Примечание.
/!\– этот символ в оглавлении означает, что тема ПОЛНОСТЬЮ разобрана в лекциях.
Оглавление
Оглавление. 3
Лекции. 6
Лекция №1. 6
06.02.09. 6
История создания компьютерной техники. 6
Лекция №2. 7
13.02.09. 7
Поколения ЭВМ. 8
Лекция №3. 8
20.02.09. 8
Классификация ЭВМ по принципу действия. 9
Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям. 10
26.02.09. 11
Создание ПК.. 11
13.03.09. 12
Персональные компьютеры.. 13
Классификация ПК по поколениям процессоров. 14
20.03.09. 14
Классификация ПК по типу используемого процессора. 16
Классическая архитектура фон Неймана. 16
Функционирование ЭВМ с шинной организацией. 17
03.04.09. 17
Память компьютера. 20
Практическое занятие. 20
09.04.09. 20
Особенности подключения, сборки и установки компонентов в системном блоке ПК. 20
Форм-факторы материнской платы. 22
Установка модулей памяти. 23
Батарейка материнской платы.. 23
Разъёмы панели управления на материнской плате. 23
Двухканальная память. 23
Universal Serial Bus 24
Продолжение Лекции №6. 24
10.04.09. 24
Обобщенный алгоритм функционирования классической ЭВМ. 24
Основные термины и определения для ПК IBM PC. 26
Внешние интерфейсы.. 26
Типы корпусов для ПК. 27
Форм-факторы материнской платы. 27
Процессор стандартной загрузки ПК.. 28
Чипсеты для материнской платы.. 29
Экзамен по вопросам. 34
1.Принципы построения ЭВМ по Фон Нейману /!\ 34
2.Классификация ЭВМ по принципу действия /!\ 34
3.Классификация ЭВМ по этапам создания. 35
4.Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям /!\ 37
5.Персональные компьютеры, виды и типы /!\ 37
6.Классификация ПК по поколениям процессоров /!\ 37
7.Классификация ПК по типу используемого ЦП ( RISC и CISC ) /!\ 37
8.Обобщенный алгоритм функционирования классической ЭВМ /!\ 38
9.ЭВМ с канальной организацией. 38
10.Основные команды ЭВМ.. 38
11.Определения «Организация ЭВМ» и «Конфигурация ЭВМ», «Архитектура ЭВМ». 39
12.Шинная организация ЭВМ (упрощенная схема). /!\ 40
13.Принцип работы АЛУ. 40
14.Работа устройства управления (УУ) в составе ЦП. 41
15.Система шин ЭВМ. 41
16.Алгоритм функционирования ЭВМ с шинной организацией. /!\ 41
17.Достоинства и недостатки шины VLB. 41
18.Что такое POST. 42
19.Что такое BIOS. 44
20.Отличие SIMM и DIMM. 45
21.Архитектура шин ЭВМ (ISA, EISA, VLB, PCI). 47
22.Накопители на гибких и жестких дисках. 50
23.Интерфейсы SCSI, их типы. 52
24.Интерфейсы IDE, их типы. 53
25.Контроллеры, типы, назначения. 55
26.Команды для работы с подпрограммами. Стек. 57
27.Регистры процессора. 58
28.Функционирование ЭВМ с шинной организацией. Инициализация. /!\ 59
29.Достоинства и недостатки ЭВМ с шинной и канальной организацией. 59
30.Устройства памяти и где они используются в ЭВМ. 61
31.Что такое AGP, его модификации, особенности. 61
32.Типы кэш-памяти ПК. 64
33.Порты COM, LPT и другие. 66
34.Что такое CMOS. 68
35.Отличие шины PCI от VLB.. 69
36.Отличия шины PCI и PCI-express. 70
37.Отличие шины ISA от EISA. 70
38.Классификация поколений ЭВМ на основе элементной базы.. 71
39.История развития ЭВМ /!\ 71
40.Емкость ОЗУ и HDD для различных операционных систем (ОС) 71
41.Закон Мура. 71
42.Кризис в дальнейшем развитии классической структуры ЭВМ.. 72
43.Состав и устройство ПК. Типы корпусов для ПК.. 74
44.Состав и устройство ПК. Форм-факторы материнских плат их особенности. 75
45.Компоненты материнских плат для ПК. Контроллер прерывания. 76
46.Каналы прямого доступа к памяти. 77
47.Архитектура МВ для Pentium (Чипсет Intel 440BX) /!\ 79
48.Архитектура МВ для Pentium ( Intel 810) /!\ 79
49.Архитектура современных материнских плат. /!\ 79
50.Основные правила по сборки ПК и подключению его компонентов. /!\ 79
51.Установка ОС Windows на ПК, особенности. 80
52.Шина USB, её особенности. 81
53.Шина ЕЕ1349, её особенности. 82
54.Устройства памяти CD-ROM & DVD-ROM. 84
55.Современные интерфейсы WiFi, Bluetooth. 87
56.Описания своего ПК и материнской платы (описание МВ). 91
Лекции
Лекция №1
06.02.09
1. В информатике нет ничего постоянного, кроме постоянных переменных.
