза). Хорошо, если рамка монитора или предметы вокруг него и собственно экран имеют при- мерно одинаковую яркость; — нужно периодически перево- дить глаза с экрана на предмет, распо- ложенный не ближе 2—3 м (повесьте красивый постер или календарь на дальней стене). КОМПЬЮТЕРЫ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ Персональные компьютеры, в том числе карманные, и разнообразные бытовые устройства вроде игровых приставок — самые известные раз- новидности компьютеров. Но это не единственная и даже не самая много- численная группа устройств, исполь- зующих микропроцессоры как осно- ву для своей работы. Многие слышали названия «сервер», «суперкомпью- тер», «микроконтроллер» — что они означают? Серверы и серверные «фабрики» В известной многопользовательской игре «Вторая жизнь» (Second Life) игровая «вселенная» состоит из вир- туальных «участков земли» размером 256 х 256 м. Почему именно из таких? Каждый подобный «регион» как раз под силу обслужить одному компью- теру, принадлежащему компании — владельцу игры Linden Lab. Когда в игре «земля» становится слишком «заселённой», Linden Lab попросту вводит в строй ещё один новый ком- пьютер, и «земля» прирастает ровно на один такой «регион». Подобные специализированные компьютеры называются сервера- ми. Они существуют для того, чтобы обеспечивать возможность решения разнообразных задач, быть базой, основой компьютерного комплекса, служить источником ресурсов. Собст- венно, с этим и связано их название «серверы», т. е. «те, кто служит» (от англ, to serve — «служить»). Многопользова- тельская игра «Вторая жизнь» (Second Life). 109
Устройство компьютеров Первоначально серверы возникли для решения задачи оптимального использования мощности ПК. Если необходи- мо хранить большое количест- во данных или просчитать сложную задачу, то, конечно, Портативный сервер. СЕРВЕРНЫЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И ПРОГРАММЫ-СЕРВЕРЫ Операционная система (ОО, которая станет использоваться на серве- ре, должна быть тщательно проверена, не содержать явных ошибок и, кроме того, гарантировать независ мость работы отдельных при- ложений и защиту их друг от друга. Причём если более чем на 90 % персональных компьютеров стоит ОС Windows, то в мире серверов доминирование этой ОС уже совсем не так однозначно. Многие сер- верные системы построены на основе различных вариантов Unix — как платных, так и бесплатных. Так, по данным компании Netcraft, всего около трети веб-серверов (т. е. тех, что составляют основу Интернета) в начале 2006 г. работало под управлением Windows, а приблизительно 60 % — под управлением бесплатной серверной системы Apache на основе операционной системы Unix. Кроме компьютеров-серверов существуют также программы-сер- веры. Они почти никогда не имеют пользовательского интерфей- са, запускаются не пол зователем а самой операционной системой, выполняются постоянно и ожидают запросов от других программ. Программы-клиенты обращаются к ним с использованием заранее определён чых механизмов и правил запросов (протоколов) для выпол нения необходимых действий. Самым известным примером програм- мы-клиента является браузер, например Internet Explorer или Mozilla Firefox (см. рисунок). Программы-серверы не обязательно выполняют- ся именно на компьютерах-серверах. Если разработчик сайта поставит веб-сервер на свой компьютер и будет на нём же запускать браузер, то окажется, что на одном и том же персональном компьютере выпол няются и программа-клиент, и программа-сервер. Так часто поступают для отладки различных программ. Программа- Протокол передачи Программа- сервер данных - HTTP клиент Принцип взаимодействия веб-сервера и программы браузера по протоколу http Сервер. можно увеличить мощность. Или добавить в ПК жёсткие диски, по- ставить мощный процессор. Но что делать, если дополнительным дискам просто нет места в корпусе персо- нального компьютера? Или в качестве рабочего места используется ноутбук, который чаще всего не приспособ- лен для модернизации и добавления новых компонентов? В таких случаях выделяется специ- альный компьютер — сервер, кото- рый и служит источником ресурсов для всех остальных компьютеров в сети. Серверы могут использоваться и в домашней сети на три компью- тера, но чаще их можно встретить в качестве центров сетей на уровне фирм или больших предприятий. Интернет полностью построен на серверах (в просторечии серве- ры иногда даже путают с сайтами). В таких гигантских проектах, как 110
[Те) Компьютеры специального назначения популярные поисковые системы (Google, Yandex, Yahoo!) или крупней- ший интернет-магазин Amazon, рас- считанных на одновременный доступ миллионов пользователей, задейст- вованы сотни тысяч серверов. Комп- лексы взаимосвязанных однотипных серверов часто называют серверны- ми «фабриками» или датацентрами. Сколько серверов задействовано в упомянутой игре «Вторая жизнь», читатель может посчитать сам, если узнает, что к началу 2006 г. общая «площадь» виртуальной «вселенной» игры составляла более 250 тыс. кв. км! Суперкомпьютеры Все первые компьютеры одновре- менно были и суперкомпьютера- ми — других тогда по причинам уникальности каждого экземпляра не знали. Осознание того, что не для всех задач требуется предельная производительность, в нашей стране связывают с именем конструктора И. С. Брука. В 1955—1956 гг. он сфор- мулировал концепцию «малых ЭВМ» и определил их отличия от компью- теров предельной производитель- ности (нынешних суперкомпьюте- ров). Конечно, нет нужды лишний раз напоминать о том, что мы, живущие в век сплошных гигабайтов, гигабодов и гигагерц, имеем право говорить о «суперах» того времени со снисхо- дительной усмешкой: ёмкость ОЗУ какого-нибудь выдающегося для своего времени «Атласа» (Англия, 1962 г.) составляла около 672 Кбайт, а тактовая частота знаменитой оте- чественной БЭСМ-6 (1967 г.) равня- лась 10 МГц. В дальнейшем линии развития суперкомпьютеров и малых машин разошлись — последние эволюцио- нировали во всем известные «пер- соналки», а первые вплоть до конца 1980-х гг. продолжали строить по образцу космических станций — для каждого образца затевая свой, уникальный проект. Самые извест- ные суперкомпьютеры, для которых ещё специально проектировалась вся аппаратная часть, построила фирма Cray. Cray-1 был создан в 1976 г. в Лос- Аламосской лаборатории США и обо- шёлся в 8,8 млн долларов. Наиболее известным отечественным супер- компьютером тех времён стал «Эль- брус», в котором использовались столь передовые решения, что на их основе и по сей день функционируют самые производительные процессо- ры (включая всем известное семей- ство Pentium, Itanium и др.). В связи с распространением мик- ропроцессоров в какой-то момент $ Браузер — программа для доступа в Интернет. Сгау-1. Суперкомпьютер BlueGene/L сейчас содержит 65 536 сдвоенных процессоров IBM Power PC и 32 768 Гбайт памяти. 111
Устройство компьютеров Программа SETIOHome. конструкторы поняли, что вовсе не обязательно строить суперком- пьютер каждый раз заново. Гораздо проще составить его из готовых бло- ков-«кирпичиков» (в качестве них могут выступать как отдельные мик- ропроцессоры, так и готовые ПК), сосредоточившись на программной части — способах взаимодействия блоков между собой. Такие систе- мы получили название кластерных. Все современные суперкомпьютеры построены подобным образом. С 1993 г. функционирует незави- симая организация, составляющая так называемый Тор500 list — список рейтинга 500 самых быстрых ком- пьютеров мира. Крупнейшие фирмы и целые страны соревнуются за право занять высшие места в списке, кото- рый обновляется каждые полгода. В последнем на момент написания этих строк списке (ноябрь 2007 г.) в первой десятке четыре позиции (в том числе две первые) занима- ет IBM, ещё три — фирма Cray, две позиции достались Hewlett Packard, КАК ПОДСЧИТАТЬ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ КОМПЬЮТЕРА Вычислительную мощность компьютера — его произ- водительность при расчётах — измеряют в единицах со смешным названием «флопс». Больше всего времени при вычислениях занимают операции с действительны- ми числами, у которых запятая (в английском вариан- те — точка) может быть расположена в произвольном месте, потому их ещё называют числами с плавающей точкой. Флопс (flops) — это количество производимых процессором операций с плавающей точкой в секунду (Floating Point Operations per Second). Для измерения производительности на компьютере запускают специ- альную тестовую программу, обычно составленную из типовых задач, которые приходится решать компью- терам данного класса. Тест на оценку производитель ности для рейтинга Тор500 list носит название Unpack. Согласно ему, BlueCene/L фирмы IBM, лидер рейтинга суперкомпьютеров по состоянию на конец 2007 г., имеет производительность 478,2 Тфлопс (1 Тфлопс равен трил- лиону, т. е. 10’2 флопс). Отечественный MVS-15000ВМ, занимающий 99 ю строку в рейтинге, имеет производи- тельность Ь,6 Тфлопс. Для ПК тестовые программы называемые ещё бенч- марками (от англ, bench — «суд»), — Winstone, PCMark, WinBench и др. — включают элементы типовых офисных приложений, архивацию, обработку изображений и т. п. Часто для тестирования производительности используют компьютерные игры, которые весьма требовательны к ресурсам ПК. Пересчитать условные единицы, в которых измеряется производит льность в таких синтетических тестах, во флопсы (и даже просто сравнить тесты между собой) не всегда просто, потому в таких случаях обычно пользуются условными единицами конкретных тестов. Тем не менее какие-то оценки разыскать можно. Так, согласно заявлениям производителей, игровая приставка ХЬох фирмы Microsoft имеет эквивалентную производи- тельность порядка 1 Тфлопс, a Sony PlayStation 3 — около 2 Тфлопс (что приближает их к суперкомпьютерам в самом низу Тор500 list, имеющим производительность порядка 6 Тфлопс). По некоторым данным, произво- дительность обычного Pentium 4 с тактовой частотой 3 ГГц достигает 6 Гфлопс (т. е. миллиардов флопс), а четырёхпроцессорная система на процессорах Dual-Core Itanium 2 приближается к 45 Гфлопс. Интересно, что процессоры для обработки изображений, входящие в состав передовых видеокарт, в этих операциях значи- тельно обгоняют обычные процессоры — так, производи- тельность видеокарты Nvidia GeForce 7950 GX2 двумя рафическими процессорами составляет 384 Гфлопс 112
Компьютеры специального назначения и одна — компании SGI. Семь из пер- вых десяти суперкомпьютеров списка находятся в США. Компьютеры, уста- новленные в России, представлены в списке семью позициями, самый быс- трый находится на 33-м месте. Значительное число суперком- пьютеров из списка Тор500 исполь- зуется для военных нужд (например, при моделировании взрывов ядер- ных боеприпасов, для которых запре- щены физические испытания), одна- ко большинство работает во вполне мирных областях. Так, самый быст- рый компьютер в мире под названи- ем BlueGene/L (он занимает первую строчку уже несколько лет и, вероят- но, ещё долго останется в числе лиде- ров, так как фирма IBM непрерывно наращивает его мощность) исполь- зуется для расчёта конфигураций молекул белков, помогая таким обра- зом научным исследованиям в сфере производства лекарств. Стоит отметить ещё одно направ- ление — построение вычислитель- ных сетей на основе обычных «пер- соналок» частных пользователей, объединяемых через Интернет. Существует довольно много проек- тов такого рода (в том числе ком- мерческих), из которых наибольшую известность в своё время получил SETI@Home — проект поиска внезем- ных цивилизаций путём обработки астрономических данных на ком- пьютерах всех желающих. Цивили- зации найдены не были, но эквива- Крылатая ракета. лентная мощность сети SETl@Home превышала на пике её популярности в 2000—2001 гг. производительность тогдашнего лидера списка Тор500 list почти вдвое. Военные и промышленные компьютеры Современная боевая техника сплошь зависит от компьютеров. В качестве примера можно привести крылатую ракету, которая, по сути, представ- ляет собой специализированный вычислительный центр для обработ- ки и сопоставления данных, одно- Винтовка ХМ29. временно поступающих с модуля спутниковой навигации, видео- камер слежения за местностью и различных датчиков. Сравнивая все эти данные с заложенной на этапе подготовки к запуску подробной картой местности и полётным заданием, кры- латая ракета может поразить цель с точностью до 1 м на расстоянии в сот- ни километров. В настоящее время прохо- дит полевые испытания Ноутбук фирмы Cetac вполне годится для войск спецназа. ИЗ
4 Аналого- цифровой преобразователь (АЦП) - устройство, которое позволяет различные электрические сигналы преобразовать в цифровую форму. Без АЦП невозможно было бы существование цифрового звука, цифровых изображений, различных измерителей и т. д. американская автоматическая вин- товка ХМ 29, которая может исполь- зовать «умные пули». Если солдату необходимо поразить противника, спрятавшегося в окопе или за углом, достаточно нацелить ХМ29 на этот самый окоп или угол. Компьютер, расположенный в винтовке, опре- делит расстояние до цели и запрог- раммирует «умную пулю» так, чтобы она взорвалась как раз над окопом или минуя угол здания. Совсем как в старой армейской шутке: «Может ли пушка стрелять из-за угла?». Теперь это уже не шутка. Без компьютеров ныне не обхо- дится ни один традиционный вид вооружений, и появляются всё новые, даже такие, как роботы-солдаты. Сложные гусеничные роботы-сапё- ры и небольшие крылатые роботы- разведчики, оснащённые видеока- мерами слежения, уже поступили на вооружение американской армии и используются в Ираке и Афганиста- не. Особая задача — изготовление бортовых компьютеров для авиации, наземной военной техники, косми- ческих аппаратов. К обычным компьютерам, исполь- зуемым в полевых условиях воен- ными или в цехах промышленных предприятий, предъявляются крайне высокие требования по надёжности работы, способности противостоять удару, воздействию повышенных и пониженных температур, влаги, виб- рации. Для некоторых предприятий очень важно исключить возможность искрения контактов. Естественно, что фирма, производящая компью- теры для подобных целей, не сможет обойтись извинениями и заменой по гарантии ноутбука, у которого из-за лёгкого удара о стол вышел из строя жёсткий диск, — придётся предвидеть такую ситуацию заранее. И тут собственно вычислительные возможности компьютера обычно отходят на второй план. Для многих задач и по сей день производятся про- мышленные компьютеры на процес- сорах Intel 386 образца 1980-х гг. — таковы, например, изделия фирмы Кабина самолёта Ан-148, оснащённая бортовыми компьютерами. 114
Компьютеры специального назначения Octagon стандарта РС/104, исполь- зуемые в качестве одноплатных встраиваемых компьютеров для промышленных и научных целей. Большинство же подобных систем производится на основе не слишком «горячих» процессоров Intel или AMD с тактовыми частотами до 1 — 1,5 ГГЦ и жёсткими дисками на основе энер- гонезависимой памяти, которая, в отличие от обычных магнитных носителей, содержащих много дви- жущихся частей, не боится ударов. Фирмы Mitac и Getac выпуска- ют высокозащищённые ноутбуки. Например, ноутбук Getac серии А790, предназначенный для исполь- зования в полевых условиях, может работать при температурах от -20 до +55 °C, его можно поливать водой и посыпать песком, а также безбо- лезненно ронять с высоты 1 м. Это вполне современный аппарат на основе процессора Intel Core Duo с ЖК-экраном 12 или 14 дюймов и широким использованием беспро- водных технологий связи. Микроконтроллеры Микроконтроллеры (МК) — это спе- циализированные микропроцессо- ры (МП), которые преимущественно предназначены для управления раз- личными устройствами. МК в мире выпускается намного больше, чем микропроцессоров для ПК — в коли- чественном отношении в 2006 г. они занимали 94 % от всех выпускаемых МП. И лишь оставшиеся 6 % — это всем известные Pentium, Core, Athlon и другие именитые марки, которые у всех на слуху. Немало МК вы можете разыс- кать и у себя в компьютере, где они управляют жёсткими дисками, опти- ческими приводами, различными аппаратными интерфейсами. На МК построены современные телеви- зоры, стиральные машины, игруш- ки, мобильные телефоны и прочие >11! бытовые электронные устройства. МК часто выпускаются под конк- ретную задачу, но проектирование специализированных микросхем выгодно только для массовой про- дукции, потому значительную часть всех производимых контроллеров составляют универсальные устрой- ства. Наиболее популярные универ- сальные МК фирм Atmel, Microchip, Motorola представляют собой устрой- ства «всё в одном» — кроме собствен- но процессорного ядра они содер- жат память программ и данных (в том числе энергонезависимую), раз- личные аппаратные интерфейсы, таймеры, аналого-цифровые преоб- разователи и прочие узлы. Благода- ря этому на таких МК можно постро- ить простейший компьютер с весьма широкими возможностями почти без использования каких-либо иных компонентов. МК в настоящее время — основ- ной объект для творчества любителей электронной техники, так как дёшевы (весьма производительный контрол- лер с 8—16 Кбайт памяти программ и тактовой частотой до 16 МГц, замет- но превышающий по возможностям микропроцессоры, на которых были построены первые модели ПК, можно прибрести за 200 рублей) и не требу- ют большого времени для освоения начинающими. Програм- мируемый микроконтроллер PIC30F6013. 115
