11 Системная шина, режимы работы системной шины, программируемые системные устройства
Шины – наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;
Системная шина - предназначена для передачи информации между процессором и остальными электронными компонентами компьютера. По системной шине осуществляется адресация устройств и происходит обмен специальными служебными сигналами. Упрощенно системную шину можно представить как совокупность сигнальных линий, объединенных но назначению (данные, адреса, управление).Системная шина представляет собой набор проводников электрических сигналов и систему протоколов соединения устройств при помощи этих проводников. Тип и характеристики протоколов передачи информации по системной шине определяют скорость передачи информации между отдельными устройствами материнской платы. Системные шины персональных компьютеров стандартизируются как по числу контактов и разрядности (числу проводников, используемых для одновременной передачи данных), так и по протоколам общения устройств через проводники. Системная шина соединяет все устройства компьютера в единое целое и обеспечивает их взаимодействие, взаимоуправление и работу с центральным процессором. В персональных компьютерах используются системные шины стандартов ISA, EISA, VLB и PSI. В наше время теперь используют только шину PCI, конечно еще можно встретить ISA, но она слишком медленная в сравнении с PCI, поэтому её больше не выпускаю.
18 Видеосистема ЭВМ. Принципы работы. Области применения
Видеокарта (видеоадаптер) Совместно с монитором видеокарта образует видеоподсистему персонального компьютера. Видеокарта не всегда была компонентом ПК. На заре развития персональной вычислительной техники в общей области оперативной памяти существовала небольшая выделенная экранная область памяти, в которую процессор заносил данные об изображении. Специальный контроллер экрана считывал данные об яркости отдельных точек экрана из ячеек памяти этой области и в соответствии с ними управлял разверткой горизонтального луча электронной пушки монитора. С переходом от черно-белых мониторов к цветным и с увеличением разрешения экрана (количества точек по вертикали и горизонтали) области видеопамяти стало недостаточно для хранения графических данных, а процессор перестал справляться с построением и обновлением изображения. Тогда и произошло выделение всех операций, связанных с управлением экраном, в отдельный блок, получивший название видеоадаптер. Физически видеоадаптер выполнен в виде отдельной дочерней платы, которая вставляется в один из слотов материнской платы и называется видеокартой. Видеоадаптер взял на себя функции видеоконтроллера, видеопроцессора и видеопамяти. За время существования персональных компьютеров сменилось несколько стандартов видеоадаптеров: МDA (монохромный); СGA (4 цвета); ЕGA (16 цветов);VGА (256 цветов). В настоящее время применяются видеоадаптеры SVGА, обеспечивающие по выбору воспроизведение до 16,7 миллионов цветов с возможностью произвольного выбора разрешения экрана из стандартного ряда значений (640x480, 800x600,1024x768, 1152x864; 1280x1024 точек и далее). Разрешение экрана является одним из важнейших параметров видеоподсистемы. Чем оно выше, тем больше информации можно отобразить на экране, но тем меньше размер каждой отдельной точки и, тем самым, тем меньше видимый размер элементов изображения. Использование завышенного разрешения на мониторе малого размера приводит к тому, что элементы изображения становятся неразборчивыми и работа с документами и программами вызывает утомление органов зрения. Использование заниженного разрешения приводит к тому, что элементы изображения становятся крупными, но на экране их располагается очень мало. Если программа имеет сложную систему управления и большое число экранных элементов, они не полностью помещаются на экране. Это приводит к снижению производительности труда и неэффективной работе. Цветовое разрешение (глубина цвета) определяет количество различных оттенков, которые может принимать отдельная точка экрана. Максимально возможное цветовое разрешение зависит от свойств видеоадаптера и, в первую очередь, от количества установленной на нем видеопамяти. Кроме того, оно зависит и от установленного разрешения экрана. При высоком разрешении экрана на каждую точку изображения приходится отводить меньше места в видеопамяти, так что информация о цветах вынужденно оказывается более ограниченной. Минимальное требование по глубине цвета на сегодняшний день- 256 цветов хотя большинство программ требуют не менее 65 тыс. цветов (режим High Coloг) Наиболее комфортная работа достигается при глубине цвета 16,7 млн. цветов (резких Тruе Соlоr). Работа в полно цветном режиме Тruе Со1оr с высоким экранным разрешением требует значительных размеров видеопамяти. Современные видеоадаптеры способны также выполнять функции обработки изображения, снижая нагрузку на центральный процессор ценой дополнительных затрат видеопамяти. Еще недавно типовым считались видеоадаптеры с объемом памяти 2-4 Мбайт, но уже сегодня обычным считается объем 16 Мбайт. Видеоускорение - одно из свойств видеоадаптера, которое заключается в том, что часть операций по построению изображений может происходить без выполнена математических вычислений в основном процессоре компьютера, а чисто аппаратным путем - преобразованием данных в микросхемах видеоускорителя. Видеоускорители могут входить в состав видеоадаптера (в таких случаях говорят о том, что видео карта обладает функциями аппаратного ускорения), но могут поставляться в виде отдельной платы, устанавливаемой на материнской плате и подключаемого к видеоадаптеру. Различают два типа видео ускорителей - ускорители плоской (2D) и трехмерной (3D) графики. Первые наиболее эффективны для работы с прикладными программами (обычно офисного применения) и оптимизированы для операционной системы Windows, а вторые ориентированы на работу мультимедийных развлекательных программ, в первую очередь компьютерных игр и профессиональных программ обработки трехмерной графики. Обычно в этих случаях используют разные математические принципы автоматизации графических операций, но существуют ускорители, обладающие функциями и двумерного, и трехмерного ускорения.