2. Любая машина (ЭВМ) стоит лишь столько, сколько стоит человек, который на ней работает. (Роберт Виннер)
Лекция №2
13.02.09
В 1890 г. бюро переписи населения США использовало перфокарты и механизмы сортировки, разработанные Германом Голлеритом, чтобы обработать поток данных десятилетней переписи. Компания Голлерита в конечном счета стала ядром фирмы IBM.
Первые электромеханические цифровые компьютеры были разработаны в Германии Конрадом Цузе и имели обозначение “Z”. Будучи студентом, он увлекся вычислительными устройствами, первое устройство он сделал механическим, оно работало по аналогии с машиной Беббиджа. После этого он сконструировал машину Z-1, которая работает на реле. В 1936 году Конрад Цузе начал работы над своим первым вычислителем, имеющим память и возможность программирования. В1941 году была построена машина Z-3, было использовано телефонное реле, она могла работать с числами, с плавающей запятой, использовала двоичную систему счисления. Программы на Z-3 хранились на перфорированной плёнке (фотопленке), и эта машина использовалась для расчета крыла ФАУ-1. В 1944 году была сконструирована Z-4, которая весила 1,5 тонны и так же использовалась для аэродинамических расчетов. В двух патентах 1936 года Конрад Цузе упоминал, что машинные команды могут храниться в той же памяти, что и данные, таким образом предугадав идеи архитектуры фон Неймана, которые были реализованы в 1949 году. В 1941-42 годах в Англии была построена машина Колосс, она состояла из электронных ламп и реле и использовала принципы Тьюринга. Данная машина использовалась во время войны для взломов немецких шифров. В 1942 году в США начали строить машину ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator). Основными разработчиками были Джон Маучли и Джон Проспер Энкер. Машина состояла из 18 тысяч электронно-вакуумных ламп, 1,5 тысячи реле (электромеханических), имела производительность 5 тысяч операций в секунду, занимала площадь с баскетбольную площадку, весила 30 тонн, потребляла энергию 150 кВт. Разрабатывала расчеты таблиц стрельбы корабельной артиллерии. После войны – для расчета водородной бомбы.
Поколения ЭВМ.
В основе классификации ЭВМ лежит принцип элементной базы.
Первое поколение ЭВМ. (1937-1953). Первой работающей ЭВМ с архитектурой фон Неймана стала машина “ Baby” – 1948 г. 1949 год – машина МАРК-1, использовался магнитный барабан и трубки Уильямса в качестве элементов памяти индексные регистры (регистры – электронная сборка из триггеров).
Первый универсальный программируемый компьютер был создан в 1947-51 годах командой ученых под руководством Лебедева Сергея Александровича в Киевском научном центре (МЭСМ – Малая Электронная Счетная Машина).
В том же 1951 году появилась серийная МЭСМ, она содержала 6 тысяч электронных ламп, выполняла около 3 тысяч операций в секунду и потребляла 15 кВт энергии. В 1953 году была построена БЭСМ, быстродействием 8-10 тысяч операций в секунду. В этот период советские машины были самыми быстрыми. В 1955 году Морис Уилс изобрёл микропрограммирование. Это принцип, который позднее стал использоваться в микропроцессорах. Микропрограммирование позволяет определять или расширять базовый набор команд с помощью встроенных команд (микрокодов). В 1956 году IBM впервые продаёт устройства для хранения информации на магнитных дисках (назывались RAMAC), в котором используется 50 металлических дисков, диаметром 24 дюйма по 10 дорожек с каждой стороны. Хранило до 5 Мб данных и стоило 10 тыс у.е.
Второе поколение ЭВМ. (1950-1960) В качестве элементной базы используются транзисторы, которые были изобретены в 1947 году. Они пришли на замену электровакуумных ламп. Транзисторы позволили уменьшить размеры и потребление энергии, так же повысили надежность ЭВМ. Например, машина IBM 1620, сменившая ЭВМ IBM 650 была размером с офисный стол (скорость переключения транзисторов в ней была 0,3 миллисекунды).
Лекция №3.
20.02.09
В 1959 году фирма IBM выпустила машины IBM-7090 и IBM-1401, собранные на транзисторах. IBM-1401 использовалась с перфокартами, была самой популярной того времени. Всего было выпушено 12 тысяч экземпляров.