8 ЗЬ * b 8 o 8 • В о В о В dЬ 8 Ь И8,И»Гв',Вл8я8',81МР8Г <DIR> <DIR> <DIR> <DIR> <DIR> <DIR> :^ocuiHntt 5/81/2006 5/81/2006 8/01/2006 2/81/2006 5/81/2006 2/01/2006 2/81/2006 0/01/2006 Fwiritu 19:12 19:12 22:56 11:45 19:28 23:17 11:32 03 = 06 , 4 a* . <DIR> <DIR> <DIR>

Программы и данные ПОНЯТИЕ О ПРОГРАММИРОВАНИИ Всё, что делает компьютер, заключается в выполнении различных программ. При- чём некоторые действия, которые совершает микропроцессор (МП) компьютера, казалось бы, аппарат- ным путём, т. е. путём взаимодействия электронных схем между собой, на самом деле всего лишь выполнение микропрограмм, намертво «заши- тых» в его электронной начинке. Можно сказать, что программы — это и есть компьютер, без них он спосо- бен сделать не больше, чем телеви- зор где-нибудь в Антарктиде, где нет телевещания. Работа микропроцессора при выполнении программ В статье «Как работает компьютер» уже упоминалось, что микропроцес- сор при включении обращается к памяти по совершенно определён- ному адресу, который заложен в него на этапе производства, и считывает первую команду, расположенную по этому адресу. Здесь стоит разобрать- ся подробнее, что же такое команда процессора. Команды представляют собой дво- ичные числа, порой довольно длин- ные. Любая команда содержит ин- струкцию, что именно процессору нужно делать на данном шаге (иногда команды так и называют — инструк- циями). Каждая инструкция (а их существует сотни разновидностей) кодируется определённым двоичным числом, которое может быть коро- че, чем команда. Процессор всегда «знает», какая часть команды пред- ставляет собой инструкцию, и посту- пает соответствующим образом. Если это требуется, другая часть команды предоставляет данные, необходи- мые для выполнения инструкции, — непосредственно числа или чаще их адреса в памяти. При этом часть адре- сов памяти может выделяться под так называемые регистры — ячейки с очень быстрым доступом. Выпол- нив предусмотренную инструкцией обработку данных, микропроцессор помещает результат в такой регистр либо в основную память. Такова в общих чертах схема рабо- ты микропроцессора при выпол- нении одной команды. Последова- тельность таких команд и образует программу. В простейшем случае команды выполняются одна за дру- гой, так, как они записаны в памяти. После выполнения очередной коман- ды счётчик команд просто прибавля- ет единицу, и по этому адресу считы- вается следующая команда. 118
Понятие о программировании Однако если бы компьютер «умел» только это, его использование не имело бы особого смысла — соста- вить программу из последователь- ности операций и прогнать её на компьютере ничуть не быстрее, чем просто выполнить те же операции вручную. Такие простейшие про- граммы целесообразно использовать, например, для проведения однотип- ных расчётов (и они нередко исполь- зуются в калькуляторах для вычис- ления по формулам), но компьютер обладает значительно большими воз- можностями. Почему? Потому что среди инструкций процессора есть такие, которые по- зволяют нарушить последователь- ность выполнения команд. Существу- ет несколько разновидностей таких инструкций. В первую очередь это так называемые команды перехода, содержащие инструкцию перейти к определённому месту в программе (по адресу определённой команды), они называются командами безуслов- ного перехода. В других случаях такой переход может осуществляться по некоторому условию (например, если значение в таком-то регистре больше или равно такому-то числу) — тогда они называются командами условно- го перехода. Команды перехода позволяют ор- ганизовывать циклы — многократ- ное выполнение одних и тех же участков кода программы. А это уже очень мощный инструмент — многие вычисления требуют многократного повторения одних и тех же процедур только с разными данными. Если в учебнике математики взглянуть, например, на способы вычисления квадратного корня вручную, то легко понять, почему в докомпьютерную эпоху на составление таблиц квад- ратных корней уходили годы ручного труда даже с использованием механи- ческих калькуляторов. А компьютер за несколько мгновений извлекает тыся- чи квадратных корней. Команды процессора представляют собой длинные двоичные числа. Кроме простых команд перехо- да по конкретному адресу большую роль играют команды вызова подпро- грамм (процедур). По сути, это тоже команды перехода, однако их рабо- та отличается тем, что процессор выполняет при этом ещё ряд допол- нительных действий, а именно запо- минает текущее значение счётчика команд и только потом переходит на начало фрагмента кода, представля- ющего подпрограмму. Запоминание происходит в специально отведённой области памяти, называемой стеком. В конце каждой подпрограммы обя- зательно стоит специальная команда возврата, по которой процессор авто- матически извлекает из стека значе- ние счётчика команд и возвращается к выполнению основной программы как ни в чём не бывало. Такие команды позволили осуще- ствить важнейшую вещь — заранее составлять подпрограммы для реше- ния типовых задач, компоновать их в общедоступные библиотеки и Процессор AMD Athlon вызывать оттуда по мере необ- ходимости. Все без исключе- ния современные програм- мы пользуются такими библиотеками. В виде библиотек оформ- ляются процедуры вывода на экран и на принтер, обра- ботки введённых с клавиатуры символов, чте- ния данных с различных носи- телей и т. д. 119
Программы и данные MOV АХ,О Cycle: ADD АХ,1 CMP АХ, 9 JLE Cycle Эта программа представляет со- бой цикл, который выполнится ровно десять раз. До его начала в регистр под названием АХ записывается О (инструкция MOV от слова move, что значит «перемещать»). Затем стоит метка Cycle, помечающая команду сложения регистра АХ с единицей. После этого полученное значение регистра АХ сравнивается (СМР — от слова compare, т. е. «сравнивать») с числом 9. Инструкция JLE (сокра- щение от Jump if Less or Equal — «перейти, если меньше или равно») Раньше программы записывались только языком машинных кодов. Машинные коды и ассемблер Разумеется, записывать программы в двоичных числах, которые ещё называются машинными кодами, неудобно (хотя когда-то это был единственный способ). Потому при- думали более «человеческий» метод, когда инструкции записываются в виде буквенных мнемонических (т. е. запоминающихся путём образования искусственных ассоциаций) сокра- щений. Например, инструкция сло- жения выглядит как ADD (от англ. add — «прибавлять»), инструкция вычитания — как SUB (от subtract — «вычитать»), инструкция безуслов- ного перехода — как JMP (от jump — «прыжок», «переход») и т. д. Регистры также получили буквенные обозна- чения, а вместо адреса инструкции в программе перед нужными коман- дами стали ставить метки — произ- вольные сочетания символов, обыч- но складывающиеся в понятное по смыслу слово. В таких обозначениях простая программа может выглядеть так: заставит опять начать с инструкции прибавления единицы, если в резуль- тате сравнения обнаружится, что ещё не достигнуто значение, боль- шее 9- Если такое число достигнуто, то программа закончится. После её выполнения регистр АХ будет содер- жать число 10. 120
Понятие о программировании Сама по себе такая программа может показаться бессмысленной (проще сразу загрузить в АХ число 10), но внутри цикла мы можем, например, выполнить какие-то дру- гие продуктивные действия, кото- рые нам нужно почему-либо сделать ровно десять раз. Каждая разновидность микро- процессора в силу своего устройства имеет собственную систему таких мнемонических обозначений, хотя во многом они у разных процессо- ров совпадают, да и принципы по- строения программ одни и те же. Язык программирования, оговарива- ющий мнемонические сокращения для инструкций данного процессора и правила их компоновки в закончен- ные программы, получил название языка ассемблера. Под собственно ассемблером (что переводится как «сборщик») подразумевается специ- альная программа, которая преобра- зовывает текст на этом языке в набор машинных кодов. Программа-ассемб- лер также своя для каждой разновид- ности процессоров. Результат работы ассемблера и представляет всем зна- комые исполняемые файлы — собст- венно программы, которые запуска- ются на компьютере (или, например, записываются в память микроконт- роллеров, управляющих каким-то уст- ройством). Заметим, что готовые биб- лиотеки подпрограмм, от которых на современном этапе никуда не денешь- ся, могут быть включены в испол- няемый файл, а могут быть пред- ставлены в виде отдельных файлов. Языки высокого уровня Но записывать машинные коды в виде понятных инструкций программи- стам показалось мало — слишком громоздкие получаются программы на языке ассемблера, слишком много времени занимает их написание, слишком трудно их отлаживать, чтобы быть уверенным в том, что там нет серьёзных ошибок. Программы для современных ПК включают десятки, сотни тысяч, а то и миллионы команд. Потому пришлось придумать другие языки, которые упрощают процедуру составления программ, — называются они языками высокого уровня. Как всякий язык, любой язык про- граммирования имеет семантику (т. е. смысловое содержание опера- торов) и синтаксис (правила ком- поновки этих операторов в текс- те программы). И семантическое содержание операторов, и правила синтаксиса чётко зафиксированы в описании языка и не допускают разночтений. FORTRAN, Algol и их известные потомки — Basic, С, Pascal и др. — отличаются тем, что в них программист оперирует с процеду- рами и функциями. И то и другое есть модернизированные подпрограммы, уже известные нам по эпохе машин- ных кодов. Функции отличаются от процедур тем, что первые обычно вычисляют какие-то значения, а про- цедуры только «указывают» компью- теру на некую последовательность операций, которую нужно выполнить. Различие между ними весьма зыбкое. Так, в языке С вообще нет понятия процедуры, есть только функции, но Программа AsmEd разработана для применения в образовательной сфере. С её помощью можно писать простейшие программы на языке ассемблера и следить за их выполнением. 121
и ==г£ Р Программы и данные ВАВИЛОНСКАЯ БАШНЯ ПРОГРАММИСТОВ Всего языков программ рования существует, по неко- торым подсчётам, более 8 тыс. Временем рождения первого из них следует считать декабрь 1954 г., когда сотрудник IBM Джон Бэкус опубликовал отчёт под названием «Спецификации математической системы формульной трансляции IBM». От сокращения слов Formula Translations и было образовано название перво- го в мире языка программирования высокого уровня — FORTRAN. К началу 1960-х гг. возник другой известный язык, Algol, который считается родоначальником мно- гих современных языков программирования. Наиболее популярным в дальнейшем стал язык с простым названи- ем С (произносится «си»), неразрывно связанный с опе- рационной системой Unix. И то и другое было создано одновременно в начале 1970-х гг. Кеном Томпсоном и Деннисом Ритчи. На основе языка С (точнее, его син- Никлаус Вирт. «Бабушка программирования» Грейс Хоппер. Кен Томпсон и Деннис Ритчи за пультом PDP-11. Джон Бэкус и Джон Кок. таксиса) создано большинство языков, используемых в настоящее время. На С и его потомках под названием С + + и С#, в частности, написаны библиотеки программ для операционной системы Windows. Какое-то время с С конкурировал Pascal, созданный в 1970 г. швейцарским профессором Никлаусом Виртом для учебных целей, но и поныне очень популярный среди любителей программирования. Кроме этих языков широ- кое распространение в среде непрофессионалов получил простой язык под названием Basic (именно «на дрожжах» его популяр- ности выросла фирма Microsoft). Каково же было удивление ком- пьютерной общественности, когда в конце 1990-х гг. при исследовании так называемой «проблемы двухты- сячного года» выяснилось, что боль- шинство работающих коммерческих программ написано не на этих попу- лярных языках, а на языке Cobol, возникшем ещё в конце 1950-х гт. Автором языка Cobol была мате- матик Грейс Хоппер, единственная в истории США женщина — адми- рал военного флота. Хоппер также известна как автор первого мире языка ассемблера и программы- компилятора. 122
Понятие о программировании это ничего не меняет, язык всё равно остаётся процедурным. Правиль- но написанная программа на таком языке состоит из последовательнос- тей процедур и функций, возможно связанных различными логическими условиями, которые объединяются в блоки более высокого порядка, — это могут быть процедуры, модули или библиотеки. Из-за такого построения текста программы само использова- ние этих языков получило название метода структурного программи- рования. Текст созданной программы в дальнейшем преобразует специаль- ная программа-транслятор {translator означает «переводчик»), осуществля- ющая преобразование программы с одного языка программирования на другой. Если результатом действия транслятора является программа в машинных кодах, такой транслятор называется компилятором. Упоми- навшаяся ранее программа-ассемб- лер, по сути, тоже компилятор. На выходе компилятора получается исполняемый файл, который можно выполнить когда угодно. Существуют трансляторы, переводящие исходные программы в машинные коды поша- гово и сразу запускающие на выпол- нение результат трансляции каждой строки; они называются интерпре- таторами. В принципе исполняе- мые файлы, полученные при исполь- зовании ассемблера и компиляторов с различных языков высокого уров- ня, очень трудно отличить друг от друга — в любом случае это после- довательность машинных кодов Однако специалистам такие отличия часто бросаются в глаза — как прави- ло, ассемблерные программы ком- пактнее и выполняются быстрее. Но тут многое зависит от квалификации программиста, от используемого ком- пилятора и от самого языка. Важнейшее отличие языков про- граммирования от обычных состоит в том, что человек в процессе напи- Спам-фильтр Grigri. сания программы обязан совершен- но чётко и без какой-то «размытос- ти» представлять себе, что именно он хочет сообщить машине. Очень наглядный пример — создание спам- фильтра для электронной почты. При этом в почтовой программе указыва- ется, что письмо, содержащее, напри- мер, слова «центр американского английского», вы отныне не хотите получать. Неважно, как это делается (обычно через графический интер- фейс, указывая мышью на те или иные пункты в меню), в реальности вы всё равно как будто бы создаёте программу: ЕСЛИ <в письме есть слова «центр американского английского»> ТО <удалить его не читая> ИНАЧЕ <загрузить письмо в папку «Входя- щие»> Спам — «мусорная» электронная рассылка, обычно рекламного характера, может содержать компьютерные вирусы или программы- шпионы. Здесь ЕСЛИ, ТО, ИНАЧЕ — операто- ры языка, имеющие совершенно определённый смысл для соста- вителя программы. Другие опера- торы могут представлять и более сложные понятия. Вот как можно 123