Неотъемлемой частью (хотя впервые дисплей был реализован на некоторых ЭВМ второго поколения, например, на «МИР-2» - очень интересной во многих отношениях отечественной разработке). Рисунок 3.1 - Шинная архитектура ЭВМ Для получения на экране монитора стабильной картинки ее надо где-то хранить. Для этого и существует видеопамять. Сначала содержимое видеопамяти формируется компьютером, а...
Пользователя. С помощью клавиатуры управляют компьютерной системой, а с помощью монитора получают от нее оклик. Принцип действия. Клавиатура относится к стандартным средствам персонального компьютера. Ее основные функции не нуждаются в поддержке специальными системными программами (драйверами). Необходимое программное обеспечения для начала работы с компьютером уже имеется в микросхеме ПЗУ в...
Шина процессора - соединяет процессор с северным мостом или контроллером памяти MCH. Она работает на частотах 66–200 МГц и используется для передачи данных между процессором и основной системной шиной или между процессором и внешней кэш-памятью в системах на базе процессоров пятого поколения. Схема взаимодействия шин в типичном компьютере на базе процессора Pentium (Socket 7) показано на рисунке.
На этом рисунке четко видна трехуровневая архитектура, в которой на самом верхнем уровне иерархии находится , далее следует шина PCI и за ней шина ISA. Большинство компонентов системы подключается к одной из этих трех шин.
В системах, созданных на основе процессоров Socket 7, внешняя кэш-память второго уровня установлена на системной плате и соединена с шиной процессора, которая работает на частоте системной платы (обычно от 66 до 100 МГц). Таким образом, при появлении процессоров Socket 7 с более высокой тактовой частотой рабочая частота кэш-памяти осталась равной сравнительно низкой частоте системной платы. Например, в наиболее быстродействующих системах Intel Socket 7 частота процессора равна 233 МГц, а частота шины процессора при множителе 3,5х достигает только 66 МГц. Следовательно, кэш-память второго уровня также работает на частоте 66 МГц. Возьмем, например, систему Socket 7, использующую процессоры AMD K6-2 550, работающие на частоте 550 МГц: при множителе 5,5х ч астота шины процессора равна 100 МГц. Следовательно, в этих системах частота кэш-памяти второго уровня достигает только 100 МГц.
Проблема медленной кэш-памяти второго уровня была решена в процессорах класса P6, таких как Pentium Pro, Pentium II, Celeron, Pentium III, а также AMD Athlon и Duron. В этих процессорах использовались разъемы Socket 8, Slot 1, Slot 2, Slot A, Socket A или Socket 370. Кроме того, кэш-память второго уровня была перенесена с системной платы непосредственно в процессор и соединена с ним с помощью встроенной шины. Теперь эта шина стала называться шиной переднего плана (Front-Side Bus - FSB), однако я, согласно устоявшейся традиции, продолжаю называть ее шиной процессора.
Включение кэш-памяти второго уровня в процессор позволило значительно повысить ее скорость. В современных процессорах кэш-память расположена непосредственно в кристалле процессора, т.е. работает с частотой процессора. В более ранних версиях кэш-память второгоуровня находилась в отдельной микросхеме, интегрированной в корпус процессора, и работала с частотой, равной 1/2, 2/5 или 1/3 частоты процессора. Однако даже в этом случае скорость интегрированной кэш-памяти была значительно выше, чем скорость внешнего кэша, ограниченного частотой системной платы Socket 7.
В системах Slot 1 кэш-память второго уровня была встроена в процессор, но работала только на его половинной частоте. Повышение частоты шины процессора с 66 до 100 МГц привело к увеличению пропускной способности до 800 Мбайт/с. Следует отметить, что в большинство систем была включена поддержка AGP . Частота стандартного интерфейса AGP равна 66 МГц (т.е. вдвое больше скорости PCI), но большинство систем поддерживают порт AGP 2x, быстродействие которого вдвое выше стандартного AGP, что приводит к увеличению пропускной способности до 533 Мбайт/с. Кроме того, в этих системах обычно использовались модули памяти PC100 SDRAM DIMM, скорость передачи данных которых равна 800 Мбайт/с.
В системах Pentium III и Celeron разъем Slot 1 уступил место гнезду Socket 370. Это было связано главным образом с тем, что более современные процессоры включают в себя встроенную кэш-память второго уровня (работающую на полной частоте ядра), а значит, исчезла потребность в дорогом корпусе, содержащем несколько микросхем. Скорость шины процессора увеличилась до 133 МГц, что повлекло за собой повышение пропускной способности до 1066 Мбайт/с. В современных системах используется уже AGP 4x со скоростью передачи данных 1066 Мбайт/с.