В СССР были построены ЭВМ на транзисторах различных назначений: малые ЭВМ (МИР); средние, со скоростью работы 5-30 тысяч операций в секунду (Минск-22, Минск-32, Раздан-2). Большие ЭВМ (БЭСМ-4, М220), а так же лучшая в мире на тот момент БЭСМ-6, со скоростью до 1 миллиона операций в секунду. В 1960 году фирма DEC выпустила PDD-1, предназначенную для использования в лабораториях при научных исследованиях.
Третье поколение ЭВМ (60-70е годы). В 60-е годы возникли новые технологии электроники, что позволило в один корпус (микросхему) интегрировать до десяти тысяч транзисторов. Это привело к появлению ЭВМ третьего поколения. В СССР с 1972 года начался выпуск ЭВМ ЕС-ЭВМ (Единая Серия). С малой степенью интеграции (на корпус). Первый ряд ЕС-ЭВМ: ЭС-ЭВМ 1022, 1030, 1052, 1025, 1035, 1045, 1055, 1066. На данных ЭВМ использовалась внешняя память на магнитных дисках и лентах. Уже использовались развитые ОС (пакетные, раздельные, реального времени), так же использовалось много языков программирования высокого уровня. Быстродействие – 20-30 миллионов операций в секунду.
Четвертое поколение ЭВМ (70-80 годы). Микросхемы БИС, СБИС, (Большая Интегральная Схема, Самая Большая <…>). Использовалось более 10 тысяч транзисторов на корпус, что привело к разработке микроконтроллеров, микропроцессоров и ПК. Это увеличило надежность ЭВМ в десятки раз. В производстве процессоров появилось несколько направлений: CISC и RISC (с расширенным [полным] и сокращенным набором команд соответственно.)
Из отечественных ЭВМ 4-го поколения являлись машины семейства «Эльбрус» (использовались для военных целей). Из отечественных ПК можно выделить Искра-1030, ДВК-1 (далее 2 и 3). ЭВМ четвёртого поколения отличались большим быстродействием и надежностью.
Пятое поколение ЭВМ (80-90 годы) (Японский проект) Цель данного проекта – стремление создания эпохальных компьютеров, с производительностью суперкомпьютеров и мощными функциями искусственного интеллекта, управления голосом.
Классификация ЭВМ по принципу действия
Аналогово-Цифровая Вычислительная Машина – непрерывного действия, работает с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой форме), т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (обычно электрического напряжения). Аналоговые машины просты и удобны в эксплуатации, программирование задач для решения на них нетрудоёмкое. Скорость задач изменяется по желанию оператора, но точность решения очень низкая. Относительная погрешность 2-5%. На аналоговых машинах наиболее эффективно решать задачи с дифференциальными уравнениями, не требующей серьёзной логики.
Цифровые Вычислительные Машины – машины дискретного действия, работающей с информацией, представленные в дискретной (цифровой) форме.
Гибридные Вычислительные Машины – комбинированного действия, работают с информацией, представленной как в аналоговой, так и в цифровой форме (совмещая достоинства обоих классов машин). ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродвижущимися техническими комплексами, как военными, так и гражданскими.
Создание ПК
Толчком к идее создания ПК послужила идея микропроцессоров. Начало было положено с изобретением транзистора.
В 1958 году Джек Киллби придумал, как на одной пластине полупроводника получить несколько транзисторов. В 1959 году Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) изобрел более совершенный метод , позволивший создать на одной пластине кремния транзисторы и все необходимые соединения между ними. Полученные электронные схемы стали называться интегральными схемами или чипами. В 1970 г. Эдвард Хофф (фирма Intel) сконструировал интегральную схему типа центрального процессора компьютера. В 1973 году фирма Intel выпустила микропроцессор Intel 8008, а в 1974 году его усовершенствованную версию - Intel 8080, которая стала стандартом для микропроцессорной индустрии.
В январе 1975 года появился первый, коммерчески распространяемый компьютер Альтаир 8800, на базе процессора Intel 8080. Этот компьютер был разработан фирмой Micro-Instrumentation Telemetry Systems в городе Альбунер (США) с оперативной памятью 256 байт. Клавиатура и экран отсутствовали, однако в первые месяцы было продано несколько тысяч машин. В то же время двое парней Стив Возняк и Стив Джобс основали , в собственном гараже фирму Apple Computers, на деньги, полученные от продажи старого Фольксвагена.