я ulu Программы и данные Процедурный язык Visual Basic. • $ Закон Мерфи — это совокупность шуточных утверж- дений, касающихся поведения пред- метов окружаю- щего мира. Назван по имени амери- канского инженера, капитана военно- воздушных сил Эдварда Мерфи. В обобщённом виде закон Мерфи фор- мулируется так: «Если какая-нибудь неприятность может случить- ся — она случается». Одним из частных случаев закона Мерфи является знаменитый «закон падающего бутер- брода» («бутерброд всегда падает мас- лом вниз»), который известен с незапа- мятных времён. запрограммировать, скажем, вывод на экран (или на принтер) всех чисел натурального ряда до 100: ЗАДАНО ПЕРЕМЕННАЯ А типа ЦЕЛОЕ ЧИСЛО НАЧАЛО (процедуры или программы) ДЛЯ А ОТ 0 ДО 100 ДЕЛАТЬ ПЕЧАТАТЬ А КОНЕЦ Тот, кто знает английский на школьном уровне, может без осо- бых пояснений понять текст того же самого алгоритма в настоящей про- грамме на языке Pascal: var A: integer; begin for A=0 to 100 do write (A) ; end. Здесь слово «задано» опущено (оно подразумевается особым рас- положением строки задания типа переменной в программе), слово «переменная» (variation) сокраще- но до var, а вместо «печатать» упот- ребляется write — «писать». На этом примере хорошо видна вся искус- ственность языка (а другие языки могут быть ещё менее понятны непосвящённому). Если в обычном языке слово «писать» может иметь множество значений (от «выводить буквы на бумаге» до «создавать лите- ратурные произведения»), то здесь write означает только вывод чего- то на экран, причём определённым заранее шрифтом и в определённом формате. Если вы хотите выводить что-то не на экран, а на принтер, или, например, «писать в файл», или изменить характер отображаемых символов — это всё требуется указы- вать отдельно. Самостоятельно ком- пьютер не сможет отличить стихи от рекламного объявления и отобразит на экране и то и другое абсолютно одинаково. Кроме того, если не дано указания, как именно располагать выводимые значения А, компьютер разместит их просто друг за другом в одну строку, даже без пробелов! Один из так называемых законов Мерфи, относящийся к программи- рованию, гласит: «Любая программа делает то, что вы приказали ей делать, а не то, что вы хотели, чтобы она дела- ла». Если вернуться к примеру со спам- фильтром, то, заменив в своём письме всего одну букву (например, поставив английское «е» вместо русского в слове «центр»), спамеры, т. е. те, кто рассы- лает «мусорную» почту, легко обойдут ваш фильтр. Для человека это неотли- чимые по виду тексты, но для ком- пьютера это будет уже совсем другая строка. Искусство составления насто- ящих программ, фильтрующих спам, заключается в том, чтобы предусмот- реть все подобные ситуации, ввес- ти в программу некую «размытость* в формулировках условий, которая изначально компьютеру не присуща. Энтузиасты искусственного интеллекта попробовали приду- мать способ обойти такую «ту- пость» компьютерных программ. В I960—1980-х гг. были созданы два языка — Lisp и Prolog, определяемые как логические языки программиро- 124
Понятие о программировании вания. С их помощью стало проще записывать программы, составлен- ные в основном не из процедур как таковых, а из условий и логических высказываний. Однако основная линия развития языков программи- рования пошла в другую сторону. Нарождающаяся компьютерная индустрия требовала средств авто- матизации программирования. Напи- сать такую сложную программу, как Microsoft Word for Windows, на любом из традиционных процедурных язы- ков даже при использовании стандар- тных библиотек было бы трудоёмким занятием, а создание каждой версии подобной программы занимало бы лет по десять. Для того чтобы сокра- тить затраты программистского труда, придумали объектно-ориен- тированные языки, а метод назвали объектно-ориентированным про- граммированием (ООП). Если в рамках традиционных языков программист оперировал процедурами и функциями, то ООП перешло на следующий уровень абстракции: основной единицей здесь служат объекты (или, по-друго- му, классы), которые включают в себя и процедуры-функции (называемые тогда методами), и данные (в виде значений так называемых свойств объекта). Многие объектно-ори- ентированные языки были созданы на основе популярных процедур- ных языков (C++, Object Pascal, Visual Basic), но, несмотря на схожие назва- ния, они превратились в совершенно другие языки программирования, где от оригинала часто оставались толь- ко правила записи текстов программ (синтаксис), которые тоже были зна- чительно расширены и дополнены. Для некоторых объектно-ориен- тированных языков в дальнейшем были созданы системы RAD (от Rapid Applications Development — «быстрая разработка приложений»), которые позволяют значительно ускорить создание пользовательских про- грамм и довольно легко осваивают- ся даже непрофессионалами. Одна из наиболее популярных, особенно в нашей стране, систем визуального программирования называется Delphi и основана на языке Object Pascal. Другая не менее популярная среда программирования «для чайников» именуется Visual Basic (в полной ком- плектации — Visual Studio) и выпус- кается самой компанией Microsoft специально для программирования под ОС Windows. Большинство при- кладных программ, с которыми поль- зователь встречается на каждом шагу (фирменные программы для циф- ровых камер, сканеров, принтеров), создано с помощью подобных сред программирования. В визуальной среде, подобной Delphi или Visual Basic, программи- рование напоминает игру в детский конструктор — пользователь прос- то перетаскивает мышью различные объекты на заготовку будущего окна программы, придаёт им различные свойства и затем только описывает на заданном языке действия, которые эти объекты должны совершать при наступлении тех или иных событий. Всё остальное — компоновку про- граммы, вызов функций операцион- ной системы, обращение к различным устройствам — делают (совершенно прозрачно для пользователя) среда программирования и компилятор. Заготовка программы в среде программиро- вания Delphi.
Программы и данные ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ► Интерфейс пользователя базовой системы ввода-вывода (BIOS). Что самое важное в компьютере? Процессор? Память? Жёсткий диск? Нет, главная его часть — операци- онная система (ОС). Без неё самый мощный и современный компьютер останется всего лишь набором высо- котехнологичных деталей. Всё, что он может сделать без операционной системы, — это подать питание на все свои компоненты и проверить их работоспособность. Для чего в ком- пьютере имеется так называемая BIOS (Basic Input-Output System — «базовая система ввода-вывода»), которая при включении загружается из микро- схемы памяти на материнской плате, проверяет все компоненты компью- тера, чтобы передать управление специальной программе-загрузчику операционной системы. Операцион- ная система и должна управлять ком- пьютером дальше. Программа-загрузчик ОС сначала загружает основные драйверы — спе- циальные подпрограммы, «знающие», как общаться с аппаратным обеспече- нием компьютера («железом»); напри- мер, драйвер видеокарты позволяет отобразить информацию на экране. Потом загрузчик ищет на доступных носителях компьютера (в первую очередь на жёстких или оптических дисках) собственно операционную систему, а если их несколько, позво- ляет пользователю выбрать, какую из них запускать. Затем начинается загрузка компонентов той или иной операционной системы. Сейчас, в эпоху’ полной унифика- ции комплектующих, уже неважно, какой марки и какого производите- ля ваш компьютер, — современные операционные системы, такие, как Windows, Unix, Linux, способны рабо- тать на машине практически любой конфигурации. С операционной системой MacOS несколько сложнее: официально она может выполнять- ся только на компьютерах Macintosh фирмы Apple. Но это ограничение искусственное, и сделано оно, дабы избежать сложностей подгонки ОС под всевозможные комбинации аппаратных составляющих, а также в маркетинговых целях — чтобы стимулировать покупку' компьюте- ров Apple, ведь без них MacOS прак- тически не продаётся. Хотя послед- нюю версию MacOS X также можно запустить почти на любом компью- тере определённой конфигурации, правда без гарантий стабильности её работы. К тому же это будет считаться «пиратством» — для подобного запус- ка нужно «взломать» процедуру про- 126
Операционные системы верки «железа» компьютера, которую MacOS X проводит при запуске. Загрузившись, операционная сис- тема позволяет осуществить полно- ценное использование всех ресур- сов и возможностей компьютера. Но поскольку; как уже отмечалось, без операционной системы ни один ком- пьютер работать не будет, прежде чем познакомиться с наиболее распро- странёнными ОС, необходимо разо- браться, как устроена и чем занимает- ся любая операционная система. Зачем нужна операционная система Основная задача любой операцион- ной системы — предоставить пользо- вательским приложениям, т. е. про- граммам, предназначенным для выполнения тех или иных действий, стандартные функции для работы, которые не зависели бы от конфигура- ции компьютера. Иначе для каждого нового компьютера пришлось бы пи- сать своё программное обеспечение. Что же это за функции? Перечис- лим основные из них. Управление процессором компью- тера. ОС переводит стандартизи- рованные команды приложений в код, выполняемый той или иной моделью процессора. Благодаря этому одни и те же программы могут работать на разных процес- сорах. Управление оперативной памя- тью компьютера. Операционная система загружает приложения с носителя (жёсткого диска, лазер- ного диска и т. д.) в оперативную память компьютера и обеспечи- вает их выполнение, а по заверше- нии программы — очистку памяти и сохранение всех требуемых дан- ных обратно на носитель. Распределение ресурсов компью- тера между приложениями и про- цессами. Старые версии операци- онных систем (например, DOS) МУЛЬТИЗАГРУЗОЧНАЯ КОНФИГУРАЦИЯ На одном и том же компьютере бывает установлено несколько опера- ционных систем. Так, для PC это одна или несколько версий Windows плюс одна или несколько версий Linux плюс какой-нибудь Unix плюс DOS и т. д. Для Apple Macintosh — MacOS X плюс опять же Linux и... Windows. Такая конфигурация удобна, если на одном компьютере работает несколько пользователей с разными требованиями к систе- ме либо нужно выполнять специфические задачи, требующие той или иной ОС. Например, восстановление данных с жёстких дисков требу- ет однозадачной операционной системы с эксклюзивным доступом к диску, такой, как DOS. Специально для подобных случаев разработаны программы-мульти- загрузчики. BIOS всегда ищет программу-загрузчик по определённому адресу, находится ли она на жёстком диске, компакт-диске или ином носителе. А мультизагрузчик, установленный в систему, сканирует все диски в поиске загрузчиков операционных систем (либо их можно указать вручную), после чего «прописывается» по самому главному адресу, тому, что указан в BIOS. Таким образом, после включения компьютера BIOS вместо запуска определённой ОС передаёт управле- ние мультизагрузчику. Его задача — предоставить пользователю меню выбора операционных систем, а затем передать управление загрузчи- ку выбранной ОС. В Windows ХР подобный мультизагрузчик встроен изначально; в последней версии MAC OS X он также имеется. были однозадачными, т. е. позво- ляли в каждый момент времени выполняться лишь одному прило- жению и при этом полностью отда- вали ему все ресурсы компьютера. Чтобы перейти к другой програм- ме, требовалось закрыть первую и открыть вторую. Следующим эта- пом развития стала «псевдомного- задачность», когда запустить сразу удавалось несколько приложений, но работало в каждый момент времени только одно, активное, C’\>dir Volune In dr I ус C Is HS DOS 6 9 Vo lune Serial Number Is <468-2781 Directory of C \ COHrtAHD СОИ 52925 03-19 93 6 96a 1 file(s) 52925 bytes 19219529 bytes free C \>uer HS DOS Version 6 99 C:\> Так выглядит операционная система DOS на экране монитора. 127
Программы и данные Современные операционные системы поддерживают реальную многозадачность. Windows ХР. Выбор пользователя при много- пользовательском режиме работы. Windows ХР. а остальные простаивали. Наконец, все современные операционные системы поддерживают реальную многозадачность, когда разные приложения способны работать одновременно, т. е. можно про- сматривать интернет-страницу, слушать музыку и записывать ком- пакт-диск Для этого операционная система должна выделить каждому приложению часть ресурсов ком- пьютера и следить, чтобы между ними не возникало конфликтов. Так называемое распараллеливание задач. Большинство современных процессоров — многоядерные, т. е. на самом деле состоят из несколь- ких процессоров в одном корпусе. ОС разделяет задачи таким обра- зом, чтобы равномерно нагружать все ядра процессоров. Обеспечение взаимодействия между разными приложениями и процессами. Самый простой при- мер: операции копирования, выре- зания и вставки фрагмента текста через буфер обмена. Они работа- ют между всеми приложениями, и это обеспечивается операцион- ной системой. Стандартизированный доступ к устройствам компьютера. Мышь, клавиатура, порты L’SB или Firewire и подключённые к ним устройства и многое другое — всё это управ- ляется операционной системой через драйверы. Программы же могут пользоваться стандартны- ми функциями этих устройств вне зависимости от того, какой марки мышь или какой модели принтер. Обеспечение доступа к нако- пителям информации: жёстким дискам, компакт-дискам, флэш- накопителям и т. д. Для этого опе- рационная система поддерживает несколько файловых систем; при- ложению же заботиться об этом не нужно, поскольку все опера- ции ввода-вывода данных берёт на себя ОС. Защита системы, данных, прило- жений от сбоев, зловредных дей- ствий пользователя или наруши- теля извне. Поддержка компьютерных сетей разного типа. Именно операцион- ная система позволяет компьютеру видеть другие компьютеры в Сети или получить доступ в Интернет. Разграничение прав доступа и мно- гопользовательский режим рабо- ты. Один и тот же компьютер могут использовать несколько человек, и операционная система берёт на себя определение того, какой поль- зователь сейчас (такой процесс называется аутентификацей) и что ему можно разрешить делать. 128
Операционные системы Настройка и управление всеми устройствами компьютера. Пользовательский интерфейс. Большинство программ опери- рует стандартными элементами пользовательского интерфейса (окна, кнопки, меню и т. д.). Это удобно разработчикам, ведь в их распоряжении оказываются биб- лиотеки готовых интерфейсных элементов, из которых, как из конструктора Lego, они собирают интерфейс своих программ. Это удобно и пользователям, посколь- ку в разных программах одни и те же действия выполняются оди- наково и приводят к одинаковым результатам. Вот далеко не полный список функ- ций операционной системы, но и он позволяет понять, как важна её роль. Иными словами, операционная сис- тема — это среда обитания для программ и документов, такая же, каковой для нас является окружаю- щая среда. Как устроена операционная система Практически все современные опера- ционные системы построены по мик- роядерному принципу. То есть самым нижним и самым важным уровнем, можно сказать, сердцем всей сис- темы является ядро. Ядро включа- ет в себя планировщик, позволяю- щий разделять ресурсы одного или нескольких процессоров; драйверы устройств, непосредственно управля- ющие оборудованием; сетевую под- систему, обеспечивающую работу компьютера в сети; файловые систе- мы. Программы «общаются» с ядром, посылая ему стандартизированные запросы и получая от него стандар- тизированные же ответы; это поз- воляет им «не задумываться» о том, какой марки процессор, звуковая или видеокарта установлены в компьюте- ре. Иначе каждая программа должна была бы «знать» и уметь «общаться» с десятками тысяч самых разнообраз- ных модификаций разнообразных компьютерных устройств, что абсо- лютно нереально. А при установке в компьютер какой-нибудь новой, только-только появившейся платы расширения пришлось бы искать свежие, «знающие» эту плату версии всех используемых программ и пере- устанавливать их. От такого кошмара спасают драйверы, как бы «говорящие» всем «живущим» в системе приложе- ниям на понятном для них языке: «Я — такое-то устройство. Я умею делать то-то и то-то, и обращаться ко мне нужно так-то и так-то», — а по- том переводят вызовы операционной системы и программ на понятный «железу» язык и, наоборот, возвра- щают отклики от компонентов ком- пьютера в доступной системе и про- граммам форме Абстрагирование от «железа» и позволяет операционной системе одинаково хорошо работать на любых компьютерах. При появле- нии новых устройств программистам достаточно выпустить в свет новые 129