Шина процессора на основе hub-архитектуры
Обратите внимание на hub-архитектуру Intel, используемую вместо традиционной архитектуры “северный/южный мост”. В этой конструкции основное соединение между компонентами набора микросхем перенесено в выделенный hub-интерфейс со скоростью передачи данных 266 Мбайт/с (вдвое больше, чем у шины PCI), что позволило устройствам PCI использовать полную, без учета южного моста, пропускную способность шины PCI. Кроме того, микросхема Flash ROM BIOS , называемая теперь Firmware Hub, соединяется с системой через шину LPC. Как уже отмечалось, в архитектуре “северный/южный мост” для этого использовалась микросхема Super I/O. В большинстве систем для соединения микросхемы Super I/O вместо шины ISA теперь используется шина LPC. При этом hub-архитектура позволяет отказаться от использования Super I/O. Порты, поддерживаемые микросхемой Super I/O, называются традиционными (legacy), поэтому конструкция без Super I/O получила название нетрадиционной (legacy-free) системы. В такой системе устройства, использующие стандартные порты, должны быть подсоединены к компьютеру с помощью шины USB . В этих системах обычно используются два контроллера и до четырех общих портов (дополнительные порты могут быть подключены к узлам USB).
В системах, созданных на базе процессоров AMD, применена конструкция Socket A, в которой используются более быстрые по сравнению с Socket 370 процессор и шины памяти, но все еще сохраняется конструкция “северный/южный мост”. Обратите внимание на быстродействующую шину процессора, частота которой достигает 333 МГц (пропускная способность - 2664 Мбайт/с), а также на используемые модули памяти DDR SDRAM DIMM, которые поддерживают такую же пропускную способность (т.е. 2664 Мбайт/с). Также следует заметить, что большинство южных мостов включает в себя функции, свойственные микросхемам Super I/O. Эти микросхемы получили название Super South Bridge (суперъюжный мост).
Система Pentium 4 (Socket 423 или Socket 478), созданная на основе hub-архитектуры, показана на рисунке ниже. Особенностью этой конструкции является с тактовой частотой 400/533/800 МГц и пропускной способностью соответственно 3200/4266/6400 Мбайт/с. Сегодня это самая быстродействующая шина. Также обратите внимание на двухканальные модули PC3200 (DDR400), пропускная способность которых (3200 Мбайт/с) соответствует пропускной способности шины процессора, что позволяет максимально повысить производительность системы. В более производительных системах, включающих в себя шину с пропускной способностью 6400 Мбайт/с, используются двухканальные модули DDR400 с тактовой частотой 400 МГц, благодаря чему общая пропускная способность шины памяти достигает 6400 Мбайт/с. Процессоры с частотой шины 533 МГц могут использовать парные модули памяти (PC2100/DDR266 или PC2700/DDR333) в двухканальном режиме для достижения пропускной способности шины памяти 4266 Мбайт/с. Соответствие пропускной способности шины памяти рабочим параметрам шины процессора является условием оптимальной работы.
Служит для обмена командами и данными между компонентами ЭВМ, расположенными на мат. плате. ПУ подключается к шине через контроллеры (открытая архитектура). передача информации по сист. шине осущ-ся по тактам.
Сист. шина включает в себя:
Кодовую шину данных для //-ой передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда из ОЗУ в МПП и обратно (64 разряда)
Кодовую шину адреса ячейки ОЗУ (32 разряда)
Кодовую шину инструкций (команд и управляющих сигналов, импульсов) во все блоки ЭВМ (32 разряда)
Шину питания для подключения блоков ЭВМ к системе энергопитания
Сист. шина обеспечивает 3 направления передачи информации: -между МП и ОЗУ; -между МП и контроллером устройств; -между ОЗУ и Внеш Устр-вами (ВЗУ и ПУ, в режиме прямого доступа к памяти)
Все устройства подключаются к сист. шине через контроллеры -- устр-ва, обеспечивающие взаимодействие ВУ и сист. шины.
Для освобождения МП от управления обменом информацией между ОЗУ и ВУ предусмотрен режим Прямого доступа в память (DMA - direct memory access).
Характеристики сист. шины: кол-во обслуживаемых ею устройств и пропускная способность, т.е. макс. возможная скорость передачи информации.
Пропускная способность шины зависит от:
Разрядности шины (или ширины) - кол-во бит, кот. м.б. передано по шине одновременно (сущ-ют 8,16,32, и 64-рязрядные шины);
Тактовой частоты шины - частоты, с кот. передаются биты информации по шине.
Основные характеристики шин:
PCI (Peripheral Component Interconnect) – самая распространенная системная шина. Быстродействие шины не зависит от количества подсоединенных устройств. Поддерживает следующие режимы:
- Plug and Play (PnP ) – автоматическое определение и настройка подключенного к шине устройства;
- Bus Mastering – режим единоличного управления шиной любым устройством, подключенным к шине, что позволяет быстро передать данные по шине и освободить ее.