Потребителей оказалось более чем достаточно. Созданная модификация Apple-2 имела систему цветной графики, весила 5 кг. В 1980 году фирма Apple располагала годовым доходом в 117 миллионов. Компьютер Apple-2 и сегодня является популярным в США. У фирмы яблочных сегодня 25-30% всего компьютерного рынка.
Фирма IBM в 1983 выпустила ПК IBM PC XT (International Business Machine Personal Computer eXTended Version). А в 1895 году компьютер IBM PC AT (Advanced Technology) на основе нового микропроцессора Intel 80286 со встроенным жестким диском, работающего в 3-4 раза быстрее предыдущей модели. Производство IBM набирало темпы, однако другие фирмы так же начали собирать компьютеры, совместимые с IBM PC. Они стали перенимать все разработки фирмы IBM и за счёт этого экономили на разработках, которые вела IBM. Они же продавали свои PC значительно дешевле. Большинство (около 80%) современных компьютеров IBM-PC совместимы.
«Совместимость» означает:
1. Программную совместимость, т.е. все программы для IBM PC будут работать на IBM PC-совместимых машинах;
2. Аппаратную совместимость: подавляющее большинство устройств для компьютеров IBM PC подходят для современных компьютеров.
На сегодняшний день большое влияние на развитие компьютеров IBM оказывает фирма Intel (производитель микропроцессоров и чипсетов) и Microsoft (производитель OS и прикладных программ). Фирма IBM продала производство ПК фирме Lenovo (Китай).
Персональные компьютеры
 |
Настольные ПК – это компьютеры, которые могут использоваться одним человеком автономно, независимо от других компьютеров. Имеет следующие характеристики: низкую стоимость (400-1500 у.е.); гибкую архитектуру, которая обеспечивает его использование в науке, образовании, управлении и в быту; дружественную ОС и другое ПО, ориентированное на пользователя. Имеет высокую надежность. Быстро развивающийся подкласс ПК, который в скором времени займёт 60% рынка. Большинство переносных ПК имеют автономное питание от аккумуляторов, продолжительность 2-8 часов.
Лэптоп («наколенник») – 2-10 кг, полная клавиатура (101 клавиша). Системный блок и клавиатура выполняются в одном корпусе, сверху как крышкой закрывается ЖК-дисплеем. Ноутбук меньше лаптопа, имеет формат А4. 88 клавиш, встроенный жесткий диск. Манипулятор – трекбол, тачпад, трекпад (мини-планшет, воспринимающий при нажатии направление перемещения курсора).
КПК – palmtop – наладонник, вес около 300 г. Размеры 150x80x25 мм под стандарт кармана рубашки. 130x75x15 – смартфон.:) У КПК цветной ЖК-дисплей, порт-разъём и другие устройтва – Bluetooth, wi-fi. Чаще всего под OS Windows Mobile. Разрешение экрана 640x480 и меньше.
Смартфон – телефон, с широкими функциональным набором, больше телефон, чем КПК. Очень сильно распространена OS Symbian.
Блокнотного типа – имеет более широкие возможности, чем КПК. Часто имеют клавиатуру. По весу не больше 0,9 кг.
Электронные записные книжки – ориентированные для организации электронных справочников, хранения информации, а так же имеют встроенный графический редактор.
Первое поколение
Процессор Intel 8086, сопроцессоры 8088, 8087. 16-разрядный процессор использовал систему команд. (1979) Процессор применял малую конвейеризацию, пока одни узлы выполняли текущую команду.
Шина данных – 16 разрядная;
Шина адреса – 20 разрядная;
Объём оперативной памяти – 1 Мб;
Частота – 4,7 МГц;
ОС – MS-DOS
Второе поколение
Процессоры Intel 80286, 80287 (1982). Память в пределах 16 Кб.
ШД – 16 разр.;
ША – 24 разр.;
Частота – до 20 МГц;
ОС –MS DOS? Win 3.1
Третье поколение
(1985) - Intel 80386 + сопроцессор Intel 80387 с индексами DX и SX:
DX: SX:
ШД – 32 разр.; ШД – 16 разр.;
ША – 32 разр.; ША – 24 разр.;
Частота – 30-40 МГц;
Объём оперативной памяти – 16 Мб
OC –Win 3.11 - Win 95.
LX:
Имело низкое энергопотребление, данный процессор использовался с ноутбуками. Данное поколение процессоров ознаменовало ОС – Win 3.1/3.11.
Четвертое поколение
Intel 80486 DX, SX, LX (1989).
ШД – 32 разр.;
ША – 32 разр.;
Частота 40-120 Мгц;
Питание 5V, 3.5V;
ОС – Windows 95
Intel 80486DX имеет кэш 8 кб.
20.03.09
Пятое поколение. Появился в марте 1993 года Intel 80586 (Pentium). С тех пор идет название "Pentium", раньше все было в цифрах.