Программы и данные драйверы, которые поддерживают эти устройства. Единственный случай, требующий полной замены ядра операционной системы, — переход на новый тип центрального процессора. Обрати- те внимание: не на новую модель — например, для всех процессоров от Intel 386 до Pentium 4, равно как и для Athlon и других процессоров, построенных с использованием 32-битной архитектуры, ядро будет одним и тем же — 32-битным. А вот для новых 64-битных процессоров от Intel и AMD понадобится уже система с новым ядром. Над уровнем ядра и драйверов находится оболочка (shell) — её-то все и принимают за операционисте систему; поскольку' именно с помо- щью оболочки пользователь обща- ется с системой, она предоставляет НАГЛЯДНО О РАБОТЕ ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ Проведем аналогию: представьте, что подружка просит вас отвезти её домой на такси. Подружка в данном слу- чае является пользователем, вы — программой, выполня- ющей пользовательский запрос, а такси — устройством с операционной системой, позволяющей программе (т. е. вам) выполнить определённую задачу, поставлен ную пользователем. Ядром операционной системы здесь будет вовсе не сама машина, а бензин в её бензобаке — именно он «оживит» все механизмы и устройства, без него вы никуда поехать не сможете, а такси останется мертвым куском железа. Сам же автомобиль выступает в роли компьютера. Существует множество марок авто- мобилей, и у каждого из них разное железо — но вам, как программе, это совершенно неважно! Вам не нужно уметь напрямую управлять этим «железом», ведь у вас есть драйвер, то бишь водитель (в буквальном перево- де), обеспечивающий ваше — программы — абстрагиро- вание от оборудования. Вы формулируете ему стандартный запрос: куда ехать и сколько денег в наличии. Он анализирует возможнос- ти системы: ресурсы — хватит ли топлива, загружен- ность — есть ли у него время и настроение путешес- твовать на другой конец города, наконец, приоритет и важность задачи, после чего принимает («Ладно, поехали») или отклоняет («Извините, нет времени») запрос. Приняв запрос, он соответствующим образом обрабатывает его (прикидывает, как лучше проехать с учетом пробок, времени суток, постов ДПС и т. д.) и переводит на «язык железа» — крутит руль, давит педа- ли, в общем, выполняет задачу. Пока драйвер «обща- ется» с «железом», программа (вы) и пользователь (под- ружка) простаиваете, точнее, «просиживаете» на заднем сиденье. В процессе выполнения запроса драйвер может обратиться к программе, если возникнут какие-то про- блемы («Слушай, бензина маловато. Заедем на заправ- ку по дороге») или потребуется уточнить запрос: «Вот ваши Сокольники. Здесь куда?». По завершении задачи драйвер и программа обмениваются служебными дан- ными («Приехали» — «Держите сто рублей» — «Ну всё, счастливо» — «Хорошей дороги»), после чего программа привлекает внимание пользователя (вы будите задре- мавшую подружку) и сообщает ей о выполнении первой части задачи. Для окончательного выполнения задания программе придётся ещё взаимодействовать с другим «железом» (домофон, лифт, замок на входной двери), но, к счас- тью, интерфейс этого «железа» стандартизирован и не требует драйверов-водителей — правда, от пользова- теля потребует ввод пароля доступа (код домофона) и предъявление ключа. Наконец, выполнение задания завершено, о чём программа (вы) и сообщает пользова- телю (подружке). 130
Операционные системы ему методы и интерфейс для работы с компьютером. Это тоже програм- ма, причём специальная: она позво- ляет работать остальным програм- мам, даёт удобный доступ к файлам, хранящимся на жёстких дисках сис- темы, выполняет служебные задачи (подключение к локальной сети и Интернету, планирование и запуск задач и т. д.). Если опять прибегнуть к аналогии с такси (см. дополнитель- ный очерк «Наглядно о работе опе- рационной системы»), можно ска- зать, что оболочка — это внутреннее убранство салона машины: кресла, подлокотники, ремни безопасности, стеклоподъёмники и др. Каждый из этих элементов — самостоятельная мини-программа, но все вместе они и образуют оболочку — среду, удобную для программ и пользователей. Интерфейсы операционных систем Интерфейс операционной систе- мы — это совокупность методов, с помощью которых она взаимодей- ствует с пользователем. Практичес- ки все современные операционные системы используют графический интерфейс, построенный на исполь- зовании метафор и аналогий из реального мира. Подобный тип интерфейса гораздо дружелюб- нее, проще в изучении и удобнее в использовании для 99 % пользовате- лей, поскольку позволяет выполнять основные операции «как в жизни», не тратя лишнего времени на раздумье, какую команду применить для выпол- нения той или иной операции. Полной противоположностью графическому интерфейсу высту- пает интерфейс командной строки, для работы с которым вначале необ- ходимо выучить систему команд и запомнить разнообразные «ключи», представляющие собой символьные сочетания, расширяющие действие этих команд. Для выполнения какой- Интерфейс командной строки. либо операции нужно набрать на клавиатуре соответствующую ей ин- струкцию с добавлением требуемых ключей и параметров, указывающих компьютеру, какие действия и над какими объектами ему производить. Командная строка обладает более высокой эффективностью в работе, если, конечно, назубок выучить сис- тему команд, но она абсолютно не наглядна и не интуитивна. Графический же интерфейс поз- воляет работать с компьютером, вовсе не прикасаясь к клавиату- ре — с помощью одной лишь мыши или сенсорного экрана (как в раз- ных информационных стендах и табло). Работа с ним куда проще и понятнее: как в реальной жизни, можно, например, переложить доку- мент, с которым вы работаете, из шкафа на рабочий стол, так и в ком- пьютере можно перетащить этот самый документ мышью с одного МЕТАФОРА Метафора — употребление слова в переносном значении; словосо- четание, характеризующее данное явление путём перенесения на него признаков, присущих другому явлению. Пример метафоры в художественной литературе: «клёны горят». В компьютерной технике метафоры применяются очень часто и служат для обозначения спе- циальных технологических приёмов с помощью образных аналогий из реальной жизни, например «рабочий стол», «меню» — элементы пользовательского интерфейса; «файрвол», «брандмауэр» (буквально «противопожарная стена») — межсетевой экран. «Папка» «документ», «материнская» плата — это тоже метафоры. ______________________'_______________zzzzt 131
Программы и данные места на другое. В реальной жизни надо нажать на кнопку, чтобы вклю- чить телевизор; в компьютере же нужно щёлкнуть мышкой по значку соответствующей программы для просмотра видеофайлов. Более того, большинство управляющих элемен- тов графического интерфейса созда- но «по образу и подобию» реаль- но существующих аналогов. Так, в любой компьютерной программе- аудиоплеере обязательно найдутся такие же кнопки воспроизведения, остановки, паузы и перемотки, как и на обычном музыкальном цент- ре. Ещё одно отличие графического интерфейса от командной строки (где любая операция выполняется только одним образом — с помощью соответствующей команды) состо- ит в избыточности: практически для всех задач существует несколько альтернативных методов их выпол- нения. СЕМЕЙСТВА СОВРЕМЕННЫХ ОС Значок Windows. В настоящее время наибольшее рас- пространение получило несколько основных семейств операционных систем: Microsoft Windows, MacOS X и Unix (в том числе Linux). У каждого из этих семейств своя ниша. Windows Самое широкое распространение на персональных компьютерах в мире получили операционные системы семейства Windows. Это сложилось исторически (первый IBM-совмес- тимый ПК, созданный в 1981 г., был снабжён майкрософтовской систе- мой DOS) и во многом связано с мар- кетинговой политикой Microsoft, проводимой ею в конце XX в. Опе- рационные системы Windows, начи- ная с выпущенной в начале 1990-х гг. Windows 3.0, работали практически на любом аппаратном обеспечении за счёт грамотной реализации сис- темы драйверов. Каждый произво- дитель мог, пользуясь стандартами, разработать собственный драйвер для своего устройства, с тем чтобы Windows его «понимала» и «умела» с ним взаимодействовать. В результа- те к концу 1990-х гг. Windows стала единственной ОС, поддерживавшей практически любое производимое «железо» (лишь бы оно использо- вало процессоры, совместимые с семейством так называемых х8б- процессоров фирмы Intel) и способ- ной работать на компьютерах почти любой конфигурации. Такие компьютеры получили несложное название PC, что в пере- воде означает просто «персональ- ный компьютер» и происходит от самого первого компьютера под названием IBM PC, построенного 132
Семейства современных ОС на основе процессоров Intel и опе- рационной системы от Microsoft. В середине 1980-х гг. IBM-совмес- тимые компьютеры составляли при- мерно одну треть всего рынка ПК, а в середине 1990-х— уже почти 90 %. Их популярность и приве- ла к массовому распространению операционных систем семейства Windows (Windows 95, Windows 98, Windows NT), что, в свою очередь, вызвало создание всё большего количества программного обеспе- чения именно для этого семейства ОС. На смену версии Windows 95, появившейся в 1995 г., уже через три года пришла Windows 98, использу- емая и по сей день. На рубеже тыся- челетий Microsoft выпустила версию Windows 2000, которая была карди- нально переработана по сравнению со своими предшественницами и отличалась повышенной безопас- ностью и устойчивостью. Она бази- ровалась на коде «профессиональ- ной» Windows NT, но имела более удобный пользовательский интер- фейс, во многом заимствованный из «любительской» Windows 98. «Двухтысячная» изначально пози- ционировалась как «рабочая» опера- ционная система в отличие от выпу- щенной в то же время наследницы Windows 95 и 98 Windows Millennium Edition (ME). Windows ME предна- значалась для домашнего мультиме- дийно-игрового рынка, была проще в управлении, хотя гораздо менее надёжной, а потому пользовалась малой популярностью — всё большее число пользователей выбирали одну из версий Windows 2000 не только для работы, но и для развлечений. Вовремя сделав правильные выводы, Microsoft унифицировала все свои операционные системы в линейке Windows ХР, объединившей надёж- ность и устойчивость Windows 2000 с мультимедийными возможностя- ми Windows ME и значительно рас- ширившей как те, так и другие. Раз- новидности Windows ХР варьировались от «до- машних» (ХР Ноте) до корпоративных вер- сий (ХР Professional). Для построения серве- ров была выпущена линейка масштабиру- емых операционных систем Windows Server 2003, тем самым Microsoft закрыла все ниши рынка ОС — от домашних приме- нений до корпо- ративных сетей и Интернета. В настоящее вре- IBM PC Model 5150. 1981 г. мя около трети ин- тернет-узлов построено на основе Windows. В 2006—2007 гг. Microsoft начала переход на новую версию — Windows Vista. Vista имеет значительно улуч- тимедийные возможности, и, по уверениям производи- теля, в ней повышена безо- пасность при работе в Сети. Кроме того, Vista без труда поддерживает множество аппаратных средств, появив- шихся в последние годы. OS Windows шенный пользовательский интер- фейс, расширенные муль- Server 2003. Новая версия Windows — Vista. 133
Программы и данные Mac OS Прямо противоположную фирме Microsoft маркетинговую поли- тику вела компания Apple. Если Microsoft, которая сама не про- изводила компьютеры, пыталась охватить своими ОС максималь- но широкий спектр разнообраз- ных конфигураций ПК — а это нередко приводило к ошибкам и сбоям из-за несовместимое - Логотип Mac OS компании Apple. I £ Лицензировать — значит разрешить производство запатентованной конструкции или использование технологии стороннему производителю. Такое разрешение даётся на основе лицензии — договора, определяющего условия лицензирования (бесплатное или платное, на основе постоянных отчислений или единовременных выплат, с правом или без права передавать третьим лицам и т. п.). ти отдельных устройств и драй- веров, — компания Apple с начала существования производила и ком- пьютеры, и операционные системы для них. Причём компьютеры Apple выпускала эксклюзивно — лишь один раз компания решила лицензировать производство своих компьютеров «на стороне», однако, столкнувшись с первыми же проявлениями несовмес- тимости, отозвала лицензии и вновь сосредоточила всё производство Macintosh в собственных руках. Подобная политика — самостоя- тельно производить всего несколько максимально сбалансированных и выверенных моделей и «вылизанную» операционную систему для них — привела к тому, что долгие годы компьютеры Apple считались гораздо надёжнее и Корпус компьютера Apple Macintosh. производительнее PC. На создание этого образа была направ- лена и вся рекламная кампания фирмы Apple. В отличие от Microsoft, которая старалась сделать персональный ком- пьютер доступным любому, Apple пред- ставляла свои маши- ны и операционные системы как эксклю- зивные модели не для всех, а для тех, кто «думает иначе» («Think Different» — наиболее известный рекламный слоган Apple). В результате компью- теры Apple на долгое время практи- чески монополизировали мультиме- дийный рынок — это была основная платформа в таких областях, как полиграфия, графика, дизайн, аудио-, видео- и мультимедийное производ- ство. Этому способствовало и то, что для работы на Apple Macintosh чело- веку требовалось меньше техниче- ских навыков и знаний, нежели для использования Windows. Кроме того, Apple Мас (таким сокращённым именем Macintosh стал именоваться с конца 1990-х гг.) всегда отличался непревзойдённым дизайном — некоторые использо- ванные в процессе его разработки концепции (например, полупро- зрачный корпус) породили целые направления в дизайне технических устройств. Потому и приёмы постро- ения пользовательского интерфейса ОС, и другие особенности Apple Мас всегда оказывали огромное влияние на рынок ПК — влияние, совершен- но непропорциональное доле рынка, занимаемой Apple, а она в последние десять лет оценивается не более чем в 2—3 % (хотя в настоя- щее время стала расти и, по некоторым сведе- ниям, достигла к началу 2008 г. 5 %). Так. интер- фейс Windows Vista, вышедшей в конце 2006 г., создан на основе концепций интерфей- са ОС Mac OS X, первая версия которой выпу- щена ещё в 2000 г. Однако долго по- добная ситуация со- храняться не могла — компания Microsoft постепенно отвоёвы- вала всё большую и большую долю рынка, постоянно совершен- ствуя Windows, повы- 134
Семейства современных ОС шая её надёжность и функциональ- ность. Производители компьютеров тоже «не дремали», и в результате на рубеже тысячелетий среднестатис- тический PC стоил в полтора-два раза дешевле Apple Macintosh при равной, а то и лучшей функциональ- ности. Развитие Apple тормозили два фактора — отсутствие современной операционной системы (Mac OS, ещё в 1990-х гг. служившая эталоном пользовательских ОС, вскоре силь- но устарела) и «привязка» к произ- водителям микропроцессоров для Macintosh, не успевавшим за разви- тием рынка. С середины 1990-х и до 2005 г. Apple использовала в своих компьютерах процессоры Power PC фирмы IBM, которая не смогла тягать- ся в разработке и массовом производ- стве новых моделей с Intel или AMD, производившими х8б-совместимые модели. Несмотря на то что в конце 1990-х гг. Apple Мас на процессоре Power PC имел практически такую же производительность, как Windows- машина на Pentium с почти вдвое большей тактовой частотой, развитие линейки Power PC всё больше замед- лялось, а х8б. наоборот, ускорялось опережающими темпами. Проблему с ОС Apple решила, раз- работав и выпустив на рубеже тыся- челетий Mac OS X — операционную систему, базирующуюся на ядре Unix, с уже упомянутым специально разра- ботанным Apple пользовательским интерфейсом (как её часто назы- вают, первый «Unix с человеческим лицом»). Вторая проблема, с процес- сорами, была решена в 2005 г. полной сменой архитектуры компьютеров Apple Мас. Теперь все они используют те же процессоры и чипсеты Intel, что и PG С одной стороны, это позволи- ло Apple восстановить свою репута- цию производителя самых надёжных ПК в мире. С другой — практически стёрло границу между «маками» и PC: использование Mac OS X на PC, ранее невозможное из-за разной архитек- туры, теперь запрещено лишь юри- дически; вполне возможно, что в обозримом будущем Apple откроет продажи своей операционной сис- темы и для других компьютеров. Linux Операционные системы семейства Linux отличаются от большинства других ОС в первую очередь тем, что не существует такого набора про- граммного кода, который можно было бы назвать «официальным» Linux. Эта свободная UNIX-подобная операционная система построена по модульному принципу и распро- страняется в огромном количестве вариантов, в основе которых лежит ядро Linux, дополненное разнооб- разными пакетами, выполняющими те или иные функции операционной системы, оболочками, создающи- Линус Торвальдс, создатель ОС Linux. ми пользовательский интерфейс, и прикладными программами. Таких законченных пакетов-дистрибутивов Рабочий стол и символ Linux. (установочных пакетов программы) Linux множество, и наиболее извес- тные из них — Red Hat, SuSE, Debian, Fedora, Mandriva, Gentoo, Ubuntu, Slackware. Самые известные рос- сийские дистрибутивы — ALT Linux и ASP Linux. И никто не мешает лю- бому пользователю, обладающему 135
