Файл: Локальные и глобальные сети эвм основы компьютерной коммуникации. Принципы построения сетей. Компьютерная сеть.pdf

10 потребуется реализовать оптический транзистор (англ.) русск. Один из возможных вариантов — использование материалов, которым свойственны некоторые эффекты нелинейной оптики, в частности, нелинейный коэффициент преломления.
Уже найдены материалы в которых интенсивность входящего света влияет на интенсивность света, проходящего через элемент, что сравнивают с вольт-амперной характеристикой (ВАХ) электронного транзистора. Подобные «оптические транзисторы» могли бы использоваться для создания оптических логических вентилей, из которых собирались бы более сложные блоки процессора. Однако, многие нелинейные эффекты требуют сверхбольших интенсивностей управляющих сигналов.
Важнейшим направлением является разработка нейрокомпьютера.
Нейрокомпьютинг – это научное направление, занимающееся разработкой вычислительных систем шестого поколения
- нейрокомпьютеров, которые состоят из большого числа параллельно работающих простых вычислительных элементов (нейронов). Элементы связаны между собой, образуя нейронную сеть. Они выполняют единообразные вычислительные действия и не требуют внешнего управления. Большое число параллельно работающих вычислительных элементов обеспечивают высокое быстродействие. В настоящее время разработка нейрокомпьютеров ведется в большинстве промышленно развитых стран. Нейрокомпьютеры позволяют с высокой эффективностью решать целый ряд интеллектуальных задач. Это задачи распознавания образов, адаптивного управления, прогнозирования, диагностики и т.д.
Нейрокомпьютеры отличаются от ЭВМ предыдущих поколений не просто большими возможностями. Принципиально меняется способ использования машины. Место программирования занимает обучение, нейрокомпьютер учится решать задачи.
Рассмотрим подробнее отличия нейрокомпьютеров от вычислительных устройств предыдущих поколений.

11 1.
Параллельная работа очень большого числа простых вычислительных устройств обеспечивает огромное быстродействие.
2.
Нейронная сеть способна к обучению, которое осуществляется путем настройки параметров сети.
3.
Высокая помехо - и отказоустойчивость нейронных сетей.
4.
Простое строение отдельных нейронов позволяет использовать новые физические принципы обработки информации для аппаратных реализаций нейронных сетей.
Разработки в области нейрокомпьютинга ведутся по следующим направлениям:
−
разработка нейроалгоритмов;
−
создание специализированного программного обеспечения для моделирования нейронных сетей;
−
разработка специализированных процессорных плат для имитации нейросетей;
−
электронные реализации нейронных сетей;
−
оптоэлектронные реализации нейронных сетей.
Обратим внимание также на молекулярные компьютеры.
Молекулярный компьютер – это устройство, в котором вместо кремниевых чипов, применяемых в современных компьютерах, работают молекулы и молекулярные ансамбли. В основе новой технологической эры лежат так называемые «интеллектуальные молекулы». Такие молекулы (или молекулярные ансамбли) могут существовать в двух термодинамически устойчивых состояниях, каждое из которых имеет свои физические и химические свойства. Переводить молекулу из одного состояния в другое
(переключать) можно с помощью света, тепла, химических агентов, электрического и магнитного поля и т.д. Фактически такие переключаемые бистабильные молекулы — это наноразмерная двухбитовая система,

12 воспроизводящая на молекулярном уровне функцию классического транзистора.
Недавно компания Hewlett Packard объявила о первых успехах в изготовлении компонентов, из которых могут быть построены мощные молекулярные компьютеры. Ученые из НР и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе объявили о том, что им удалось заставить молекулы ротаксана переходить из одного состояния в другое - по существу, это означает создание молекулярного элемента памяти.
Следующим шагом должно стать изготовление логических ключей, способных выполнять функции И, ИЛИ и НЕ. Весь такой компьютер может состоять из слоя проводников, проложенных в одном направлении, слоя молекул ротаксана и слоя проводников, направленных в обратную сторону.
Конфигурация компонентов, состоящих из необходимого числа ячеек памяти и логических ключей, создается электронным способом. По оценкам ученых
НР, подобный компьютер будет в 100 млрд. раз экономичнее современных микропроцессоров, занимая во много раз меньше места.
Сама идея этих логических элементов не является революционной: кремниевые микросхемы содержат миллиарды точно таких же. Но преимущества в потребляемой энергии и размерах способны сделать компьютеры вездесущими. Молекулярный компьютер размером с песчинку может содержать миллиарды молекул. А если научиться делать компьютеры не трехслойными, а трехмерными, преодолев ограничения процесса плоской литографии, применяемого для изготовления микропроцессоров сегодня, преимущества станут еще больше. Первые опыты с молекулярными устройствами еще не гарантируют появления таких компьютеров, однако массовое производство действующего молекулярного компьютера вполне может начаться.
Следующая модель будущего – ДНК-компьютер.
Молекулярный вычислительный автомат, работающий на основе молекул ДНК, способен к обучению и успешно позволяет реализовывать