AMD K5:
32 регистра;
ШД 64 разр.;
ША 32 разр.;
КЭШ 16 кб;
Напряжение 3,3 В.
OC Win 95.98.
Данное поколение процессоров дало суперскалярную архитектуру. Для быстрого снабжения командами из памяти шину данных делали 64-разрядной, из-за чего их первое время называли 64-разрядными профессорами. Модификацией данного профессора было расширение Pentium MMX (Multi Media Extended), т.е. было добавлено 57 новых команд для обработки звука и видео. Команды MMX оперируют сразу 64 разрядами. Регистры MMX могут использоваться так же для одновременного сложения 4х 16-разрядных слов и 2х 30-разрядных слов. Такой принцип получил название SIMD - Single Instruction Multiple Data (много потоков данных, одна инструкция). В MMX использовался новый тип арифметики с насыщением: если результат операции не помещается в разрядной сетке, то нет переполнения, устанавливается максимальное или минимальное возможное значение числа.
Первые процессоры были с частотой шины 60 МГц, дальше 75, 90... 100 появилось не сразу (Pemtium F); Pentium MMX - 160 МГц.
Шестое поколение (1997+). Началось с Pentium PRO (97 г.) и продолжалось до Pentium III, Celeron, Xeon (AMD - K6, K6-II, K6-III). Они имели 32 регистра, 64 разрядную шину данных, 32 разряда ША с возможностью адресации памяти. Ключевым в этих процессорах стало динамическое исполнение, исполнение команд не в том порядке, как это предполагается программным кодом, а в том, как это "удобно" процессору. Данное поколение получило дальнейшее развитие технологии MMX, у Intel она называлась SSE - (Streamimg SIMD Extensions; потоковое расширение SIMD). У AMD 3D Now!
Седьмое поколение (2000+). Появился Pentium IV, AMD Athlon, Punon. Причисление их к новому поколению обуславливается суперскалярностью и суперконвейрностью. Конвейерная обработка предполагает разбивку каждой команды на несколько этапов, причем каждый этап выполняется на своей ступени конвейера процессора. При выполнении команда продвигается по "конвейеру" по мере освобождения следующих ступеней. Таким образом на конвейере одновременно может обрабатываться несколько команд. Конвейер "классического" процессора Pentium имеет 5 ступеней. Для суперконвеерной архитектуры (Pentium IV) имеет место наличие большого количества ступеней, до 40, что позволяет сократить каждую из них и следовательно сократить время пребывания в них команд.
Скалярным называется процессор с одним конвейером, это процессоры до Intel 80486. Суперскалярный это больше одного конвейера, начинаются от Pentium III.
Память компьютера
Это устройство, предназначенное для запоминания, хранения и выборки программ и данных. Она состоит из конечного числа ячеек, каждая из которых имеет свой уникальный номер или адрес. Доступ к ячейке осуществляется указанием её адреса. Память способна выполнять 2 вида операций над данными: чтение с сохранением содержимого и запись нового значения, со стиранием предыдущего.
В большинстве современных ЭВМ, минимально адресуемым элементом памяти является байт (8 бит – поле). Совокупность битов, которые АЛУ может одновременно поместить в регистр или обработать называют машинным «словом».
Чем больше объем памяти, тем медленнее к ней доступ, т.к. время доступа определяется временем, необходимым для выборки из памяти или записи в неё информации. Поэтому в ЭВМ существует несколько видов запоминающих устройств, различающихся ёмкостью и быстродействием.
| Устройство памяти | f (МГц) | Объем (Кб, Мб) |
| Кэш L1 | f ядра CPU | 8-32 Кб |
| Кэш L2 | ½f ядра CPU | 64-512 Кб – домашний 1-4 МБ – сервер |
| Кэш L3 | ½ – ¼ f ядра CPU | 4 Мб + |
| ОЗУ | f системной шины | 1-8 Гб |
| HDD (ПЗУ) | от 3 до 15 сек | 100 Гб и до ∞ |
Практическое занятие.
Установка модулей памяти.
Существуют такие разновидности как SIMM и DIMM (ну и совсем древность SIP, когда плата с чипами ещё даже не называлась модулем. Расшифровка (Single/Double Inline Memory Module и Single Inline Package).
SIMM (короткий) – 30 контактов ~ 4 Мб.
SIMM (длинный) – 72 контакта.
DIMM :
DDR – до 256 МГц;
DDR2 – 333 МГц + (обычно от 400 до 600);
DDR3 – 600 МГц + .
Модули памяти DDR I, II, III должны поддерживаться своей мат. Платой. Перед покупкой модулей памяти надо прочитать описание материнской платы.