Программы и данные достаточным уровнем знаний, соб- рать собственный дистрибутив, соорудив ОС, внешне не похожую на все остальные. При этом в такой ОС будут работать все программы, напи- санные под Linux. Основу’ Linux заложил в 1991 г. финский студент Линус Торвальдс (родился в 1969 г), задавшийся целью разработать для своих нужд ядро опе- рационной системы на основе Unix, но, во-первых, бесплатное (сущест- вовавшие тогда версии Unix стоили десятки тысяч долларов) и. во-вторых, способное выполняться на процессо- рах фирмы Intel, т. е. на PC. По мере разработки проект обрастал едино- мышленниками, и в 1994 г. вышла версия 1.0 ядра Linux. Разработка Linux — результат труда тысяч про- граммистов со всего мира. В отличие от большинства коммерческих опе- рационных систем проект под назва- нием GNU/Linux не имеет единого центра разработки, а получившиеся программные коды не имеют вла- дельца. Linux создаётся и распростра- няется на основе лицензии GPL — General Public Licence. Эта лицензия предоставляет пользователям право запуска программы с любой целью; право изучения того, как работают программа и её модификации (обяза- тельное условие — доступ к исходно- му коду); право свободного распро- странения копий; право улучшения программы и выпуска улучшений в публичный доступ (подробнее об этом см. главу «Патенты и авторское право в цифровую эпоху»). Благода- ря этой лицензии присоединиться к разработке может каждый желаю- щий. Пользователи также принимают участие в тестировании и общаются с разработчиками напрямую, что поз- воляет быстро находить и исправлять ошибки и реализовывать новые воз- можности. Linux — бесплатная операцион- ная система. Всякий пользователь может скачать, установить и исполь- зовать любой из дистрибутивов Linux без каких-либо ограничений (в том числе и торговать им — свободная лицензия этого не запрещает). Раз- работчики дистрибутивов Linux зарабатывают не на продаже само- го программного обеспечения, а на оказании услуг по консультации и поддержке пользователей. Что лучше? К сожалению, не очень разбираю- щиеся в предмете «знатоки» ком- пьютерной техники «склонны к фанатизму»: если уж Linux, то только он, а всё остальное, как они выража- ются, сплошной «мастдай» (от mist die — буквально «должно умереть»). Аналогичную позицию занимают и «фанаты» Windows или Мас. Конечно, развязывание подобных «компьютер- ных войн» просто гл\ по, поскольку каждое семейство операционных систем занимает свою нишу. Если сравнить три семейства опе- рационных систем, вырисовывается следующая картина. Операционные системы от Apple (вкупе с компьюте- рами от Apple же) наиболее просты в освоении и рассчитаны на пользова- телей, совершенно не желающих раз- бираться в том, как устроен и работа- ет компьютер. Интерфейс Mac OS X очень интуитивен, и большинс- тво операций выполняется одним 136
Семейства современных ОС и только одним образом, позволяя пользователю полностью сконцент- рироваться на своих задачах, а не на изучении компьютера. За это Apple любят представители творческих профессий: художники, фотографы, дизайнеры. Операционные системы семей- ства Microsoft Windows — это комп- ромисс, удовлетворяющий большин- ство пользователей. Для обеспечения продуктивной и бессбойной работы пользователь должен обладать опре- делёнными навыками, зато он может выбрать практически любую кон- фигурацию компьютера и в опре- делённых пределах настроить её под себя. Программного обеспечения для Windows разработано гораздо боль- ше, чем для Mac OS X или Linux, и в каждой области деятельности пользо- ватель для выполнения той или иной задачи волен выбирать из десятков или сотен альтернативных программ, причём как платных, так и бесплат- ных. Нестабильность и уязвимость Windows к вирусам осталась в про- шлом — при правильной настройке и своевременном обновлении сис- темы, использовании межсетевых экранов (брандмауэров) и антиви- русов PC под управлением Windows ничуть не менее надёжен, чем под управлением любой иной ОС. Пра- вильно настроенный компьютер под управлением Windows ХР вполне способен работать без переустановки операционной системы, сбоев, зави- саний и вирусных заражений месяца- ми непрерывно, не выключаясь и не перезагружаясь. Наконец, операционные системы Ппих — это конструктор «сделай сам» для тех пользователей компьютеров, кто любит разбираться в том, как и что в нём устроено. Они позволяют собрать и сконфигурировать опера- ционную систему «под себя», а при необходимости и наличии навыка самостоятельно дописать код для требуемых функций. Несомненные плюсы этой системы порождаются моделью её разработки — это фено- менальная устойчивость и стабиль- ность вкупе с бесплатностью. Грамот- но настроенная Linux будет работать идеально, не требуя ни обновлений (разве что в области безопасности — профилактически или для поддерж- ки новых устройств), ни обслужи- вания. Минусы, увы, также являются следствием всё той же модели. Во- первых, сама настройка значитель- но сложнее даже в «дружественных» вариантах, выпущенных специаль- но для «чайников». Во-вторых, Linux поддерживает гораздо меньше пери- ферийных устройств, чем Windows, потому что их производители не слишком торопятся выпускать драй- веры своего оборудования под Linux. Выбор программ тоже достаточно скуден, особенно в области муль- тимедийных задач и развлечений. Крупные разработчики ПО обраща- ют меньше внимания на Linux, по- скольку распространение своих про- грамм на условиях лицензии GPL им не всегда выгодно. Но в то же время многие корпорации поддерживают 137
Программы и данные Версия FreeBSD. разработку Linux, и по мере роста числа пользователей Linux эти про- блемы, несомненно, будут решаться. Уже в настоящее время практически для всех, кроме разве что некоторых профессиональных, надобностей программное обеспечение имеет- ся, а через несколько лет, возможно, функциональность компьютеров под управлением Linux станет ничуть не хуже, чем у Windows или Mac OS. Особняком от трёх перечислен- ных семейств стоит семейство опе- рационных систем UNIX, послужив- шее родоначальником и Mac OS X, и Linux. UNIX — наиболее старое из всех семейств: первая система UNIX появилась ещё в конце 1960-х — начале 1970-х гг. в подразделении Bell Labs компании AT&T, и с тех пор было создано большое количест- во различных её версий — от очень дорогих до бесплатных, таких, как FreeBSD или Linux. Юридически лишь некоторые из них имеют право назы- ваться UNIX — по поводу прав соб- ственности на этот товарный знак по сей день идут судебные разбира- тельства; остальные же операцион- ные системы, использующие сходные концепции и технологии, называют- ся NIX-подобными. Такие операционные системы заложили большинство концепций и подходов к работе практически всех современных ОС: в Windows программист то и дело натыкается на идеи и концепции, заимствован- ные из UNIX — всё равно лучше не придумаешь. Можно даже сказать так всё, что не Windows, есть UNIX, но с несущественными исключениями (как, например, в случае уникальных ОС для каких-нибудь военно-космиче- ских применений или для суперком- пьютеров). Windows, кстати, тоже имеет встроенный UNIX-подобный стандартизированный программный интерфейс. В настоящее время систе- мы семейства UNIX используются в основном на серверах и как встроен- ные системы для различного оборудо- вания, уступив место на персональных компьютерах Windows, Linux и Mac OS. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННЫХ ОС Чтобы читатель лучше представлял себе различия современных опе- рационных систем, целесообразно остановиться на некоторых подроб- ностях их устройства с точки зре- ния пользователя. При этом мы не будем рассматривать ОС Linux, так как графические пользовательские интерфейсы различных её версий в основном копируют те или иные кон- цепции, реализованные в Windows или Mac OS, а подробный разбор «родного», главного интерфейса Linux — командной строки — увёл бы нас далеко за пределы этой книги Потому мы сравним между собой, с одной стороны, две последние вер- сии Windows, с другой — Mac OS как реализующие различные концепции взаимодействия с пользователем. 138
Некоторые особенности современных ОС WINDOWS ХР Операционная система Windows ХР, как и большинство других графичес- ких операционных систем, является объектно-ориентированной. Всё, что имеется внутри Windows, будь то файл, область памяти, диск или порт, есть объекты. Каждый объект обладает свойствами (например, для документа это имя, размер, тип хра- нимой информации — текст, картин- ка, музыка и т. д.), часть из которых легко изменить (скажем, переиме- новать документ), часть нет (пре- вратить музыкальный файл в файл картинки нельзя). Над объектами можно совершать различные дейс- твия — они называются методами. Некоторые из них общие для всех объектов (мы копируем документ, папку, программу), другие же приме- нимы только к определённому типу: картинку можно посмотреть, а музыку послушать, но не наоборот. Объекты включают в себя другие объекты или же, напротив, являются частью боль- шего объекта (папка включает в себя файлы, в свою очередь будучи частью жёсткого диска). Строго говоря, вся работа с компьютером заключается в манипуляции теми или иными сущес- твующими в операционной системе объектами, проводимой в окне соот- ветствующей программы. Окна программ После запуска любой программы на экране появляется её окно. Окно — это область экрана, выделяемая сис- темой программе для общения с пользователем. Необходимо пони- мать, что для работы с документа- ми требуются программы, ведь сама операционная система позволяет хранить документы, копировать их, удалять, но не редактировать или просматривать их содержимое. Вся работа с каким-либо документом или файлом в Windows производится в окне программы, предназначенной для обработки этого типа докумен- тов или файлов, — собственно, имен- но потому система и получила своё название. Система работает с доку- ментом в целом как отдельным объ- ектом и совсем не умеет обращаться с содержимым этого документа — это задача программ, устанавливаемых отдельно или уже входящих в состав установки операционной системы. В большинстве случаев програм- ма не способна совершать действия за пределами выделенной ей облас- ти ресурсов и отображать инфор- мацию за границами своего окна, но она может взаимодействовать как с другими окнами той же про- граммы (программа может иметь больше одного окна!), так и с другой Программа Adobe Photoshop (каждая фотография в отдельном окне). Свойства файла. Windows ХР. 139
Программы и данные Окно программой при посредничестве операционной сис- темы. Если открывать документ непосред- ственно из опера- ционной системы, сначала откроется Рабочий стол Windows. Панель задач. Меню Пуск. окно ассоциирован- ной с этим документом программы, в которое будет загружен документ. Если же открывать несколько одно- типных документов внутри одной и той же программы, каждый документ откроется в своём отдельном окне. Окно документа размещается внут- ри окна программы (так, например, открываются фотографии в Adobe Photoshop или html-страницы во вкладках браузера Mozilla Firefox) или бывает независимым — так, если открыть пять web-страничек с помощью Internet Explorer, каждая из них отобразится в своём совершенно самостоятельном окне. Отдельные документы внутри про- граммы могут открываться в своих окнах для того, чтобы имелась воз- можность одновременно работать с несколькими документами одного типа. Окна программ (и докумен- тов) иногда перекрывают друг друга, располагаясь на экране, как бумаги на рабочем столе: стопкой друт под другом. Это позволяет держать все нужные документы «под рукой» и при необходимости быстро «доста- вать» их наверх. Все открытые одной программой окна принадлежат поро- дившей их программе. Закрывая окно документа, вы, как правило, не закрываете программу (кроме слу- чая независимых окон); но если вы выходите из программы, закроется не только окно с текущим докумен- том, но и все документы, открытые этой программой. Для всех окон существуют типо- вые управляющие элементы: заголо- вок окна, кнопки управления окном, меню, панели инструментов, полосы прокрутки и т. д. Сам же экран Windows делится на две функциональные области — рабо- чий стол (часто его называют дескто- пом, от англ, desktop) и панель задач. Рабочий стол — основная область системы. Именно на нём происходит вся работа с приложениями, докумен- тами, файлами. Панель задач служит для запуска приложений, управления системой, индикации происходящих процессов, организации и упорядо- чивания открытых в системе про- грамм и документов. 140
Некоторые особенности современных ОС Рабочий стол Все программы, так или иначе вза- имодействующие с пользователем, функционируют в пределах рабочего стола Windows. Служебные програм- мы, обеспечивающие «жизнь» опера- ционной системы и не требующие от пользователя внимания, обычно не «показываются на глаза» и трудятся «в недрах» операционной системы. Максимум, что они могут сделать для демонстрации своей активности, — показать свой значок на панели задач или выдать диалоговое окно с сооб- щением при возникновении нештат- ной ситуации, в которой требуется вмешательство пользователя. Программы используют рабо- чий стол Windows для размещения своих окон и диалога с пользовате- лем. Можно работать одновременно с несколькими программами, с каж- дой — в своём окне, при этом они не будут мешать друг другу. Второе предназначение рабо- чего стола — хранить значки часто используемых программ и доку- ментов. На рабочий стол Windows обычно выносятся значок для про- смотра папки «Мои документы», в которой по замыслу разработчиков Windows должны храниться рабочие файлы (впрочем, как правило, для них всё равно приходится создавать отдельные папки), ярлык «Мой ком- пьютер», позволяющий просмотреть содержиме компьютера, «Корзина» и ярлыки запуска некоторых приложе- ний. «Корзина» ♦Корзина» — место хранения файлов и папок, которые были удалены. Когда вы удаляете файлы или папки с ваше- го компьютера, они отправляются в ♦Корзину», из которой их нетрудно в случае нужды восстановить — для этого достаточно открыть «Корзину», выбрать файл и использовать коман- ду «Восстановить объект». Удалённые объекты продолжают занимать место на жёстком диске компьютера (хотя это место ограничено — обычно примерно 10 % ёмкости диска). Для их безвозвратного удаления исполь- зуется команда «Очистить корзину». Панель задач Панель задач размещена в нижней части экрана. С её помощью осу- ществляется управление компьюте- ром, всеми программами и окнами. Она содержит кнопку Пуск, панель запущенных программ и область уведомлений (так называемый трэй). В панели задач могут отображаться и другие панели: языковая панель, панель управления медиаплеером, панель быстрого запуска и т. д. Кнопка Пуск Пуск — самая главная кнопка в Windows. При её нажатии открыва- ется меню, с помощью которого про- исходит управление компьютером. В меню Пуск собраны ярлыки для запуска установленных на компьюте- ре программ, последних использован- ных документов, панели управления компьютером, а также для выключе- ния или перезагрузки компьютера. Из подменю Программы можно Корзина. Дана команда «Восстановить объект». 141
Программы и данные открыть любую из установленных на компьютере программ. В подменю Документы расположены ссылка на папку «Мои документы» и список из последних документов, с которы- ми вы работали, — можно выбрать любой из них, и он тут же откроет- ся. Подменю Настройка позволяет настроить компьютер, а с помощью команды Найти нетрудно отыскать в недрах машины нужный файл. Нако- нец, для выключения или перезагруз- ки компьютера используется пункт меню Завершение работы. Панель запущенных программ При запуске любой программы на этой панели появляется кнопка, соответствующая окну программы. Надпись на кнопке совпадает с заго- ловком окна. Нажатая кнопка отоб- ражает то окно, с которым в текущий момент идёт работа. При сворачи- вании окна оно минимизируется в эту кнопку. Чтобы развернуть окно обратно или перейти к любому дру- гому окну, достаточно щёлкнуть по соответствующей ему кнопке — необходимое окно тут же появится перед вами. Переключаться между открытыми окнами можно также с помощью клавиатурного сокраще- ния <Alt> + <Tab>, которое выводит и позволяет «листать» их, удерживая нажатой клавишу Alt и нажимая кла- вишу Tab. Панель быстрого запуска Эта панель позволяет одним щелч- ком мыши запускать наиболее часто используемые программы и доку- менты, являясь хорошей альтерна- тивой значкам на рабочем столе, ведь панель задач всегда доступна, а рабочий стол бывает закрыт другими окнами. Чтобы добавить в эту панель документ или программу, просто перетащите его туда мышью — на панели появится новая иконка. Можно перетащить программы даже из меню Пуск — «ухватившись» мышью за иконку нужной програм- мы. На панели быстрого запуска всегда присутствует очень полезная кнопка, позволяющая одним нажа- тием свернуть все окна и освободить рабочий стол. Область уведомлений (System Tray) В этой области располагаются знач- ки служебных и сервисньгх программ Windows, информирующие пользо- вателя о работе системы и дающие возможность настроить некоторые параметры: регулятор громкости, индикатор подключения к Интерне- на экран список всех открытых окон ту или часы. 142