AGP (Accelerated Graphics Port) – магистраль между видеокартой и ОЗУ. Разработана, так как параметры шины PCI не отвечают требованиям видеоадаптеров по быстродействию. Шина работает на большей частоте, что позволяет ускорить работу графической подсистемы ЭВМ.
Основные характеристики шинЛекция 5
18. Память эвм и ее характеристики и назначение. Пзу, озу, взу. Организация и физическое представление данных в эвм.
Постоянное и оперативное ЗУ.
ЗУ в ЭВМ состоят из последовательности ячеек, каждая из которых содержит значение 1-ого байта и имеет собственный номер (адрес), по которому происходит обращение к ее содержимому. Все данные в ЭВМ хранятся в двоичном виде (0,1).
ЗУ характеризуется 2-мя параметрами:
Объем памяти - размер в байтах, доступных для хранения информации
Время Доступа к ячейкам памяти - средний временной интервал в течении кот. находится требуемая ячейка памяти и из нее извлекаются данные.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ; RAM – Random Access Memory) предназначено для оперативной записи, хранения и чтения информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ЭВМ в текущий период времени. После выключения питания ЭВМ, информация в ОЗУ уничтожается. (В ЭВМ на базе процессоров Intel Pentium используется 32-разрядная адресация. Т.е число адресов 2 32 , то есть возможное адресное пространство составляет 4,3 Гбайт. время доступа 0,005-0,02 мкс. 1 с = 10 6 мкс.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ; ROM – Read Only Memory) хранит неизменяемую (постоянную) информацию: программы, выполняемые во время загрузки системы, и постоянные параметры ЭВМ. В момент включения ЭВМ в его ОЗУ отсутствуют данные, так как ОЗУ не сохраняет данные после выключения ЭВМ. Но МП необходимы команды, в том числе и сразу после включения. Поэтому МП обращается по специальному стартовому адресу, который ему всегда известен, за своей первой командой. Этот адрес из ПЗУ. Основное назначение программ из ПЗУ состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жесткими и гибкими дисками. Обычно изменить информацию ПЗУ нельзя. Объем ПЗУ 128-256 Кбайт, время доступа 0,035-0,1 мкс. Так как объем ПЗУ небольшой, но время доступа больше, чем у ОЗУ, при запуске все содержимое ПЗУ считывается в специально выделенную область ОЗУ.
Энергонезависимая память CMOS RAM (Complementary Metal-Oxide Semiconductor RAM), в которой хранятся данные об аппаратной конфигурации ЭВМ: о подключенных к ЭВМ устройствах и их параметры, параметры загрузки, пароль на вход в систему, текущее время и дата. Питание памяти CMOS RAM осуществляется от батарейки. Если заряд батарейки заканчивается, то настройки, хранящиеся в памяти CMOS RAM, сбрасываются, и ЭВМ использует настройки по умолчанию.
ПЗУ и память CMOS RAM составляют базовую систему ввода-вывода (BIOS – Basic Input-Output System).
Внешние ЗУ. ВЗУ для долговременного хранения и транспортировки информации. ВЗУ взаимодействуют с сист. шиной через контроллеры ВЗУ (КВЗУ). КВЗУ обеспечивают интерфейс ВЗУ и сист. шины в режиме прямого доступа к памяти, т.е. без участия МП. ИНТЕРФЕЙС -- это совокупность связей с унифицированными сигналами и аппаратуры, предназначенной для обмена данными между устройствами вычислительной системы.
ВЗУ можно разделить по критерию транспортировки на ПЕРЕНОСНЫЕ и СТАЦИОНАРНЫЕ. Переносные ВЗУ состоят из носителя, подключ-ого к порту вв/вывода (обычно ЮСБ), (флеш-память) или носителя и привода (накопители на ГМД, приводы СиДи и ДВД). В стационарных ВЗУ носитель и привод объединены в единое устройство (НЖМД). Стационарные ВЗУ предназначены для хранения информации внутри ЭВМ.
Перед первым использованием или в случае сбоев ВЗУ необходимо ОТФОРМАТИРОВАТь - записать на носитель служебную информацию.
Основные Технические Характеристики ВЗУ
Информационная емкость определяет наибольшее кол-во ед. данных, кот может одновременно хранить в ВЗУ (зависит от площади объема носителя и плотности записи.)
Плотность записи - число бит информации, записанных на единице поверхности носителя. Различают продольную плотность (бит/мм), и поперечную плотность.//
Время доступа - интервал времени от момента запроса (чтения или записи) до момента выдачи блока (включая время поиска инфции на носителе и время чтения или записи.)
Скорость передачи данных определяет кол-во данных, считываемых или записываемых в единицу времени и зависит от скорости движения носителя, плотности записи, числа каналов и тп.
Тема: Устройства ПК.
Учебныевопросы :
1. Устройства, составляющие архитектуру ПК.
2. Внутренние устройства ПК.
3. Внешние устройства ПК.
Современные ЭВМ весьма разнообразны как по своему устройству, так и по исполняемым функциям.
Если рассматривать ЭВМ по их функциональности, можно условно классифицировать их:
1. «Бытовые» ЭВМ (ПК);
2. «Учебные» ЭВМ (упрощенной архитектуры);
3. «Профессиональные» ЭВМ (рабочие станции на производстве, в офисе и др.);
4. ЭВМ-серверы (управление рабочими станциями, объединенными в сети, хранение больших массивов информации и т.д.) и др.