13 стратегию логических игр. Это устройство может применяться при поиске генетических нарушений и лечении болезней, которые они вызывают. ДНК- компьютер можно перепрограммировать на другую стратегию, которую он также начинает успешно применять. Важность этой работы, по словам ученых, состоит в возможности создания молекулярной системы, которая будет способна выполнять принципиально разные задачи, обучение и дальнейший анализ ситуации с принятием решения. Эти молекулярные автоматы можно рассматривать как модельные системы, имеющие практическое применение, прежде всего в биологии. Основанные на молекулах нуклеиновых кислот логические элементы являются биосовместимыми, а потому могут быть использованы как для диагностики, так и для терапии различных генетических заболеваний.
Интересное направление в разработке современных компьютеров – квантовый компьютер.
Это проект компьютера, использующего для вычислений принципы квантовой теории. Теоретически квантовые компьютеры способны решать переборные задачи за время прямо пропорциональное сложности задачи.
Прежде всего, делается упор на то, что при наличии подходящих технологий квантовые компьютеры будут производить расчеты намного быстрее, чем обычные, за меньшее число операций. С другой стороны, подобное устройство можно использовать в криптографии, что дает ряд преимуществ, в частности, невозможность незаметно перехватить сообщение. Основным элементом квантового компьютера являются квантовые биты или кубиты. Кубит – это квантовая система с двумя состояниями, но в отличие от привычного бита кроме двух определенных состояний она может находиться в их суперпозиции, т.е. в ней одновременно записаны 0 и 1 с некоторыми вероятностями.
Квантовый компьютер – это система, собранная из кубитов, которая подчиняется законам квантовой механики. Показано, что из кубитов можно составить и элементарные логические элементы. Основное принципиальное

14 достоинство квантовых компьютеров – быстродействие, обусловленное параллельностью вычислений. Предполагается, что квантовые компьютеры смогут решать такие задачи, как разложение целых чисел на простые множители, поиск в базе данных или моделирование квантовых систем (с большим количеством частиц), что весьма важно для химии, физики и молекулярной биологии.
Нельзя также не упомянуть нанокомпьютер — вычислительное устройство на основе электронных (механических, биохимических, квантовых) технологий с размерами логических элементов порядка нескольких нанометров. Сам компьютер, разрабатываемый на основе нанотехнологий, также имеет микроскопические размеры. Ученые считают, что на этом принципе когда-нибудь будет создан настоящий искусственный интеллект, способный к самопознанию и саморазвитию. Компьютер представляет собой собранные на золотой пластине 16 молекул дурохинона, каждая из которых имеет форму зубчатого колеса с четырьмя выступающими спицами. Семнадцатая молекула, выполняющая функцию подачи команд, находится в центре. Молекулы соединены водородными связями (вид сравнительно слабых химических связей). Каждый поворот центральной молекулы приводит ее в новое состояние, что эквивалентно логическим уровням 0, 1, 2 и 3. Таким образом, нанокомпьютер способен обрабатывать за одно действие 4 в 16-й степени бит информации. Притом что современные компьютеры могут обрабатывать за раз не более одного бита. Иное дело, что делают они это очень быстро, совершая миллионы операций в секунду. Для управления компьютером используется специальный туннельный сканирующий микроскоп, который одновременно является и считывающим устройством.
Считается, что способность совершать параллельные вычисления присуща нейронным системам, например человеческому мозгу.
Поскольку каждая из молекул способна принимать четыре состояния, число возможных комбинаций будет при этом достигать фантастической цифры 4 в
1024-й – это больше 1000 нулей после запятой! О компьютерах с такой