Некоторые особенности современных ОС Проводник Хотя его и не видно при запуске сис- темы, Проводник — третья неотъ- емлемая часть интерфейса Windows. Он позволяет просмотреть содер- жимое дисков вашего компьютера (а если компьютер подсоединён к локальной сети — и не только ваше- го). Существует множество способов запуска Проводника, основной из которых — двойной щелчок по знач- ку «Мой компьютер». В открывшем- ся окне вы увидите основные папки, жёсткие диски и устройства вашего компьютера и с помощью Провод- ника сможете запускать программы, открывать файлы и проводить все основные операции. Проводник — это стандартная оболочка Windows, но кроме него существуют и альтер- нативные версии, написанные сто- ронними производителями (познако- миться с ними можно, например, на сайтах shells.lokai.net и shellfront.org). Помимо отображения всех папок и дисков вашего компьютера в папке «Мой компьютер» Проводник пока- зывает и некоторые специальные папки: «Мои документы», «Общие документы», «Сетевое окружение», «Панель управления», «Принтеры и факсы» и т. д. В списке папок Провод- ника отображаются и подключённые к компьютеру устройства: плееры, фотоаппараты, видеокамеры, КПК; при щелчке по каждому из них Про- водник покажет вам доступные для данного устройства функции. Более подробно работа с пользо- вательским интерфейсом Windows ХР разбирается в «Основах работы на персональном компьютере». WINDOWS VISTA Windows Vista — последняя из опера- ционных систем линейки Windows NT от Microsoft. Выпущенная через пять лет после выхода Windows ХР, Папка «Мой компьютер». в конце 2006 г., Vista значительно отличается от Windows ХР как по интерфейсу, так и по внутренней логике работы. Это не только самая защищённая и безопасная из опе- рационных систем от Microsoft, но и самая привлекательная с точки зрения интерфейса. Но за всё надо платить: требования Windows Vista к ресурсам компьютера значительно выше, чем у Windows ХР. Кроме того, многие приложения, написанные для Windows ХР, не полностью сов- местимы или вовсе не работают под Интерфейс AeroGlass. Windows Vista 143
Программы и данные Боковая панель для размещения микропрограмм- виджетов. Windows Vista. Windows Defender защищает систему от вредоносных программ и вирусов. Windows Vista. Windows Vista, потому при переносе привычных программ следует быть осторожным. Существует пять разновиднос- тей Windows Vista: Home Basic, Home Premium, Ultimate, Business и Enterprise. Эти версии отличаются по сферам применения и функци- ональности. Первые три рассчита- ны на «домашний» рынок, вторые две — на корпоративный. Из первой группы наиболее полным набором функций обладает версия Ultimate, из второй — Enterprise. Интерфейс AeroGlass Первое изменение, бросающееся в глаза сразу после запуска Windows Vista всех версий, кроме Ноте Basic, — новый интерфейс опера- ционной системы под названи- ем AeroGlass. Это полупрозрачный интерфейс с использованием трёх- мерных объектов, который не толь- ко выглядит лучше «классического» Windows ХР, но и делает выполне- ние ряда функций более приятным и удобным. Так, значки всех объектов в системе теперь могут иметь произ- вольный размер, при переключении между приложениями удаётся увидеть все открытые окна в виде миниатюр в трёхмерном пространстве и выбрать любое щелчком мыши, все операции в интерфейсе системы анимирова- ны. Оборотной стороной всех этих «красивостей» являются повышен- ные требования к видеокарте, так что на многих не слишком «моло- дых» компьютерах использование одного лишь этого интерфейса «съе- дает» практически все ресурсы систе- мы. К счастью, интерфейс AeroGlass может быть отключён — в этом слу- чае Windows Vista возвращается к «классическому» виду, знакомому по более ранним версиям ОС. Проводник Vista Как и в предыдущих версиях Windows, оболочкой для операционной сис- темы, т. е. программой, отвечающей за взаимодействие с пользователем, остался Проводник. Однако его струк- тура была переработана для более удобного доступа к дискам и файлам. В верхней части окна Проводника появилась строка, отображающая путь от корневой папки к текущей, — «Компьютер». Щёлкнув по любому из элементов этой строки, можно перейти в соответствующий раздел, что упрощает навигацию. Кроме того, у Проводника есть дополнительные 144
Некоторые особенности современных ОС сервисные панели, на которые выне- сены часто используемые функции. Система поиска Ещё одно удобное новшество — система поиска, заранее, подобно поисковым системам в Интерне- те, индексирующая все документы компьютера и позволяющая искать непосредственно из меню Пуск или из окон Проводника. Это аналог поисковых программ Google Desktop Search или «Персонального поиска» Яндекса, только встроенный в опера- ционную систему. Результаты поиска появляются по мере ввода запроса в поисковую строку, поэтому можно выбрать найденный файл, введя лишь первые буквы его имени или фразу из его содержимого. Боковая панель Помимо стандартной «Панели за- дач» в Windows ХР имеется боковая панель, предназначенная для разме- щения микропрограмм-виджетов, например калькулятора, часов, блок- нота, календаря, индикаторов погоды, курсов валют и прочих «полезняшек» (в Microsoft их называют гаджетами, от gadget — «приспособление»). Эта панель автоматически скрывается и всплывает при подведении мыши к краю экрана. Безопасность превыше всего Microsoft полностью переработала систему безопасности Vista. Во-пер- вых, с помощью Windows Service Hardening ОС ограничивает в правах сервисы Windows и внимательно сле- дит за ними, не позволяя выполнять операции за рамками дозволенного». Таким образом, типичная для ХР ситу- ация взлома того или иного сервиса с получением последующего конт- роля над всей системой исключает- ся Дополняется это системой защиты реестра Windows — теперь приложе- ния или сервисы получают доступ не ко всему реестру, а лишь к требуемой его части. Потому, даже взломав про- грамму или сервис, хакеру не удастся получить контроль над компьютером. Система User Account Control перехватывает любую попытку уста- новки новой программы или запуска исполняемого файла и предупреж- дает об этом пользователя, предла- Windows Vista. Трёхмерные шахматы. гая ему выбор — продолжить или запретить выполнение программы А значит, незаметная установка виру- са либо л роя на» также становится невозможной. Способствует этому и Windows Defender, защищающий систему от известных и занесённых в «чёрные списки» вредоносных про- грамм и вирусов. Переработан и межсетевой эк- ран — он стал более удобным в на- стройке и позволяет автоматичес- ки выбирать разные уровни защиты и безопасности при подключении к разным сетям. Функция «отката» (Restore), реа- лизованная впервые в Windows ХР, 145
Программы и данные в Vista получила дальнейшее раз- витие — вы можете не только сде- лать «откат» всей системы в целом к предварительно сохранённой точке восстановления, но и восстановить предыдущее состояние одного или нескольких файлов. Ускорение работы Наконец, в Windows Vista встрое- ны две технологии, ускоряющие запуск программ, — это SuperFetch и ReadyBoost. Первая предназначе- на для машин с большим объёмом оперативной памяти. Не секрет, что в процессе работы система обычно не использует весь объём установ- ленного ОЗУ, а ведь скорость рабо- ты ОЗУ на порядок выше скорости работы жёсткого диска. Windows Vista отслеживает, с какими при- ложениями пользователь работает чаще всего, и при запуске системы сразу загружает файлы этих при- ложений в ОЗУ. Если какому-то из запущенных приложений требу- ется дополнительная оперативная память, Vista освобождает часть этой области памяти, а после завершения работы приложения или освобож- дения ОЗУ вновь восстанавливает «запасённое». В результате, когда пользователь обращается к одной из часто используемых программ, она запускается не с жёсткого диска, а из ОЗУ, что заметно ускоряет открытие программы. Технология ReadyBoost делает практически то же самое на маши- нах с небольшим объёмом ОЗУ. Для её использования нужно подключить к компьютеру брелок USB-накопи- теля, и Vista создаст аналогичную область памяти — кэш для приложе- ний и требуемых для их запуска дан- ных на флэш-накопителе. Скорость чтения данных с флэшки гораздо выше скорости чтения с жёсткого диска, потому и приложения с неё будут запускаться быстрее, если, конечно, сама флэшка достаточно быстрая. При отключении съёмного диска никаких ошибок не произой- дёт — Vista просто будет запускать приложения с их обычного места на жёстком диске. Общие впечатления Windows Vista заметно повышает безопасность и удобство работы на компьютере: приложения запускают- ся значительно быстрее, интерфейс системы более «гладкий» и приятный для работы, системы безопасности в фоновом режиме пресекают возмож- ные угрозы и атаки на компьютер. Однако за эти преимущества при- ходится расплачиваться значитель- но более высокими требованиями к аппаратным ресурсам машины. По результатам многочисленных неза- висимых тестов производительность работы самой системы и приложений под её управлением у Vista ниже, чем у Windows ХР на компьютере той же конфигурации. Это связано с появ- лением большого количества новых сервисов, делающих работу Vista не только комфортнее и безопаснее, но и медленнее. Не следует забывать и об упомянутых уже проблемах сов- местимости ранее написанного про- 146
Некоторые особенности современных ОС граммного обеспечения — впрочем, со временем эти проблемы посте- пенно сойдут на нет. ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА MAC OS X Mac OS X — операционная систе- ма компьютеров Apple Macintosh. Она была разработана в конце XX в., поскольку' предыдущая версия опе- рационной системы для «Макинто- шей» — Mac OS 9 — уже не отвеча- ла требованиям, предъявляемым к современным компьютерам. Mac OS X совместила в себе надёжность и ста- бильность Unix на уровне ядра с одним из лучших когда-либо создан- ных графических интерфейсов. Все версии операционных систем Mac OS X названы в честь какого-либо представителя семейства кошачьих. Текущая версия — 10.5 — носит имя Leopard Это первая 64-битная ОС для компьютеров Apple. Основное отличие интерфейса Mac OS X от Windows состоит в том, что приложения открываются не в отдельных окнах, а занимают весь рабочий стол. Документы в прило- жении открываются, наоборот, в отдельных окнах на рабочем столе, но область меню всегда только одна и находится в самом верху экра- на, меняясь в зависимости от того, какое приложение сейчас активно. Это позволяет более эффективно использовать экранное простран- ство и вырабатывает автоматизм дви- жений — одни и те же пункты меню постоянно находятся в одном и том же месте экрана. Интерфейс Mac OS X состоит из рабочего стола, строки с «яблоч- ным» меню (аналогом меню Пуск Windows) в верхнем (а не в нижнем, как в Windows) углу, Дока — полосы со значками приложений в нижней части экрана, встроенной системы поиска Spotlight, программы-обо- лочки Finder, обеспечивающей навигацию по компьютеру, и ком- бинации микропрограмм-виджетов Dashboard. Рабочий стол Рабочий стол Mac OS X, как и в дру- гих системах, служит для размещения на нём объектов и окон документов, а также для обмена данными между открытыми окнами — при желании вы перетаскиваете любой выделен- ный объект из одного окна на рабо- чий стол и, наоборот, с рабочего стола в любое окно. Последняя версия Mac OS X поддерживает несколько виртуальных рабочих столов, на каж- дом из которых вы можете создать свою конфигурацию открытых программ и документов. Например, сгруппировать на одном рабочем столе все окна офисных программ, обеспечивающих работу с докумен- тами, на другом — запустить меди- аплеер iTunes, на третьем открыть браузер и почтовый клиент, на чет- вёртом — редактор изображений или программу вёрстки. И при этом легко переключаться между рабочими сто- лами с помощью функции Spaces, вы- бирая рабочий стол нажатием горя- чих клавиш. Это особенно удобно Finder. Операционная система Mac OS X Leopard. 147
Программы и данные S paces. Под управлением Parallels Desktop можно легко переключаться с одной ОС на другую. му из-под Mac OS X. Представьте себе: на первом рабо- чем столе у вас Mac OS X, на втором и третьем — Windows ХР и Linux, и под управлением Parallels Desktop вы одним кликом переключаетесь между этими тремя ОС, выполняя в каждой из них свои задачи! Не меньше, чем Spaces, работу с большим количеством открытых окон упрощает и функция Expos. Она предназначена для выполнения совсем простой задачи — переклю- чения между окнами, но делает это очень удобно. Нажав горячую клави- шу или подведя мышь в заранее опре- делённый угол экрана, можно увидеть миниатюры либо всех открытых окон, либо всех документов, откры- тых в текущей программе, со всем их содержимым. Для выбора нужного окна достаточно щёлкнуть по нему мышью. Сочетание Spaces и Expos позво- ляет логично организовать и значи- тельно упростить характерную для современного мира одновременную работу с большим количеством при- ложений и окон. Док Док — аналог панели задач в Windows. В Mac OS X он предназначен для хранения значков часто использу- емых приложений и отображения уже запущенных приложений, как и панель быстрого запуска и панель задач в Windows. Однако, в отли- чие от Windows, пользовательский интерфейс Дохл гораздо нагляднее и удобнее. Разработчикам Mac OS X удалось совместить несовместимое: с од- ной стороны, значки должны быть маленькими, чтобы разместить как можно большее их количество, заняв минимум пространства, а с другой — они должны быть крупными для лёгкости идентификации и запуска приложения. В «неактивном» режиме Дока значки имеют крохотный раз- мер, но при наведении мыши они увеличиваются, как под лупой. Кроме того, значки открытых окон, свёр- нутых в Док, отображают содержи- мое этих окон, что облегчает поиск нужного окна. Наконец, значки про- грамм в Доке могут быть изменяе- мыми — так, иконка Mail отображает количество новых непрочитанных писем. Док — аналог панели задач в Windows. 148
Некоторые особенности современных ОС Spotlight Встроенная система поиска Spotlight в фоновом режиме «обшаривает» всё содержимое компьютера и позволяет находить практически любые объек- ты. Например, можно обнаружить все файлы, в содержании которых есть тот или иной текст, вне зави- симости от их формата, либо все фотографии, сделанные в такой-то день такой-то камерой с такой-то выдержкой и экспозицией. Вариан- тов настройки параметров поиска в Spotlight бесчисленное количест- во — сложный запрос формируется из отдельных «кирпичиков», свя- занных между собой логическими операциями, простой же текстовый запрос вводится непосредственно в строку поиска, а результаты отобра- жаются по мере того, как вы набира- ете текст запроса. Результаты поиска сохраняются в виде «умных папок» (SmartFolders), объединяющих все найденные по данному запросу объ- екты в виртуальную папку, автомати- чески обновляющуюся по мере уда- ления старых или появления новых объектов, соответствующих запросу. Finder Finder — программа-оболочка, пред- назначенная для навигации по всему содержимому компьютера и выпол- няющая практически те же функции, что и Проводник Windows, но с более приятным и удобным интерфейсом. С помощью Finder можно выполнять все файловые операции, управлять компьютером, записывать оптиче- ские диски, подключаться к локаль- ной сети и т. д. Dashboard В последнее время всё большее рас- пространение получают микро- программы-виджеты, и в Mac OS X они также присутствуют. Однако, в отличие от боковой панели Windows Vista, в Mac OS X виджеты распола- гаются на полупрозрачном «слое» Dashboard, вызываемом горячей кла- вишей. Таким образом, подобрав нуж- ную комбинацию виджетов, можно в любой момент, не отрываясь от работы, вызвать поверх всех окон полупрозрачный Dashboard, на кото- ром будут расположены все необхо- димые микропрограммы: календарь, калькулятор, лента новостей, прогноз погоды, адресная книга и т. д., а затем, воспользовавшись требуемым видже- том, без каких-либо затруднений вер- нуться к работе. Функция Dashboard. 149
