Лекция 4. Архитектура персонального компьютера. Назначение и характеристики основных устройств ПК..
Под архитектурой ПК понимают совокупность ее устройств и связей между ними.
Особенности архитектуры компьютеров IBM PC.
1) Архитектура ПК фирмы IBM строится по модульному принципу.
2) Она является открытой, т.е. позволяет наращивать мощность и возможности ПК, подсоединяя дополнительные устройства.
3) Передача информации в ПК между устройствами идет через линию связи - общую шину.
Базовая аппаратная конфигурация персонального компьютера
Персональный компьютер - универсальная система, его конфигурация (состав оборудования) может гибко меняться по мере необходимости. Тем не менее, существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой. В настоящее время в базовой конфигурации рассматриваются 4 устройства:
Ø Системный блок
Ø Монитор
Ø Клавиатура
Ø Мышь
Системный блок компьютера это основной и наиболее важный узел ПК. В его состав входит:
Системная (материнская) плата
BIOS
Оперативная память
Процессор
Жесткий диск (винчестер)
Дисководы для гибких дисков (дискет)
Системная магистраль данных (шина)
Блок питания.
Видеокарта и т.д.
Системная (материнская) плата - основная плата ПК. На ней размещается:
Ø Процессор - микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций;
Ø Микропроцессорный комплект (чипсет) - набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы;
Ø Системная магистраль данных (шина)- по которой происходит обмен сигналами между внутренними устройствами ПК
|
|
Ø Оперативная память (оперативное запоминающее устройство ОЗУ)- предназначено для временного хранения данных, когда компьютер включен;
Ø Разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты). Слотом называется разъем, куда вставляется плата расширения внешнего устройства. К наиболее распространенным платам расширения относятся видеокарты, сетевые адаптеры, звуковые карты и внутренние модемы.
Ø Порты - специальные разъемы, расположенные не тыльной стороне системного блока, через них осуществляется связь компьютера с различными внешними устройствами.
Оперативная память- это массив ячеек, способных хранить данные. Оперативная память (ОП) - устройство хранения информации. ОП сохраняет информацию до тех пор, пока включено питание компьютера, т.е. является временной.
Основными характеристиками оперативной памяти являются объем памяти и время доступа.
Процессоры и сопроцессоры, общие и локальные шины.
Шинные интерфейсы материнской платы - осуществляютcвязь между всеми внутренними устройствами материнской платы и устройствами внешними. От архитектуры этих элементов во многом зависит производительность компьютера.
ISA- историческимдостижениемкомпьютеров платформы IBM PC стало внедрение почти 20 лет назад архитектуры, получившей статус промышленного стандарта ISA (Industry Standard Architecture). Она позволила связать все устройства системного блока между собой, а также обеспечила подключение новых устройств через слоты. Это 16-разрядная шина с 24-адресными линиями. Пропускная способность шины довольно низкая (до 5,5 Мбайт в сек), но несмотря на это шина ISA продолжает использоваться в компьютерах для подключения сравнительно “медленных” внешних устройств, например, звуковых карт и модемов, клавиатуры, мыши.
|
|
PCI - интерфейс PCI (Peripheral Component Interconnect - стандартное подключение внешних компонентов) был введен в персональных компьютерах, выполненных на базе процессоров Intel Pentium. По своей сути это тоже интерфейс локальной шины, связывающий процессор с оперативной памятью, в которую врезаны разъемы для подключения внешних устройств. Для связи с основной шиной компьютера ISA используются специальные интерфейсные преобразователи - мосты PCI выполняют микросхемы (PCI Bridge). В современных ПК функции моста PCI выполняют микросхемы микропроцессорного комплекта (чипсета).
Данный интерфейс поддерживает частоту шины до 66 МГц и обеспечивает пропускную способность 264 Мбайт в сек.
Важным нововведением, реализованным этим стандартом, стала поддержка так называемого режима plug-and-play, т.е. самоустанавливающиеся устройства. C появлением интерфейса PCI и стандарта plug-and-play появилась возможность выполнять установку новых устройств с помощью программных средств - эти функции во многом были возложены на операционную систему. К шине PCI подключают высокоскорстные устройства - видео адаптер, жесткий диск.