Батарейка материнской платы
3V, 25р. +. Это и есть та знаменитая «таблетка». Аккумулятор поддерживает питание настроек BIOS (CMOS, часы, POST, и т. д.)
Максимальный срок службы около 3-5 лет. Выход из строя батарейки указывает сбой часов и даты. 70% компьютеров не запускаются без этой штучки.
Двухканальная память
(ОЗУ) разные цвета разъёмов [производительность выше где-то на 15%].
Universal Serial Bus
Это универсальный последовательный порт.
Спецификации:
1.0 –> 1,2 Мб/сек;
1.2 –> 12 Мб/сек;
2.0 –> 480 Мб/сек;
ToTheGo – стандарт подключения устройств, минуя ПК.( Фотоаппарат и фотопринтер)
Продолжение Лекции №6
10.04.09
Операция считывания из ячейки памяти производится следующим образом: ЦПУ переводит ШУ в состояние «занято» и на ША перемещает адрес требуемой ячейки памяти; устанавливает на ШУ сигнал «чтения», выдаёт синхросигнал задатчику (задатчик инициирует задачу обмена данными); память принимает адрес, дешифрует его, находит нужную ячейку и помещает её содержимое на ШД; далее память выдаёт синхросигнал исполнителя; получив ответ от памяти, ЦПУ считывает данные с ША и снимает свои управляющие сигналы, освобождает шину.
Операция «запись в память» производится следующим образом: ШУ переводится в состояние «занято»; адрес требуемой ячейки памяти помещается на ША; данные, которые необходимо записать в память, помещаются на ШД, на ШУ устанавливается сигнал «запись» и выделяется сигнал синхронизации задатчика; память принимает адрес, дешифрует его, помещает в соответствующую ячейку данные с шины и выдаёт сигнал синхронизации исполнителя, процессор снимает управляющие сигналы и освобождает шину.
Такой способ обмена данными называется асинхронным ответом, а сама операция «запроса-подтверждения» носит название квитирование или рукопожатия, которая мирно применяется в различных типах ЭВМ. Устройство внешней памяти, предназначенные для хранения данных большого объёма и коммуникационные устройства, предназначенные для связи ЭВМ с внешним миром. Обмен данными с внешними устройствами осуществляется через порты ввода/вывода.
Внешние интерфейсы
Представлен разъёмами контроллеров портов ввода-вывода, которые бывают двух видов: интегрированные (встроенные в материнскую плату) и выполненные в виде печатных плат для установки через слоты расширения на материнской плате.
Порты ввода-вывода бывают:
1. Параллельные порты LTP-1 .. LTP-4. (Line Printer). Для уже «стареньких» принтеров. Имеют 25 гнёзд в два ряда, обозначается DB-25S («мама»). К нему подключаются принтеры, сканеры и другие устройства.
2. Последовательные порты COM 1 .. COM 4. 2 разновидности – 9 и 25 штырьковый. Обозначаются DB-9p и DB-25p. Используются для манипуляторов, мыши, внешнего модема и т.д.
3. Игровой порт Game – имеет 15 гнезд в два ряда. DB-15s. Используется для руля, шлема, джойстика, midi-клавиатуры и т.д.
4. Порт Видео-контроллера для подключения монитора, имеет 15 гнезд, расположенных в три ряда; обозначается DB-15s.
Все эти порты имеют соответствующий цвет. Видео – синий, Game – желтый, COM – бесцветный. Ну и там всякие USB и RJ-45, тоже бесцветные кстати.
Типы корпусов для ПК.
Для установки материнской платы, которую необходимо установить в корпус, существует несколько видов.
1. Desktop – представляет собой лежачий корпус, с открывающейся верхней крышкой, удобно для тех-обслуживания. Недостаток – занимает много место на столе.
2. Tower:
· MiniTower (БП 150-180 Вт) – является самой маленькой башней, имеет 2 5" отсека для CD-ROM;
· MidiTower (БП 200-300 Вт) 3 по 5";
· BigTower (БП >300 Вт) 5-6 по 5";
· SuperTower (БП>400 Вт) >6 по 5".
3. LPX ( SlimLine ) – узкие Desktop’ы. Использовались для дешёвых офисных ПК. NPX – дальнейшее развитие NPX.
______________
Корпуса Tower выпускались двух типов: AT и ATX, которые являются невзаимозаменяемыми для MB.
Экзамен по вопросам.
1.Принципы построения ЭВМ по Фон Нейману /!\
Полностью есть в лекциях под названием: «Классическая архитектура фон Неймана».
Джон фон Нейман. 45 год. Его статья ENIAC, где он публикует свои теперь уже знаменитые принципы.