Программы и данные Mac OS X изнутри Программа для аудио- и видеоконфе- ренций iChat. Time Machine — мощнейшая система архивирования в Mac OS X Leopard. Однако помимо «видимой части айс- берга» — пользовательского интер- фейса — Mac OS X содержит множес- тво не столь заметных, но не менее, а зачастую и более важных компо- нентов. Среди них — распознавание рукописного и голосового ввода, синтезатор речи, система управле- ния пользователями, межсетевой экран, встроенная система шифрова- ния файлов и дисков и др. В послед- ней версии появилась мощнейшая система архивирования и «отката» под названием Time Machine, позво- ляющая просмотреть все удалённые или изменённые файлы и вернуться к нужной версии любого файла или вообще к состоянию компьютера на определённый момент. Стоит отметить, что все операции в Mac OS X могут быть автоматизиро- ваны с использованием либо просто- го интерфейса Automator, либо — при необходимости реализации более сложных алгоритмов — с помощью языка высокого уровня Apple Script. Приложения ОС В состав операционной системы Mac OS X также входит достаточно большой набор программного обес- печения, позволяющего работать на компьютере сразу после включения без необходимости покупать и уста- навливать дополнительные програм- мы. В ИХ ЧИСЛО ВХОДЯТ: браузер Safari; почтовый клиент Mail; медиаплеер iTunes; программа для обмена мгновенны- ми сообщениями, аудио- и видео- конференций iChat; множество мелких утилит-видже- тов, организованных программой Dashboard; программа-органайзер iCal и дру- гие полезные утилиты. Для разработчиков программно- го обеспечения в Mac OS X включена бесплатная среда разработки XCode. Стоит также учесть, что с любым про- даваемым компьютером Macintosh абсолютно бесплатно поставляются дополнительные программные набо- ры либо для создания и обработки мультимедийных файлов, либо для офисной работы. 150
Прикладные программы ПРИКЛАДНЫЕ ПРОГРАММЫ Операционная система — главная программа компьютера. Однако пользователь фактически не имеет с ней дела, за исключением тех случаев, когда надо что-то настроить или уста- новить новое оборудование. Основ- ная работа операционной системы скрыта от наших глаз и заключается в налаживании взаимодействия обо- рудования и программного обеспече- ния. Программы, с которыми человек сталкивается ежедневно, называют- ся прикладными программами или пользовательскими приложениями (англ, user application). Часто употребляемые прикладные программы обычно входят в состав установочного пакета операцион- ной системы. Например, такие хоро- шо знакомые всем пользовательские приложения для системы Windows, как браузер Internet Explorer, про- грамма для работы с электронной почтой Outlook Express, универса- льный проигрыватель Windows Media Player, как правило, доступны сразу после установки ОС. Компания Microsoft даже специально сделала так, чтобы все эти прикладные про- граммы стали неотъемлемой частью ОС. С одной стороны, это удобно для пользователя, который не должен задумываться над тем, как ему запус- тить музыкальный диск или выйти в Интернет. С другой — человек оказы- вается «привязан» к определённым программам и часто не подозрева- ет, что существуют более удобные и функциональные приложения, тем более что в Windows без установки многих дополнительных программ всё же не обойтись. В операционной же системе Linux пользователю предоставляется пол- ная свобода выбора. Это не означает, что прикладные программы там не поставляются вместе с ОС, наобо- рот, как правило, в составе дистрибу- задач, но они не так глубоко связаны с системой, их всегда можно удалить бесследно или попросту не устанав- ливать, заменив иными программами. Подобный подход, однако, требует от пользователя более высокой квали- Программа Windows Media Player. фикации. В Mac OS X применяется противоположный принцип — там практически все повседневно необ- ходимые программы поставляются вместе с системой и сама система Программа Интернет. построена так, чтобы пользовате- лю как можно меньше приходилось учиться. Хотя такой подход имеет и свои минусы — какие-либо нестан- дартные действия в такой системе сильно осложняются. Компьютеры, к сожалению, ещё не дошли до такой степени совершен- ства, чтобы их можно было называть бытовыми устройствами в полном смысле этого слова. И сам компью- тер, и программы для него надо устанавливать, настраивать, а также отлаживать взаимодействие различ- ных составляющих между собой 151
Программы и данные JL Потому обращению с компьютера- ми приходится специально учиться. Если посмотреть на компьютерные технологии под этим углом зрения, то различия между перечисленны- ми подходами сводятся к попыткам найти оптимальный баланс между количеством необходимых знаний и степенью, в которой пользователь может самостоятельно принимать решения и перестраивать систему под собственные нужды и привычки. Как уже было сказано, Linux предо- ставляет максимальную свободу дей- ствий — пользователь, обладающий необходимой квалификацией, в состоянии перестроить систему полностью. Минимальную свободу в этом отношении даёт Mac OS X, в то же время для её освоения и успеш- ной продуктивной работы требуется гораздо меньший начальный объём знаний. ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИЙ ИНТЕРФЕЙС И «УДОБСТВО ПОЛЬЗОВАНИЯ» Огромную роль в обеспечении взаи- модействия компьютера и сидящего перед ним человека играет правиль- ное построение пользовательского интерфейса. В разделе «Устройство компьютера» можно найти сведе- ния о технических, или аппарат- ОСНОВНЫЕ РАЗНОВИДНОСТИ ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ Г Какие же разновидности прикладных программ сущес- твуют и для чего они предназначены? Более детально и с практическими примерами каждая из перечисленных групп программ рассматривается в соответствующих гла- вах энциклопедии. Текстовые редакторы — программы для ввода и редак- тирования обычного текста — относятся к самым распро- странённым пользовательским приложениям. Когда-то управление компьютерами осуществлялось исключительно с клавиатуры, потому традиционно хоть какой-нибудь текс- товый редактор 1меется практически на любом компьюте- ре. В частности в Windows входит простенький текстовый редактор Блокнот (Notepad). Наиболее известный текс- товый редактор — MS Word, он входит в пакет программ под названием Microsoft Office и приобретается отдельно от Windows. В отличие от Блокнота MS Word позволяет не просто набирать и редактировать текст, но и формати- ровать его: оформлять различными шрифтами, задавать внешний вид абзацев и целых страниц, вставлять в текст рисунки и таблицы и т. д. Дизайнер-оформитель сказал бы, что MS Word позволяет заниматься вёрсткой текста. Подобные программы за их расширенную функциональ- ность иногда ещё называют текстовыми процессорами. Графические редакторы — программы, позволяющие редактировать изображения. Ещё не так давно использо- вание графических редакторов было почти исключитель- но уделом профессионалов-дизайнеров. Однако распро- странение Интернета и цифровых фотокамер сделало их необходимым инструментом практически для каждого компьютерного пользователя. Графических редакторов (как платных, так и бесплатных) существует очень много, значительно больше, чем текстовых. Довольно часто они поставляются вместе с цифровыми камерами. Мно- гие программы-просмотршики (т. е. такие, которые позволя- ют удобно организовать про- цесс просмотра и составления каталогов цифровых фото- графий) также имеют функ- ции графических редакторов. Самый известный графи ескии редактор — Adobe Photoshop, все остальные подобные про- граммы равняются на него. Скажем так: Photoshop может всё, что умеют другие гра- 152
Прикладные программы ных, интерфейсах — способах вза- имодействия различных устройств между собой без участия человека. Под термином интерфейс пользо- вателя понимается совокупность средств взаимодействия какого-либо устройства с человеком. Понятие это применимо в отношении любого творения человеческих рук, предна- значенного для практического его использования — будь то компью- терная программа, автомобиль или телевизор. Этим они отличаются, скажем, от произведений скульптуры или живописи, которые не использу- ются. ими только любуются, и потому интерфейса как такового у них нет. Но вот об интерфейсе печатного * * & >- * з«и | г -« ч У© -Те »•» Я > - Ч _ v-_L ® V * - * « >• *-V •/ /и. м ОЖчАЯ* - • $ 4 * * х в a S-9' hi I 5? . © -ЧХ*---’ ’ »w'~ ве( ч*о , к jtz., s-vui <1* шрачь -• • А J -fk : 4 -lir . . . /0ИА/4 4-Т A * r C Ji! J J JO V - I «. ь = = Be* . -r-«©v ь a 4 ® • • « • i ImH издания говорить уже можно — сюда входит всё, что касается оформления, удобства чтения книги или, напри- мер, возможности уместить её в кар- мане пиджака. Иконки для Windows Vista. фически» редакторы, и ещё много сверх того. Но будучи таким «умным», он весьма громоздкий и дорогой, так что в большинстве случаев его использование нецелесооб- разно — лучше воспо ьзоваться простыми бесплатными программами. Интернет-браузеры и почтовые программы обычно входят в комплектацию ОС (Windows, Linux, Mac OS), и чаще всего таковыми вполне можно обойтись. Следует учесть, что браузеров, т. е. программ для работы с Ин- тернетом совсем немного, а самые популярные можно пересчитать по пальцам одной руки — прежде всего это Internet Explorer, Mozilla Firefox, Opera и ещё браузер спе- циально для компьютеров Apple под названием Safari. Большинство других браузеров не являются оригинальны- ми продуктами и созданы на основе перечисл иных Чуть большее разнообразие наблюдается в программах для элек ронной почты, но поскольку каких-либо принципи- альных преимуществ ни одна из них не имеет, вопрос их использования — дело привычки и личных предпочтений. Медиаплееры — рограммы для воспроизведения звука и видео. Нередко (как в случае с входящим в состав ОС Windows Media Player) такие программы универсальны, т. е. позволяют как проигрывать музыку в большинстве распространенных форматов, так и воспроизводить видео, например с дисков форматов DVD, HD DVD и Blu-Ray. Различных медиаплееров существует, вероятно, не меньше, чем графических программ, но в основе своей они устроены почти одинаково и отличаются обычно лишь оформлением. Перечисленные разновидности пользовательских при- ложений употребляются наиболее часто Кроме них на ПК обязательно встретятся и другие программы: элект- ронные таблицы, архи- ваторы, программы для записи на CD и DVD, электронные перевод- чики и словари и т. д. В связи с распростра- нением бытовых циф- ровых видеокамер всё больше появляет- ся видеоредакторов. Наконец, отдельную важную группу пользо- Медиаплеер AIMP Classic, вательских программ составляют различные утилиты — небольшие программы, предназ аченн i для правления самим компьютером, функциями операционной системы, внешними устройствами (сканерами, пр нтерами), досту- пом к Интернету и т. п. В отдельную группу выделены про- граммы обеспеч ния безопасности: се евые экраны (или файрволы — от англ, firewall — «защитная противопожар- ная стена»), антивир сы и антишпионские программы. 153
Программы и данные Возникновение компьютерного термина bug свя- зывают с именем Грейс Хоппер, автора перво- го Ассемблера и языка Cobol. В 1947 г., когда она работала в группе Говарда Эйкена на элект- ронно-механи- ческой машине Mark-Il, между контактами одно- го из реле машины застряла мошка, вызвав неисправ- ность. Мошку извлекли, а Хоп- пер приклеила её между страницами рабочего журнала с подписью: «Пер- вый случай вы- ловленного бага». С тех пор «поиск жучков» (searching of bugs) и означает «поиск ошибок в программе». Опыт практических приёмов создания таких интерфейсов и тео- ретические представления специ- алистов на этот счёт обобщаются в так называемой концепции «удоб- ства пользования» (англ. usability). К сожалению, очень многие произ- водители программного обеспече- ния, поглощённые идеей создания хорошо работающих программ с минимальным количеством оши- бок, в последнюю очередь обращают внимание на удобство пользования. Однако легко доказать, что отсутс- твие ошибок программиста, или багов (англ, bug — буквально «насе- комое» ), ещё не гарантирует безоши- бочную работу программы — очень многое зависит от того, как налажено взаимодействие с оператором. Грамотное построение интерфей- са пользователя и организация диа- лога человек — компьютер — пред- мет серьёзной дисциплины. В то же время порой бывает достаточно здравого смысла и простой наблю- дательности, которые можно трени- ровать, если критично вглядываться в пользовательские интерфейсы, окру- жающие нас повсюду. Столкнувшись с каким-либо неудобством в повсе- дневной жизни, целесообразно поста- вить себя на место проектировщика и задать вопрос: а нельзя ли было этого избежать? Наличие надписи на двери «От себя» уже само по себе означа- ет неправильно спроектированный интерфейс: не так уж сложно сделать конструкцию двери такой, чтобы при подходе к ней было очевидно, в какую сторону она открывается. Иногда подобные ошибки, которые и ошиб- ками-то не выглядят, приводят к траге- диям, если плохо видящий или просто сильно торопящийся человек попро- бует открыть дверь не в ту сторону. Проблему проектирования качес- твенного пользовательского интер- фейса очень трудно сформулировать «вообще», двигаясь от неких общих положений к частным случаям Гораз- до проще объяснить её на примерах. Каждый сталкивался с такими веща- ми, как необходимость всякий раз заново устанавливать стрелки часов в музыкальном центре, видеомагни- тофоне или микроволновой печи, как только «мигнёт» электричество; с необходимостью постоянно забо- титься о сохранении набранного текста в текстовом редакторе, чтобы текст случайно не пропал при ком- пьютерном сбое, с назойливо всплы- вающими подсказками в Windows ХР, которые требуется отключать каж- дый раз заново. Многим, вероятно, приходилось случайно переключать каналы на телевизоре вместо регули- рования громкости, потому что нуж- ные клавиши на пульте расположены рядом, имеют слишком малый раз- мер и практически неотличимы друт от друга. Всё это примеры типичных ошибок в проектировании пользова- тельского интерфейса. Классик «удобства пользова- ния» датский адвокат Якоб Нильсен (родился в 1957 г.) на своём сайте useit.com собрал огромное количест- во примеров подобного рода. Извест- ный программист Михаил Донской (один из авторов «Каиссы» — первого чемпиона мира по шахматам среди ЭВМ) как-то отметил, что «пользо- ватель не понимает, насколько ему 154
