АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Любой компьютер в своем составе имеет набор аппаратных средств, принятых объединять термином аппаратной конфигурации компьютера. Как правило, компьютеры имеют блочномодульную структуру, что облегчает понимание их работы.
Архитектуру компьютера, предельно упрощая, можно представить себе как шину, с которой связаны различные функционирующие элементы, каждый из которых имеет свое назначение (рис. 4.1)
Рис.4.1.Функциональная схема компьютера
Основным устройством, в котором происходит обработка информации, является процессор. Существует большое число процессоров, отличающихся своей производительностью. Наиболее популярными являются процессоры фирм Intel, AMD и IBM. При этом 80% их рынка составляет линейка Intel: Pentium, Core 2, Celeron, i5, i7, Xeon, Itanium, и около 20% рынка приходится на процессоры AMD: Athlon, Duron, Sempron. В большинстве персональных компьютеров используются двухъядерные процессоры. Но в рабочих станциях и серверах применяются 4- и 8-ядерные процессоры. Основными параметрами процессора, определяющими его производительность, является разрядность, тактовая частота и размер кэш-памяти.
Разрядность процессора показывает величину информации в битах, которую он может обработать за один раз. В настоящее время наибольшее распространение получили 32- и 64-разрядные процессоры. Производительность последних выше.
Другой параметр процессора - рабочая тактовая частота, показывающая, с какой скоростью обрабатывается информация в процессоре. Современные процессоры имеют тактовую частоту порядка 1-3 ГГц. Находящаяся в микросхеме процессора кэш-память существенно ускоряет его работу, сокращая время обращения процессора к относительно медленно работающей оперативной памяти. Для большего ускорения на современных компьютерах применяется кэш-память 2-го и 3-го уровней.
Объем кэш-памяти может достигать нескольких сот Кбайт.Оперативная память (RAM - Random Access Memory - память со свободным доступом) - предназначена для временного хранения программ и данных и представляет собой набор микроячеек, состоящих из микроконденсаторов (DRAM-память) или транзисторов (SRAM-память). У каждой из этих видов памяти свои преимущества и недостатки. Оперативная память - энергозависимая, т. е. с выключением компьютера все данные и программы в ней стираются. Поэтому при работах с высокой ответственностью, например, при компьютерной томографии, на входе вычислительной системы обязательно устанавливается источник бесперебойного питания (ИБП), который аккумулирует электроэнергию и при аварийном прекращении электроснабжения позволяет компьютерной системе находиться некоторое время в работоспособном состоянии. Емкость оперативной памяти составляет несколько сот Мбайт, иногда выше - до 1-2 Гбайт. В отдельных случаях, как, например, в системах с реконструкцией трехмерных и четырехмерных изображений оперативная память может составлять несколько десятков Гбайт. Время доступа к данным оперативной памяти очень мало и составляет всего 2-5 нс (миллиардных долей секунды).
Долговременная внутренняя память - жесткий диск, или винчестер, представляет собою набор пластин, быстро вращающихся в герметическом корпусе. Это энергонезависимая память и, следовательно, программы и данные хранятся в ней неопределенно длительное время, даже при выключенном компьютере. Емкость современных винчестеров составляет сотни Гбайт. Время доступа к данным у современных винчестеров составляет 5-10 мкс.
Устройствами ввода информации в компьютер обычно являются клавиатура и мышь. В некоторых случаях используются сканер, фотокамера, аналого-цифровой преобразователь, дигитайзер.
К устройствам вывода информации относится монитор. В настоящее время используются главным образом жидкокристаллические (LCD) мониторы, предпочтительно с фотодиодной подсветкой. Важным свойством монитора является его разрешение.
Если пользователь работает в офисном режиме, т. е. с обычными документами, то разрешение 17-дюймового LCD-монитора должно составлять не менее 1024х768 пикселей. При работе же с медицинскими изображениями применяют мониторы большего размера - 19-21 дюйм. При этом минимальное разрешение допускается 1280x1024 пикселей.Важной характеристикой мониторов является частота регенерации кадров. Для LCD-мониторов частота смены кадров 85 Гц является пределом. Важной характеристикой монитора является «шаг маски», так как он определяет четкость изображения. Обычно шаг маски не превышает 0,24 мм.