Рисуем схему: CPU, состоящее из АЛУ и УУ взаимодействует с ОП, та в свою очередь с ВЗУ. Так же к CPU пририсовываем 2 стрелочки, устройства i/o.
Принципов 5 штук:
1. основные части – (что нарисовали на схеме)
2. Информация кодируется двоичной формой, разделяется на структуры – слова.
3. Алгоритм – последовательно управляющие слова, определяющие смысл операции. Эти управляющие слова – команды, совокупность команд – проги.
4. Прога и данные хранятся в одной и той же области памяти, разнотипные слова по разному используются, но одинаково кодируются.
5. АЛУ и УУ обычно составляют единый блок – ЦП. ЦП определяет действия, подлежащие выполнению, считывая команды из ОП. Обработка информации сводится к последовательному выполнению команд, в порядке однозначно определённым прогой.
2.Классификация ЭВМ по принципу действия /!\
Полностью есть в лекции с одноименным названием.
ЭВМ делятся на АЦВ, ЦВМ и ГВМ.
· АЦВ работают и инфой, представленной в аналоговой форме, (непрерывный ряд какой-либо величины, обычно эл. тока). Удобны и просты при решении несложных задач. Скорость решения по желанию оператора. Высокая отн. погрешность ~ 2-3%. Решаем мат. диф. уры, где не требуются сложная логика.
· ЦВМ – дискретное действие, цифровая форма.
· ГВМ – гибрид. Совмещают достоинства двух предыдущих. Используется для решения сложных задач, как для гражданских, так и для военных целей.
Основные команды ЭВМ
Изучаем ниже написанное. Лучшего все равно нету...
Важной составной частью архитектуры ЭВМ является система команд. Несмотря на большое число разновидностей ЭВМ, на самом низком (“машинном”) уровне они имеют много общего. Система команд любой ЭВМ обязательно содержит следующие группы команд обработки информации:
Команды передачи данных (перепись), копирующие информацию из одного места в другое.
Арифметические операции, которым фактически обязана своим названием вычислительная техника. Конечно, доля вычислительных действий в современном компьютере заметно уменьшилась, но они по-прежнему играют в программах важную роль. Отметим, что к основным арифметическим действиям обычно относятся сложение и вычитание. Что касается умножения и деления, то они во многих ЭВМ выполняются по специальным программам.
Логические операции, позволяющие компьютеру анализировать обрабатываемую информацию. Простейшими примерами могут служить сравнение, а также известные логические операции И, ИЛИ, НЕ (инверсия). Кроме того к ним часто добавляются анализ отдельных битов кода, их сброс и установка.
Сдвиги двоичного кода влево и вправо. Для доказательства важности этой группы команд достаточно вспомнить правило умножения столбиком: каждое последующее произведение записывается в такой схеме со сдвигом на одну цифру влево. В некоторых частных случаях умножение и деление вообще может быть заменено сдвигом.
Команды ввода и вывода информации для обмена с внешними устройствами. В некоторых ЭВМ внешние устройства являются специальными служебными адресами памяти, поэтому ввод и вывод осуществляется с помощью команд переписи.
Команды управления, реализующие нелинейные алгоритмы. Сюда, прежде всего, следует отнести условный и безусловный переход, а также команды обращения к подпрограмме (переход с возвратом). Некоторые ЭВМ имеют специальные команды для организации циклов, но это не обязательно: цикл может быть сведен к той или иной комбинации условного и безусловного переходов. Часто к этой же группе команд относят немногочисленные операции по управлению процессором - типа “останов” или НОП (“нет операции”). Иногда их выделяют в особую группу.
С ростом сложности устройства процессора увеличивается и число команд, воздействующих на них. Здесь для примера можно назвать биты режима работы процессора и биты управления механизмами прерываний от внешних устройств.
В последнее время все большую роль в наборе команд играют команды для преобразования из одного формата данных в другой (например, из 8-битного в 16-битный и т.п.), которые заметно упрощают обработку данных разного типа, но в принципе могут быть заменены последовательностью из нескольких более простых команд.
Определения «Организация ЭВМ» и «Конфигурация ЭВМ», «Архитектура ЭВМ»
Исчерпывающе =)
Архитектура компьютера — логическая организация и структура аппаратных ресурсов вычислительной системы и программного обеспечения. Это фундаментальная схема и функциональное описание требований и реализации основных узлов ЭВМ. В основе архитектуры лежит организация памяти и способы её адресации.
В основе архитектуры персонального компьютера лежит Архитектура фон Неймана, в которой программы и данные хранятся совместно в памяти компьютера. В противоположность ей, гарвардская архитектура предполагает раздельное хранение в памяти программ и данных.