Прикладные программы неудобно». Разработчики программ и электронной аппаратуры часто злоупотребляют этим, чтобы облег- чить себе жизнь; заставляют чело- века совершать ненужные действия, которые программа вполне могла бы выполнить автоматически. Желание переложить свои проблемы на чужие плечи — распространённый источ- ник несуразностей самых разных интерфейсов — от службы «единого окна» в районных администрациях до компьютерных программ. Подобные вещи и служат основа- нием для часто встречающихся утвер- ждений, что современная техника не экономит время, а, наоборот, только ведёт к излишним его затратам. Не- плохим примером могут служить газовые плиты, в которых кран нужно удерживать в открытом состоянии не- сколько секунд, иначе горелка погас- нет. Если разработчики будут утверж- дать, что система предохранения не может сработать быстрее — не стоит им верить. На самом деле они просто удешевили и упростили конструкцию за счёт времени пользователя. На основе подобных примеров можно выделить главный пункт в таких задачах: чётко сформулиро- вать цель, ради которой создаётся нечто, предназначенное для широ- кого использования. Эта цель долж- на выдерживаться на протяжении всего цикла проектирования. Все побочные цели, даже столь важные, как быстродействие программы, про- даваемость и себестоимость устройс- тва, технологичность производства, могут ограничивать свободу дейс- твий разработчика, но не должны её подменять. Эти стороны деятельно- сти проектировщиков исследованы математически в таких дисциплинах, как теория оптимизации, теория мас- сового обслуживания, исследование операций. Но не всё можно и стоит переводить на язык математики. Глав- ным всё же остаётся здравый смысл: хочется надеяться, что читатель этой книги никогда не станет проекти- ровать, например, автобусы, вход в которые возможен только через узкую переднюю дверь. Решить проб- лему безбилетного проезда можно массой других способов, не столь неудобных для пассажиров КОПИРОВАНИЕ ПАПКИ В WINDOWS КАК ПРИМЕР НЕОЧЕВИДНОЙ ОШИБКИ В ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКОМ ИНТЕРФЕЙСЕ В качестве примера некорректного построения диалога человек — компьютер, невольно подталкивающего пользователя к ошибкам, можно привести стандартное предупреждение Windows, появля- ющееся при попытке скопировать папку поверх существующей. Здесь предложены варианты ответов, которые означают следующее: Да будет относиться только к первому из существующих файлов; если встретятся ещё, то для каждого последующего случая будет возни- кать аналогичное диалоговое окно с требованием подтверждения. То же самое относится в варианту Нет — первый встреченный файл с существующим именем не будет скопирован, и далее опять пот- ребуется подтверждение. Если ответить Да — для всех, то никаких дополнительных подтверждений не потребуется, компьютер заменит все старые файлы в папке на новые. Отмена — работа программы копирования будет прекращена. Здесь непродуманность, подталкивающая пользователя к ошибкам, заложена в отсутствии варианта, который можно было бы сформу- лировать как Только для вновь созданных файлов. Дело в том, что нередко приходится копировать папку поверх существующей лишь для того, чтобы потом продублировать вновь созданные файлы. При этом старые хочется сохранить в неприкосновенности — даже если они ничем не отличаются, зачем терять время на перезаписывание уже имеющихся? Но главное здесь даже не потеря времени, а то, что чуть ли не единственный способ навсегда утратить содержимое файла в Windows — это записать новый файл поверх существующего с таким же именем. Если папка большая, операция копирования может затя- нуться на несколько минут, тогда пользователю надоедает всё время ловить мышью кнопку Нет, и возникает искушение нажать Да — для всех — лишь бы побыстрее разделаться. В результате содержимое старых файлов окажется затёртым начисто. На самом деле справиться с этим неудобством можно: если при выборе варианта Нет держать клавишу < Shift > нажатой, то это и будет означать Только для вновь созданных файлов. Однако миллионы пользователей во всём мире безвозвратно теряют содержимое фай- лов, и не подозре- вая о том что этого легко можно избе- жать — сведения об упомянутой особен- ности отсутствуют даже в «Справке» Windows! 155
Программы и данные ЦИФРОВЫЕ ФОРМАТЫ ДАННЫХ ТЕКСТОВЫЕ ФОРМАТЫ Азбука Брайля. Текст — простейшая и наиболее уни- версальная форма хранения инфор- мации, возникшая ещё на заре циви- лизации. Учёные-историки даже склонны полагать, что именно появ- ление письменных памятников куль- туры отделяет историческое время от доисторического. Когда возникли компьютеры и встал вопрос об обра- ботке ими текстов (а это требовалось с самого начала, даже в программах для числовых расчётов, например для вывода результатов и комментариев), пришлось изобретать способ хране- ния символов алфавита в цифровой форме. Ломали голову над этим недолго — решение к тому времени уже имелось, и не одно, а сразу два. Первое из них связано с именем слепого француз- ского врача Луи Брайля (1809—1852), который ещё в мальчишеском возрас- те придумал последовательную сис- тему рельефных точек, кодирующих буквы алфавита, цифры и знаки препинания для слепых. Несколько дополненная, азбука Брайля исполь- Сэмюэл Финли Бриз Морзе. Телеграфный аппарат Морзе. 1844-1845 гг. зуется и в наши дни. С точки зрения компьютерных наук важно, что сис- тема Брайля была первым двоичным кодом («есть точка» — «нет точки», что легко перевести в нули-единицы), т. е. могла служить для кодирования зна- ков алфавита числом. Второе решение нашли также ещё в XIX в. в связи с нуждами телеграфии. Исторически первым электронным кодом была всем известная телеграф- ная азбука Морзе, которой и по сей день обучают курсантов-связистов в военных учебных заведениях. Но она имеет один крупный с точки зрения компьютеров недостаток: код Морзе, строго говоря, не является двоичным и для использования в электронных автоматических системах неудобен. Кроме точек-тире там требуется и третий знак — пауза, иначе опреде- лить, где заканчивается и начинается буква или слово, невозможно. Потому в 1874 г. изобретатель бук- вопечатающего телеграфного аппа- 156
l-T’-И Цифровые форматы данных рата (телетайпа) француз Эмиль Бодо (1845—1903) принял иные коды для знаков алфавита — так называемые равномерные, где любая буква кодируется числом из одина- кового количества двоичных разря- дов. Усовершенствованные позднее Доналдом Мюрреем коды Бодо были приняты в качестве международно- го стандарта в 1931 г. (International Telegraph Alphabet *2, ITA-2). Многие первые компьютеры использова- ли телетайпы как устройства ввода- вывода, и потому коды Бодо стали предшественниками современных компьютерных кодировок. Так как коды Бодо состоят из пяти битов, с их помощью можно закоди- ровать 2s = 32 символа. Для телегра- фа, где использовались буквы толь- ко одного регистра (ПРОПИСНЫЕ), этого достаточно. Но компьютер- ная техника требует большего, и тут очень кстати подвернулся удобный во всех отношениях байт, состоящий из восьми двоичных разрядов и тем самым позволяющий закодировать 28 = 256 знаков. Современные текстовые кодировки Естественно, компьютеру безраз- лично, каким числом какой символ обозначить — для него существуют только числа, вид букв они приобре- тают лишь при выводе на экран или на принтер. Первоначально каждая крупная компьютерная фирма (в том числе и производители компьютеров в СССР) принимала собственную ком- пьютерную кодировку; и в условиях, когда разные компьютерные системы были несовместимы, это в общем-то всех устраивало. Но по мере разви- тия отрасли, для того чтобы один и тот же текст на разных компьютерах отображался одинаково, следовало договориться о едином стандарте. Так в 1963 г. возник, а в 1968 г. был утверждён в качестве стандарта АЗБУКА БРАЙЛЯ Базовый элемент системы Брайля содержит шесть позиций-ячеек, каждая из которых может быть выпуклой или плоской, т. е. его коди- ровка основана на двоичном коде. Всего в ней удается закодировать 26 — 64 символа. Однако Брайль предусмотрел механизм практически неограниченного расширения количества кодируемых символов — для этого употребляются коды-переключатели (Shift-коды). Наличие тако- го перек ючателя означает, что все последующие знаки надо читать определённым образом (например, как цифры, а не буквы) до тех пор, пока не встретится иной подобный знак. Другая разновидность переключающих кодов (Escape-коды) действует лишь на один знак после такого кода и тоже впервые введена в азбуке Брайля. Все эти изобретения Брайля используются в современных тексто- вых форматах. Например, чтобы страничка сайта отображалась нуж ным шрифтом, в её текст внедряются специальные элементы (теги), которые и есть не что иное как Shift-коды Брайля. Система Unicode, в которой каждый символ алфавита кодируется более чем одним байтом, также восходит к Брайлю. Первый байт ' в этой системе указывает на используемый язык, т. е. является Escape-кодом, обращающим внимание на то, что следующий за ним символ следует интер- претировать как букву из заданного языка. Кодировка системы Брайля г основана на двоичном коде. American Standard Code for Infor- mation Interchange — ASCII, который и до сих пор является основой всех кодовых таблиц. Этот код устанав- ливал символы, соответствующие числам от 0 до 127 (часто вместо «символ, соответствующий такому- то числу» говорят просто «символ с таким-то номером»). Кроме букв английского алфавита (прописных и строчных) сюда вошли различные общеупотребительные символы, такие, как цифры, плюс, минус, скоб- ки. запятая, тире, пробел и т. д., т. е. все знаки, которые имеются на стандарт- ной клавиатуре. Если быть точным, то символы алфавита в этой кодировке имеют номера только начиная с 32. Номе- рам от 0 до 31 соответствуют коман- ды, в том числе довольно экзотичес- кие. Так, символ с номером 7 должен Доналд Мюрреи 157
Программы и данные Буква Азбука Морзе Азбука Брайля Коды ASCII точка-тире в двоими, записи прописная строчная А в 101100 • • 01000001 (65) 0110 0001 (97) В 1101010100 • • 01000010(60) 0110 0010(98) С —• 11010110100 •• 0100 0011 (67) 0110 0011 (99) □ 11010100 • • -• 0100 0100 (68) 01100100(100) Е • 100 • 0100 0101 (69) 01100101 (101) F 1010110100 • • 01000110(70) 0110 0110 (102) G ... 110110100 • • 0100 0111 (71) 0110 0111 (103) Н •*«* 101010100 •• 0100 1000 (72) 0110 1 000(104) 1 •• -10100 - • • • 0100 1001 (73) 01101001 (105) Представление первых десяти латинских букв в различных системах кодировки. Для кодировки ASCII в скобках дано десятичное значение. был заставлять звучать звоночек на печатающем устройстве. Из этих команд некоторые используются и по сей день, в первую очередь команды «перевода строки» (обозначается LF и имеет номер 10) и «возврата карет- ки» (CR, номер 13). Так как в первых печатающих устройствах эти дей- ствия приводили к разным результа- там («перевод строки» только сдвигал бумагу на одну позицию вниз, а «воз- врат каретки» лишь возвращал печа- тающий узел к началу листа), в чисто текстовом формате до сих пор эти символы принято использовать сов- местно. Их последовательность (CR- LF, именно в таком порядке) вводит- ся в текст каждый раз при нажатии клавиши <Enter> и означает начало новой строки. С появлением графи- ческих редакторов и новых поколе- ний принтеров использование двух символов для этой цели потеряло смысл, и теперь, например, в систе- ме Windows для подобных целей слу- жит только символ CR, а в системе Mac OS X — наоборот, LF. Но 128 первых символов (от 0 до 127) лишь половина всех возмож- ных комбинаций, которые описыва- ет байт, и соответствует семибитному числу, или байту, в котором старший бит всегда равен 0. Вторая полови- на байтовой таблицы (символы с номерами от 128 до 255, в которых старший бит равен 1) формально не входит в стандарт ASCII и использу- ется для представления символов европейских алфавитов, отличных от английского, а также некоторых специальных символов (вроде значка градуса ° или дроби ’/г). В латиноязыч- ных европейских странах такая таб- лица кодировок, включающая в себя ASCII как основу, стандартизирована (последний по времени вариант стан- дарта официально называется ISO 8859-1, а неофициально — Latin-1) Но как же быть с другими алфави- тами: кириллицей, греческим, иври- том, арабским? Для этого приходится замещать вторую половину табли- цы (коды от 128 до 255) на символы национальных алфавитов, оставляя ради совместимости первую поло- вину в неприкосновенности. Такие таблицы символов также стандар- тизированы (например, кирилли- ца — в стандарте ISO 8859-5). Прав- да, в отношении кириллицы ситуация исторически сложилась так, что на практике этот стандарт фактически не применяется (см. дополнительный очерк «Кириллические кодировки*). Unicode В 1980-х гг. стало очевидно, что бай- товые таблицы кодировок имеют два кардинальных недостатка. Во-пер- вых, 128 символов второй половины таблицы (напомним, что первые 128 всегда заняты под знаки стандарт- ной англоязычной клавиатуры) для представления многих алфавитов недостаточно. Японский, корейс- кий и китайский языки оказались в стороне. Но и для европейцев оста- валась актуальной вторая пробле- ма: как представить в такой системе многоязычный документ? Примером служит математический текст, в кото- ром одновременно могут содержать- ся символы греческого, готического, английского и русского алфавитов, не считая специфических знаков вроде интеграла или суммы. Ясно, что 158
Цифровые форматы данных для представления такого текста 256 вариантов недостаточно. Тогда и была изобретена систе- ма двухбайтовой кодировки, в конце концов преобразовавшаяся в совре- менную систему Unicode. Два байта составляют 16 бит, или 216 = 65 536 вариантов, чего хватает для представ- ления всех современных алфавитов одновременно. Устроена Unicode в целом таким образом, что первый (старший) байт является указателем на определённую кодовую страницу (фактически на используемый алфа- вит или на его часть), а второй — на номер символа на этой странице. Для стандартных кодов Latin-1 отведена первая страница, для которой стар- ший байт равен О. Для кириллицы старший байт равен 4, потому коды кириллических символов в таблице Unicode начинаются с номера 1024 (шестнадцатеричное число 0400 равно десятеричному 1024; см. «Как работает компьютер»). На практике система Unicode воплощается в шрифтах, которые прикладываются к операционной системе. В Windows это шрифты Times New Roman, Arial, Courier, сис- темные шрифты — MS Sans Serif и многие другие. Такие шрифты можно установить и отдельно или получить их в качестве дополнения к некото- рым текстовым редакторам. В насто- ящее время существует немного шрифтов, которые действительно охватывали бы все существующие языки, их разработка трудоёмка и нецелесообразна, так как европеец вряд ли станет писать на арабском или корейском. Тем не менее сайты в браузерах отобразятся верно на любом языке (если их составители придерживались стандартов, конеч- но), а для текстовых редакторов при необходимости несложно устано- вить поддержку любого языка. В сов- ременных версиях операционных систем для ПК (Windows, Linux) под- держка Unicode осуществляется на уровне системы и не требует специ- альных усилий, хотя при этом могут возникнуть сложности с совместимо- стью обычных байтовых кодировок и Unicode. На основе Unicode созданы и некоторые специальные кодиров- ки — например, UTF-8, позволя- ющая передавать текст по Сети более экономичным способом: в ней на каждый символ приходится меньше чем по два байта. Тогда, если перед вами чисто русский текст, можно в самом начале передать указание КИРИЛЛИЧЕСКИЕ КОДИРОВКИ Для кириллицы в середине 1970-х гг., ещё до введения международ- ных стандартов возникла кодировка KOI, в которой русские буквы во второй половине байтовой таблицы ставились на такие места, чтобы при вычитании числа 128 (т. е. при обнулении старшего бита) из кода получалась соответствующая по звучанию (но не всегда по написа- нию) английская буква, причём в противопо ожном регистре, чтобы отличить английский текст от русского. Скажем, «Рус ский Текст» пре- вратилось бы в «rUSSKIJ tEKST». Сделали это потому, что первые поч- товые серверы были семибитными, т. е. могли передавать лишь ASCII. В конце 1980-х гг. вариант этой кодировки под названием KOI-8r был возведён в ранг интернет-стандарта под назв. нием RFC-1489. Потому все почтовые программы и браузеры распознают его адекватно. С распространением компьютерного дела в нашей стране и в род- ственных странах было разработано множество разных кириллических кодировок (украинская, польская, болгарская; последняя до сих пор используется в болгарской Linux). Среди них наибол шую известность получили «основная» (ISO/IEC 8859-5-88) и «альтернативная» (DOS, СР866) кодировки ГОСТ, на текущий момент стандартизированные в ГОСТ Р 34.303-92 и в международном стандарте ISO 4873-86. < Основ- ная» кодировка ГОСТ, несмотря на солидную поддержку со сторо- ны разработчиков стандартов, широко никогда не использовалась на практике, но традиционно поддерживается всеми браузерами и почтовыми программами под названиями «Кириллица ISO», «Кирил- лица 8859-5» или ISO 8859-5. «Альтернативная» кодировка («Кирил- лица DOS», СР866 употребляется почти исключительно в текстовых файлах, созданных в операционной системе DOS, и теперь почти не используется. С развитием Windows придумали ещё одну кодировку, которая получила название Windows 1251 или «Кириллица (Windows)». Она наиболее распространена сейчас на персональных компьютерах. Собственную кодировку используют компьютеры Apple, таким обра- зом, в части русского языка в настоящее время действуют одновре- менно четыре различные кодовые таблицы (не считая двухбайтовой Unicode). Большинство компьютерных программ учитывают кодировку автоматически, и такой разнобой доставляет неудобства только в редких случаях. ------------------ ----------------------------------г 159
Программы и данные на кодовую страницу, а затем только номера символов внутри этой стра- ницы, что уменьшит объём пере- даваемой информации почти в два раза. Разумеется, при этом системы кодирования и раскодирования для многоязычных текстов значительно усложняются. $ Расширение имени — это то, что следует после последней точки в наименовании