Для специальных видов работ (в том числе и в медицине) применяют мониторы с горизонтальной ориентацией дисплея - «ландшафтный монитор» или с вертикальной его ориентацией - «портретный монитор».
В практике работы с медицинскими изображениями на рабочих станциях и в медицинских аппаратно-компьютерных комплексах используются специальные «медицинские мониторы». Размер их диагонали составляет 19-21 дюйм. У таких мониторов разрешение весьма высокое, не менее 2560х2048 пикселей. Высока также яркость изображения: при фотодиодной подсветке она может достигать 1000 кд/м2, при этом контрастность составляет 1000:1. Они работают, как правило, в 24-разрадном режиме, что позволяет передать 16,5 млн оттенков цветов - «полноцветный режим» (режим True Color), частота смены кадров достигает 100 Гц, а шаг маски не превышает 0,2 мм. Некоторые типы медицинских мониторов имеют встроенные программы коррекции изображений, позволяющие имитировать рентгеновскую пленку.
В отдельную группу выделяются дисплейные консоли. Они предназначены для визуализации большого объема медицинских данных в операционных залах (рис. 4.2) или местах пребывания большого количества персонала, например, в ординаторских.
В качестве устройств вывода в офисной работе обычно используют принтеры - лазерные или струйные, реже светодиодные. Разрешающая способность лазерных и струйных принтеров колеблется в зависимости от модели изготовителя в пределах 600 dpi (dots per inch - точек на дюйм).
В практической деятельности медицинского учреждения с работами офисного характера следует отдать предпочтение черно-белым лазерным принтерам.
Рис.4.2. Дисплейная консоль в операционном зале
Необходимо учесть, что некоторые медицинские изображения имеют цветной характер. В таких случаях для получения такого изображения на бумаге предпочтительнее использовать цветной струйный или лазерный принтер. В сложных медицинских аппаратно-компьютерных системах, таких как, например, рентгеновские компьютерные или магнитно-резонансные томографы, распечатку результатов исследования осуществляют на лазерных или инфракрасных камерах. Данные ультразвукового исследования обычно представляются в виде светодиодных копий.
Существенная роль в работе медицинского служащего отводится средствам ввода данных в компьютер. В офисной работе чаще всего используются сканеры, обычно планшетного типа, которые позволяют вводить в компьютер, а затем в документ как графическую, так и текстовую информацию. Планшетный сканер обычно имеет формат А3 или А4. Он может быть транспарентным или работать в отраженном свете. С помощью транспарентного сканера можно водить в компьютер слайды или рентгенограммы, затем их программно обрабатывать и сохранять в цифровом виде, передавать по телекоммуникационным каналам связи. Сканер, работающий в отраженном свете, предназначен для введения в компьютер документов и графических изображений с бумажных носителей.
Преобразование бумажного документа в электронную форму выполняют с помощью программы распознавания текста -
FineReader, которая работает через драйвер TWAIN. Он открывает окно, позволяющее производить тщательную настройку сканера. На втором этапе производится распознавание текста, т. е. превращение его из электронной копии в электронный документ.
Важной характеристикой сканера является его разрешение. Типичным вариантом планшетного сканера для офисного применения является разрешение 600 dpi. Сканеры профессионального типа, а именно их рекомендуется использовать в медицине при работе с транспарентными изображениями, например, рентгенограммами, должны иметь разрешение 1200 dpi. Другой важной характеристикой планшетного сканера является динамический диапазон, обозначаемый D - логарифм отношения яркости наиболее светлых участков изображения к наиболее темным его участкам. Офисный сканер имеет диапазон около 1,5-2,0D, динамический диапазон профессионального сканера, предназначенного для транспарентных изображений при оцифровке рентгенограмм, составляет 2,5-3,5D.
4.2.