В зависимости от выполняемых функций и, благодаря открытой архитектуре устройство ЭВМ весьма разнообразно. В результате научно-технического развития архитектура ЭВМ постоянно усовершенствуется (эволюционирует).
Открытая архитектура современных ПК:
| Интерфейсная система |
Архитектура ЭВМ – это наиболее общие принципы построения, реализующие программное управление взаимодействием её основных узлов. Архитектура ЭВМ – это, прежде всего блоки и устройства, а также структура связей между ними.
Блоки и устройства, составляющие архитектуру ПК, кроме того разделяют на две группы:
· внутренние устройства;
· внешние (периферийные) устройства.
Внутренние устройства, вероятно, получили такое обобщающее название, так как объединены в одном корпусе , называемом системным блокомПК .
Внешний вид и размеры корпусов системных блоков разнообразны. Однако обязательным для всех корпусов элементом являются разъёмы для подключения внешних устройств и интерфейс управления .
При огромном разнообразии вариантов, составляемых из устройств, систем, помещенных в корпус системного блока, обязательно наличие минимальной их комплектации .
К «обязательным» относятся:
· Блок питания . В среднем мощность их составляет 100 – 400 Вт. Чем больше устройств в системе, тем большую мощность должен иметь блок питания. (Средняя мощность 200 – 300 Вт).
· Системная (материнская) плата . Это многофункциональное устройство является центральным для ЭВМ с открытой архитектурой. По физическому строению она представляет собой очень сложно организованную многослойную печатную плату.
С точки зрения функциональности системная плата выполняет комплекс функций по интеграции устройств и обеспечению их взаимодействия.
По мере того, как элементы конфигурации архитектуры ЭВМ стандартизируется, реализуется тенденция включения их в состав материнской платы.
Первая материнская плата была разработана фирмой IBM в августе 1981 года (PC-1). С самого начала материнская плата задумывалась как компонент, обеспечивающий механическое соединение и электрическую связь между всеми прочими аппаратными средствами. Кроме этих функций, она также осуществляет подачу электроэнергии (питание) на компоненты компьютера.
Архитектура современной системной платы (обобщенная) .
Современная МП содержит большое количество контроллеров (специализированных микропроцессоров) обеспечивающих взаимодействие всех устройств. Они реализованы в двух наборах микросхем, исторически получивших название «северный мост» и «южный мост» или чипсетов .
· Контроллер-концентратор памяти, или «северный мост» (англ. North Bridge) обеспечивает работу процессора, оперативной памяти и видеоподсистемы;
· Контроллер-концентратор ввода-вывода, или «Южный мост» (англ. South Bridge) обеспечивает работу с внешними устройствами.
Пропускная способность шины.
Быстродействие процессора, оперативной памяти и периферийных устройств существенно различаются.
Быстродействие устройства зависит от:
· тактовой частоты обработки данных (обычно измеряется в мегагерцах – МГц);
· и разрядности, т.е. количества битов данных, обрабатываемых за один такт (промежуток времени между подачей электрических импульсов, синхронизирующих работу устройств ПК).
Соответственно скорость передачи данных – пропускная способность соединяющих эти устройства шин также должна различаться. Пропускная способность шины равна разрядности шины (биты) умноженной на частоту шины (Гц – герцы. 1Гц = 1 такт в секунду ).
Системная шина (FSB от англ. Front Side Bus) осуществляет передачу данных между «Северным мостом» и микропроцессором. В современных ПК системная шина имеет разрядность 64 бита и частоту 400 МГц – 1600 МГц.
Пропускная способность может достигать 12,5 Гбайт/с.
Шина памяти осуществляет передачу данных между «Северным мостом» и оперативной памятью ПК. Имеет те же показатели, что и системная шина.
Шина PCI Express (Peripherial Component Interconnect Bus Express – ускоренная шина взаимодействия периферийных устройств) осуществляет передачу данных между «Северным мостом» и видеоплатой (видеокартой). Пропускная способность этой шины может достигать 32 Гбайт/с.
Шина SATA (англ. Serial Advanced Technology Attachment – последовательная шина подключения накопителей) осуществляет передачу данных между «Южным мостом» и устройством внешней памяти (жесткие диски, CD и DVD дисководы, дискеты). Пропускная способность может достигать 300 Мбайт/с.
Шина USB (англ. Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина) осуществляет передачу данных между «Южным мостом» и разнообразными внешними устройствами (сканерами, цифровыми камерами и др.). Пропускная способность до 60 Мбайт/с. Обеспечивает подключение к ПК одновременно до 127 периферийных устройств.
Другие важные функции системной платы – обеспечение механического соединения и электрической связи между всеми прочими аппаратными средствами, а также подачи на них питания.
Существует большое разнообразие конструктивных решений системных плат.
Одной из характеристик системной платы является форм-фактор (AT/ATX). Она определяет размеры системной платы и расположений на ней компонентов аппаратных средств.