15 разрядностью, созданных без применения нанотехнологий, невозможно даже помыслить.
Итак, подведем итог. Компьютерные технологии не стоят на месте. На данный момент создано множество видом компьютерной техники, призванной упростить работу пользователя, сделать взаимодействие с компьютером более удобным и комфортным. Чего только не придумывают разработчики в борьбе за покупателей: монолитный системно-мониторный блок (моноблок), упрощенную версию «настольного» нетбука – неттоп, специальный офисный вариант с упрощенными комплектующими – баребон, вариант сочетания мобильности и компактности – смартбук, переходный вариант от нетбука к ноутбук – субноутбук. Но, все это повседневность.
Самое главное и интересное ждет нас впереди. Основные научные разработки сейчас проводятся в сферах, которые могут принести не только много денег производителям, но и реально помочь всему человечеству. Это и молекулярные и ДНК-компьютеры, которые должны помочь человеку в борьбе за жизнь, нейрокомпьютеры и квантовые обеспечивают проведение сложнейших вычислений в считанные секунды, что позволит применять их в исследованиях в области химии, физики, астрономии. Ну, а для простого потребителя продолжается разработка и усовершенствование оптических компьютеров
– удобство в одном флаконе с качеством и многофункциональностью.
Компьютерная техника развивается с сумасшедшей скоростью и иногда очень сложно уследить или идти с ней в ногу. Но можно сказать с полной уверенностью, что высокие технологии – это наше будущее и это успех всего человечества.

1
Изучив'>Монитор и клавиатура
Видеоподсистема
Изучив
материал, студент должен знать:

разновидности устройств ввода/вывода;

назначение устройств ввода/вывода и их основные характеристики.
Изучив
материал, студент должен уметь:

применять устройства для ввода/вывода информации различноговида..
Видеоподсистема
- Видеосистема ПК включает монитор и видеоадаптер.
Видеоадаптер
- дочерняя плата, обеспечивающая формирование и вывод изображения на экран монитора.
Монитор
(дисплей, терминал)– это устройство визуального отображения данных, с помощью которого производится контроль ввода и обработки информации, а также управление работой программ. Монитор устройство, обеспечивающее вывод динамически обновляемого изображения.
По технологии изготовления можно выделить следующие виды мониторов - это CRT (Cathode Ray Tube) мониторы. В основе этих мониторов лежит электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). В настоящее время эти мониторы уже не выпускают.
LCD (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы) сделаны из вещества, которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам.
Экран LCD – монитора представляет собой две прозрачные пластины с тонким слоем жидких кристаллов между ними. Внешний вид монитора LCD показан на рисунке 1.

2
Рисунок 1 – Монитор LCD.
При появлении электрического поля свет, проходящий через жидкокристаллическую панель или отражающийся от нее, меняет плоскость поляризации. Для того чтобы человеческий глаз мог различать изменения в поляризации светового потока, добавляются два поляризационных фильтра.
Экран разделен на отдельные элементы (ячейки), к которым подведены электроды, создающие электрическое поле.
Для вывода цветного изображения необходима подсветка монитора сзади так, чтобы свет порождался в задней части LCD – дисплея. Это необходимо для того, чтобы можно было наблюдать изображение с хорошим качеством, даже если окружающая среда не является светлой. Цвет получается в результате использования трех фильтров, которые выделяют из излучения источника белого света три основных компонента. Комбинируя три основных цвета для каждой точки или пиксела экрана, можно воспроизвести любой цвет.
Первые LCD-дисплеи были очень маленькими, около 8”, в то время как сегодня они достигли размеров 15” для использования в ноутбуках, а для настольных компьютеров производятся 19” и более LCD – мониторы. Вслед за увеличением размеров следует увеличение разрешения, вследствие чего появляются новые проблемы, требующие своего решения с помощью специальных технологий.
Технология STN (Super Twisted Nematic) позволяет увеличить торсионный угол (угол кручения) ориентации кристаллов внутри LCD – дисплея с 90 0
до 270 0
, что обеспечивает лучшую контрастность изображения при увеличении размеров монитора. Часто STN – ячейки используются в паре. Это называется технологией DSTN (Double Super Twisted Nematic), и этот метод очень популярен для мониторов портативных компьютеров, использующих дисплеи с пассивной матрицей, где обеспечивает улучшение контрастности при отображении изображений в цвете. Две STN – ячейки располагаются вместе так, чтобы при вращении они двигались в разных направлениях. Изображение формируется строка за строкой путем