AGP -шина для видеоадаптеров (Advanced Graphic Port- усовершенствованный графический порт) Видеоадаптер- устройство, требующее особенно высокой скорости передачи данных, она имеет более высокую пропускную способность - до 1066 Мбайт\ сек в режиме 4-х кратного умножения.
|
|
EIDE - шина управляющая встроенными дисководами.
USB- (Universal Serial Bus- универсальная последовательная магистраль). Это одно из последних нововведений в архитектурах материнских плат. Этот стандарт определяет способ взаимодействия компьютера с периферийным оборудованием. Он позволяет подключать до 256 различных устройств, имеющих последовательный интерфейс. Удобство шины состоит в том, что она практически исключает конфликты между различным оборудованием, позволяет подключать и отключать устройства в «горячем» режиме (не выключая компьютер) и позволяет объединять несколько компьютеров в простейшую локальную сеть без применения специального оборудования и программного обеспечения.
Микропроцессорный комплект (чипсет) - его параметры в наибольшей степени определяют свойства и функции материнской платы. В настоящее время большинство чипсетов материнских плат выпускаются на базе двух микросхем, получивших название «северный мост» и «южный мост». «Северный мост» управляет взаимосвязью четырех устройств: процессора, оперативной памяти, порта AGP шины PCI. Поэтому его также называют четырехпортовым контроллером.
«Южный мост» называют также функциональным контроллером. Он выполняет функции контролера жестких и гибких дисков, функции моста ISA-PCI, контроллера клавиатуры, мыши, порта USB.
Система BIOS
В момент включения компьютера в оперативной памяти нет ничего- ни данных, ни программ, поскольку оперативная память не может ничего хранить без подзарядки ячеек более сотых долей секунды, но процессору нужны команды в том числе и первый момент включения, для того чтобы начать выполнение программы загрузки. Эта программа хранится в постоянном запоминающем устройстве, которая называется базовой системой ввода - вывода (BIOS- B asic Input Output System). Основное назначение программ этого пакета состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководом гибких дисков. Программы, входящие в BIOS, тестируют компьютер в момент его загрузки, позволяют нам наблюдать на экране диагностические сообщения, которые сопровождают запуск компьютера, а также вмешиваться в ход запуска компьютера с помощью клавиатуры, а программа setup, позволяет изменять параметры необходимые для работы системы.
Процессор
Микропроцессор представляет собой сверхбольшую интегральную схему, реализованную на одном полупроводниковом кристалле. Это программно управляемое устройство обработки информации. Иначе его называют центральным процессором. Основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления.
Структура типового микропроцессора
Архитектура типичной небольшой вычислительной системы на основе микроЭВМ показана на рис. Такая микроЭВМ содержит все 5 основных блоков цифровой машины:
1. устройство ввода информации,
2. управляющее устройство (УУ),
3. арифметико-логическое устройство (АЛУ),
4. запоминающие устройства (ЗУ)
5. устройство вывода
С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами.
Совместимость процессоров. Если два процессора имеют одинаковую систему команд, то они полностью совместимы на программном уровне. Это означает, что программа, написанная для одного процессора, может исполняться и другим процессором. Процессоры, имеющие разные системы команд, как правило, несовместимы или ограниченно совместимы на программном уровне.
Группы процессоров, имеющих ограниченную совместимость, рассматривают как семейства процессоров.
Принцип совместимости ~сверху внизу – это пример неполной совместимости, когда каждый новый процессор ~понимает~ все команды своих предшественников, но не наоборот. Это естественно, поскольку двадцать лет назад разработчики процессоров не могли предусмотреть систему команд, нужную для современных программ.
Основные параметры процессоров. Основными параметрами процессоров являются: рабочее напряжение, разрядность, рабочая тактовая частота, коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты и размер кэш-памяти.
Накопители на жёстких дисках.
Накопители на жёстком диске (винчестеры) предназначены для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, редакторов документов, трансляторов с языков программирования и т.д.