Упрощенная схема размещения компонентов СП.
Центральным блоком ПК считается расположенный в специальном разъёме системной платы электронный блок получивший название процессор или микропроцессор .
Первоначально микропроцессор объединил на одном кристалле кремния СБИС арифметико-логического устройства (АЛУ ) и устройства управления (УУ ).
Выполняемые микропроцессором команды предусматривают обычно арифметические действия, логические операции, передачу управления и перемещение данных между регистрами, оперативной памятью и портами ввода-вывода. С внешними устройствами микропроцессор сообщается благодаря своим шинам адреса, данных и управления, выведенным на специальные контакты корпуса микросхемы.
Устройство управления вырабатывает управляющие сигналы, поступающие по шинам инструкций во все блоки ЭВМ.
Упрощенная схема УУ
Регистр команд – запоминающий регистр, в котором хранится код команды: код выполняемой операции и адреса операндов, участвующих в операции.
Постоянное запоминающее устройство микропрограмм – хранит в своих ячейках управляющие сигналы (импульсы), необходимые для выполнения в блоках ПК операций обработки информации. Дешифратор операций, считывая код операции из регистратора команд, выбирает в ПЗУ микропрограмм необходимую последовательность управляющих сигналов – код команды.
Узел формирования адреса – устройство, вычисляющее полный адрес ячейки памяти (регистра) по реквизитам, поступающим из регистра команд.
Кодовые шины данных, адреса и инструкций – части внутренней шины микропроцессора, осуществляющие передачу сигналов между процессором и другими устройствами ПК.
В общем случае УУ формирует управляющие сигналы для выполнения следующих основных процедур:
· выборки из регистра - счетчика адреса ячейки ОЗУ, где хранится очередная команда программы;
· выборки из ячеек ОЗУ, когда очередной команды и приёма считанной команды в регистр команд;
· расшифровки кода операции и признаков выбранной команды;
· считывания из соответствующих расшифрованному коду операций ячеек ПЗУ микропрограмм управляющих сигналов (импульсов), определяющих во всех блоках ЭВМ процедуры выполнения заданной операции, и пересылки управляющих сигналов в эти блоки;
· считывания из регистра команд и регистром МПП (микропроцессорной памяти) отдельных составляющих адресов операндов;
· выборки операндов и выполнения заданной операции их обработки;
· записи результатов в памяти;
· формирование адреса следующей команды программы.
Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации.
Основным компонентом каждого ПК является материнская (системная) плата. На ней размещены все его основные элементы – процессор, оперативная память, видеокарта, контроллеры, а также слоты и разъёмы для подключения внешних периферийных устройств. Все компоненты материнской платы связаны между собой системой проводников (линий), по которым происходит обмен информацией. Эту совокупность линий называют информационной шиной. Шина, связывающая только два устройства, называется портом . В качестве примера, рассмотрим структуру, например, такой шины ПК:
Взаимодействие между компонентами и устройствами ПК, подключенными к разным шинам, осуществляется с помощью, так называемых мостов, реализованных на одной из микросхем Chipset.
Шины в ПК различаются по своему функциональному назначению:
- системная шина используется микросхемами Chipset для пересылки информации к процессору и обратно;
- шина кэш-памяти предназначена для обмена информацией между процессором и внешней кэш-памятью;
- шина памяти используется для обмена информацией между оперативной памятью и процессором;
- шины ввода-вывода используются для обмена информацией с периферийными устройствами.
Шины ввода-вывода подразделяются на локальные и стандартные. Локальная шина ввода-вывода – это скоростная шина, предназначенная для обмена информацией между быстродействующими периферийными устройствами (видеоадаптерами, сетевыми картами и др.) и процессором. В настоящее время в качестве локальной шины используется шина PCI Express (в прошлом использовалась шина AGP – Accelerated Graphics Port).
Стандартная шина ввода-вывода используется для подключения более медленных устройств (например, мыши, клавиатуры, модемов). До недавнего времени в качестве этой шины использовалась шина стандарта ISA. В настоящее время широко используется шина USB.
Компоненты шины
Архитектура любой шины имеет следующие компоненты:
- линии для обмена данными (шина данных). Шина данных обеспечивает обмен данными между процессором, картами расширения, установленными в слоты и памятью. Чем выше разрядность шины, тем больше данных может быть передано за один такт и тем выше производительность ПК. Компьютеры с процессором семейства Pentium имеют 64-разрядную шину данных.
- линии для адресации данных (шина адреса). Шина адреса служит для указания адреса какого-либо устройства, с которым процессор производит обмен данными. Каждый компонент ПК, каждый порт ввода-вывода и ячейка RAM имеют свой адрес.
- линии управления данными (шина управления). По шине управления передается ряд служебных сигналов: записи/считывания, готовности к приему/передаче данных, подтверждение приема данных, аппаратного прерывания, управления и других. Все сигналы шины управления предназначены для обеспечения передачи данных.
- контроллер шины , осуществляет управление процессом обмена данными и служебными сигналами и обычно выполняется в виде отдельной микросхемы, либо в виде совместимого набора микросхем – Chipset.