3 последовательного подведения на отдельные ячейки управляющего напряжения, делающего их прозрачными. Из-за довольно большой электрической емкости ячеек напряжение на них не может изменяться достаточно быстро, поэтому обновление картинки происходит медленно, изображение дрожит на экране. Маленькая скорость изменения прозрачности кристаллов не позволяет правильно отображать движущиеся изображения.
Кроме того, между соседними электродами возникает некоторое взаимное влияние, которое может проявляться в виде колец на экране. Для решения части названных проблем применяют специальные хитрости, например разделение экрана на две части и применение двойного сканирования в одно и то же время обеих частей, в результате чего экран дважды регенерируется и изображение не дрожит и плавно отображается.
Также лучших результатов с точки зрения стабильности, качества, разрешения, гладкости и яркости изображения можно добиться, используя экраны с активной матрицей (active matrix). В активной матрице используются отдельные усилительные элементы для каждой ячейки экрана, компенсирующие влияние емкости ячеек и позволяющие значительно уменьшить время изменения их прозрачности. Активная матрица имеет лучшую яркость и возможность смотреть на экран даже с отклонением до 45 0
и более, (то есть при угле обзора 120 0
-140 0
) без ущерба для качества изображения, что невозможно в случае с пассивной матрицей. При помощи активной матрицы можно отображать движущиеся изображения без видимого дрожания, так как время реакции дисплея с активной матрицей около 50 мкс против 300 мкс для пассивной матрицы и качество контрастности лучше, чем у CRT – мониторов. Яркость отдельного элемента экрана остается неизменной на всем интервале времени между обновлениями картинки, а не представляет собой короткий импульс света, излучаемый элементом люминофора CRT – монитора сразу после прохождения по этому элементу электронного луча. Именно поэтому для LCD – мониторов достаточной является частота регенерации 60Гц. Благодаря лучшему

4 качеству изображений эта технология также используется и в мониторах для настольных компьютеров.
Функциональные возможности LCD – мониторов с активной матрицей почти такие же, как у дисплеев с пассивной матрицей. Разница заключается в матрице электродов, которая управляет ячейками жидких кристаллов дисплея. В случае с пассивной матрицей разные электроды получают электрический заряд циклическим методом при построчной регенерации дисплея, а в результате разряда емкостей элементов изображение исчезает, так как кристаллы возвращаются к своей изначальной конфигурации. В случае с активной матрицей к каждому электроду добавлен запоминающий транзистор, который может хранить цифровую информацию (двоичные значения 0 или 1), и в результате изображение сохраняется до тех пор, пока не поступит другой сигнал.
Запоминающие транзисторы должны производиться из прозрачных материалов, что позволит световому лучу проходить сквозь них, а значит, транзисторы можно располагать на тыльной части дисплея, на стеклянной панели, которая содержит жидкие кристаллы.
Для этих целей используется пластиковая пленка, называемая Thin Film
Transistor (или просто TFT). Ее толщина в пределах от 1/10 до 1/100 мкм.
Технология создания TFT очень сложна, при этом имеются трудности с достижением приемлемого процента годных изделий из-за того, что число используемых транзисторов очень высоко.
Разрешение LCD – мониторов одно, и его еще называют native, оно соответствует максимальному физическому разрешению CRT – мониторов.
Это разрешение определяется размером пикселов, который у LCD – монитора фиксирован. LCD – монитор лучше всего воспроизводит изображение именно с таким разрешением. При этом есть возможность выводить на экран изображение с меньшим, чем native, разрешением. Для этого есть два способа. Первый называется центрированием, когда для отображения изображения используется только то количество пикселов, которое необходимо для формирования изображения с более низким