Основные характеристики шины
Разрядность шины определяется числом параллельных проводников, входящих в неё. Первая шина ISA для IBM PC была 8-разрядной, т.е. по ней можно было одновременно передавать 8 бит. Системные шины для современных ПК, например, Pentium IV – 64 – разрядные.
Пропускная способность шины определяется количеством байт информации, передаваемых по шине за секунду. Для определения пропускной способности шины необходимо умножить тактовую частоту шины на ее разрядность. Например, если разрядность шины 64, а тактовая частота 66 МГц, то пропускная способность = 8 (байт) * 66 МГц = 528 Мбайт/сек.
Частота шины - это тактовая частота, с которой происходит обмен данными по шине.
Внешние устройства подключаются к шинам посредством интерфейса.
Стандарты шин ПК
Принцип IBM-совместимости подразумевает стандартизацию интерфейсов отдельных компонентов ПК, что, в свою очередь, определяет гибкость системы в целом, т.е. возможность по мере необходимости изменять конфигурацию системы и подключать различные периферийные устройства. В случае несовместимости интерфейсов используются контроллеры.
Системная шина (FSB – Front Side Bus) это шина предназначена для обмена информацией между процессором, памятью и другими устройствами, входящими в систему. К системным шинам относятся GTL , имеющая разрядность 64 бит, тактовую частоту 66, 100 и 133 МГц; EV6 , спецификация которой позволяет повысить ее тактовую частоту до 377 МГц.
Шины ввода/вывода совершенствуются в соответствии с развитием периферийных устройств ПК.
- Шина ISA в течение многих лет считалась стандартом ПК, однако и до сих пор сохраняется в некоторых ПК наряду с современной шиной PCI. Корпорация Intel совместно с Microsoft разработала стратегию постепенного отказа от шины ISA. Вначале планируется исключить ISA-разъемы на материнской плате, а впоследствии исключить слоты ISA и подключать дисководы, мыши, клавиатуры, сканеры к шине USB, а винчестеры, приводы CD-ROM, DVD-ROM – к шине IEEE 1394.
- Шина EISA стала дальнейшим развитием шины ISA в направлении повышения производительности системы и совместимости ее компонентов. Шина не получила широкого распространения в связи с ее высокой стоимостью и пропускной способностью, уступающей пропускной способности появившейся на рынке шины VESA.
- Шина VESA или VLB , предназначена для связи процессора с быстрыми периферийными устройствами и представляет собой расширение шины ISA для обмена видеоданными. Во времена преобладания на компьютерном рынке процессора CPU 80486, шина VLB была достаточно популярна, однако в настоящее время ее вытеснила более производительная шина PCI.
- Шина РСI (Peripheral Component Interconnect bus – взаимосвязь периферийных компонентов) была разработана фирмой Intel для процессора Pentium. Основополагающим принципом, положенным в основу шины PCI, является применение так называемых мостов (Bridges), которые осуществляют связь между шиной PCI и другими типами шин. В шине PCI реализован принцип Bus Mastering, который подразумевает способность внешнего устройства при пересылке данных управлять шиной (без участия процессора). Во время передачи информации устройство, поддерживающее Bus Mastering, захватывает шину и становится главным. В этом случае центральный процессор освобождается для решения других задач, пока происходит передача данных. В современных материнских платах тактовая частота шины PCI задается как половина тактовой частоты системной шины, т.е. при тактовой частоте системной шины 66 МГц шина PCI будет работать на частоте 33 МГц. В настоящее время шина PCI стала фактическим стандартом среди шин ввода/вывода.
- Шина AGP - высокоскоростная локальная шина ввода/вывода, предназначенная исключительно для нужд видеосистемы. Она связывает видеоадаптер с системной памятью ПК. Шина AGP была разработана на основе архитектуры шины PCI, поэтому она также является 32-разрядной. Однако при этом у нее есть дополнительные возможности увеличения пропускной способности, в частности, за счет использования более высоких тактовых частот. Если в стандартном варианте 32-разрядная шина PCI имеет тактовую частоту 33 МГц, что обеспечивает теоретическую пропускную способность PCI 33 х 32= 1056 Мбит/с = 132 Мбайт/с, то шина AGP тактируется сигналом с частотой 66 МГц, поэтому ее пропускная способность в режиме 1х составляет, 66 х 32 = 264 Мбайт/сек; в режиме 2х эквивалентная тактовая частота составляет 132 МГц, а пропускная способность - 528 Мбайт/сек.; в режиме 4х пропускная способность около 1 Гбайт/сек.
- PCI Express – В 2004 году компанией Intel была разработана последовательная шина PCI-Express с пропускной способностью около 4 Гб/сек. Каждому устройству, подключенному к этой шине отводится собственный канал со скоростным показателем 250Мб/сек. При этом можно использовать сразу несколько каналов, например, при передаче данных к видеокарте. Также к плюсам данной шины можно отнести "горячую замену" любого подключенного к ней устройства, даже не выключая питания системного блока. Высокая пиковая производительность шины PCI Express позволяет использовать её вместо шин AGP и PCI, ожидается, что PCI Express заменит эти шины в персональных компьютерах.
- Шина USB (Universal Serial Bus) была разработана для подключения среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств. Например, скорость обмена информацией по шине USB 2.0 составляет 45 Мбайт/с – 60 Мбайт/сек. К компьютерам, оборудованным шиной USB, можно подключать такие периферийные устройства, как клавиатура, мышь, джойстик, принтер, не выключая питания. Шина USB поддерживает технологию Plug & Play. При подсоединении периферийного устройства его конфигурирование осуществляется автоматически.
- Шина SCSI (Small Computer System Interface) обеспечивает скорость передачи данных до 320 Мбайт/с и предусматривает подключение к одному адаптеру до восьми устройств: винчестеры, приводы CD-ROM, сканеры, фото- и видеокамеры. Существует широкий диапазон версий SCSI, начиная от первой версии SCSI I, обеспечивающей максимальную пропускную способность 5 Мбайт/с, и до версии Ultra 320 с максимальной пропускной способностью 320 Мбайт/сек.
- Шина UDMA (Ultra Direct Memory Access – прямое подключение к памяти). UDMA обеспечивает передачу данных с жесткого диска, со скоростью до 33,3 Мб/сек в режиме 2 и 66,7 Мб/сек в режиме 4.
- Шина IEEE 1394 - это стандарт высокоскоростной локальной последовательной шины, разработанный фирмами Apple и Texas Instruments. Шина IEEE 1394 предназначена для обмена цифровой информацией между ПК и другими электронными устройствами, особенно для подключения жестких дисков и устройств обработки аудио- и видеоинформации, а также работы мультимедийных приложений. Она способна передавать данные со скоростью до 1600 Мбит/сек, работать одновременно с несколькими устройствами, передающими данные с разными скоростями, как и SCSI. Как и USB, шина IEEE 1394 полностью поддерживает технологию Plug & Play, включая возможность установки компонентов без отключения питания ПК. Подключать к компьютеру через интерфейс IEEE 1394 можно практически любые устройства, способные работать с SCSI. К ним относятся все виды накопителей на дисках, включая жесткие, оптические, CD-ROM, DVD, цифровые видеокамеры, устройства записи на магнитную ленту и многие другие периферийные устройства. Благодаря таким широким возможностям, эта шина стала наиболее перспективной для объединения компьютера с бытовой электроникой.
Последовательный и параллельный порты
Такие устройства ввода и вывода, как клавиатура, мышь, монитор и принтер, входят в стандартную комплектацию ПК. Все периферийные устройства ввода должны коммутироваться с ПК таким образом, чтобы данные, вводимые пользователем, могли не только корректно поступать в компьютер, но и в дальнейшем эффективно обрабатываться. Для обмена данными и связи между периферией (устройствами ввода/вывода) и модулем обработки данных (материнской платой) может быть организована параллельная или последовательная передача данных.
Параллельный порт. В ПК, как правило, 2 параллельных порта: LPT1 и LPT2 . К ним можно подключать принтеры и сканеры. В настоящее время LPT порты используются редко, современные принтеры и сканеры в основном подключаются к универсальным USB портам.
Последовательные порты. В ПК, как правило, 4 последовательных порта: COM1 – COM4 . Это устаревшие порты, они редко используются в современных ПК. К ним можно подключать: мышь старой конструкции (с механическим шариком) и некоторые другие медленные устройства.
PS/2 – порт для подключения клавиатуры и мыши, получивший в своё время широкое распространение и до сих пор имеющийся во многих современных компьютерах.
Универсальный USBпорт . К USB-портам подключаются разнообразные устройства, от принтеров и сканеров до флэш-накопителей и внешних дисков, а также видеокамеры и веб-камеры, фотоаппараты, телефоны, музыкальные плейеры и пр.
Слоты ПК
Для того, чтобы системная плата могла взаимодействовать с другими, отдельно вставляющимся платами, используются специальные гнезда, которые называются слотами.
Слоты стандарта PCI . PCI – это стандарт не только слота, но и самой шины (канал, по которому передается информация между устройствами компьютера). Уже долгое время слоты PCI служат для подключения внешних устройств (звуковая плата, сетевая карта и др. контроллеры). Слотов PCI на современных платах три, четыре. Найти их очень легко – они самые короткие и обычно белого цвета, разделенные перемычкой на две неравные части. Сегодня слоты PCI сочетаются с новыми слотами PCI-Express (используются для подключения видеокарт).
Слоты стандарта PCI Express. PCI-Express имеет два типа слотов для подключения дополнительных плат:
Короткие PCI-Express x1 (скорость передачи данных – 250 Мб/с)
Длинные PCI-Express x16 (до 4 Гб/с) – для подсоединения видеокарты.
Слоты для установки оперативной памяти – их легко различить среди всех разъемов, они снабжены специальными замочками-защелками. На плате их может быть от двух до четырех, что позволяет установить от 512 Мб до 4 Гб оперативной памяти. Слоты жестко привязаны к типу оперативной памяти, т.е. в слот, предназначенный для памяти DDR2 нельзя вставить память типа DDR3. Иногда на одной системной плате бывает установлено несколько слотов для разных типов памяти.
Загрузка...