В понятие архитектуры компьютера также входят следующие компоненты: структурная схема ЭВМ, средства и способы доступа к элементам этой структурной схемы, организация и разрядность интерфейсов ЭВМ, набор и доступность регистров, организация памяти и способы её адресации, набор и формат машинных команд процессора, способы представления и форматы данных, правила обработки прерываний.
Конфигурация ЭВМ - модель и параметры "железа". Это конкретные технические параметры системы - объем памяти, конкретная модель процессора и винчестера и т. д. Одна архитектура может быть представлена во многих конфигурациях, но не наоборот.
Организация - это способ аранжировки (приведения в порядок) элементов, целью которой является получение требуемых функций в системах, состоящих из большого числа элементов.
Суть понятия организация заключается в ответе на вопрос: как организовать элементы в единое целое, чтобы получить нужный эффект - заданную функцию! В технике этот вопрос обычно формулируется так: организовать элементы в систему наилучшим, оптимальным образом.
В теории сложных систем различают два типа организации - функциональную и структурную.
12.Шинная организация ЭВМ (упрощенная схема). /!\
См. лекции: Функционирование ЭВМ с шинной организацией.
Действующие лица: АЛУ (Регистр памяти, регистр флагов, выполненная операция), УУ (программный счетчик, регистр адреса, регистр команды) под ЦП. К ним ген тактовой частоты и пульт управления. Системная шина (ША, ШД, ШУ). От шины память (А Д У) с n-ячейками. От шины порты устройств (А Д У) с n-портов. Из последнего ввод/вывод.
Принцип работы АЛУ.
Исчерпывающе =)
АЛУ выполняет основную работу по переработке информации, хранимой в ОП. В ней выполняется арифметические и логические операции, а так же АЛУ вырабатывает управляющие сигналы, позволяющие ЭВМ автоматически выбирать путь вычислительного процесса в зависимости от получаемых результатов. АЛУ формирует по 2-м входным переменных одну выходную при выполнении заданной функции (сложения, вычитания и т.д.). Выполняемая функция определяется микрокомандой, получаемой от УУ. В своем составе АЛУ содержит устройство, которое хранит характеристику результата выполнения операции над данными и называемое флаговым регистром (регистр признаков, регистр состояния). Отдельные разряды этого регистра указывают на равенство результата (равно 0), на знак результата операции на правильность выполнения операции (наличие переноса за пределы разрядной сетки или переполнения). Программный анализ флаговых регистров позволяет производить операции ветвления программы в зависимости от конкретных значений и данных.
Система шин ЭВМ.
Аналогичен вопросу номер 12.
16.Алгоритм функционирования ЭВМ с шинной организацией. /!\
Читаем одноименную лекцию.
Что такое POST.
POST (англ. Power On Self Test) — самотестирование после включения. Проверка аппаратного обеспечения компьютера, выполняемая при включении. Выполняется программой BIOS материнской платы. Тест включает:
1. Проверку целостности программы BIOS
2. Обнаружение и инициализацию основных системных шин и устройств (контроллера прерываний, контроллеров шин, графического адаптера…), а также выполнение программ заложенных в устройства и обеспечивающих их самоинициализацию.
3. Определение размера оперативной памяти и тестирования первых 64 килобайт.
При каждом включении компьютера автоматически выполняется проверка его основных компонентов: процессора, микросхемы ROM, вспомогательных элементов системной платы, оперативной памяти и основных периферийных устройств. Эти тесты проводятся быстро и не очень тщательно по сравнению с тестами, выполняемыми диагностическими программами.
Полный регламент работы POST:
1. Проверка регистров процессора;
2. Проверка контрольной суммы ПЗУ;
3. Проверка системного таймера и порта звуковой сигнализации 8255;
4. Тест контроллера непосредственного доступа к памяти (DMA);
5. Тест регенератора оперативной памяти;
6. Тест нижней области ОЗУ для проецирования резидентных программ в BIOS;
7. Загрузка резидентных программ;
8. Тест стандартного графического адаптера (VGA);
9. Тест оперативной памяти;
10. Тест основных устройств ввода (НЕ манипуляторов);
11. Тест CMOS
12. Тест основных портов LPT/COM;
13. Тест НГМД (накопителей на гибкие магнитные диски);
14. Тест НЖМД (накопителей на жесткие магнитные диски);
15. Самодиагностика функциональных подсистем BIOS;
16. Передача управления загрузчику BOOTStrap.
В большинстве персональных компьютеров в случае успешного прохождения теста системный динамик издаёт один короткий звуковой сигнал (beep). В случае ошибки — различные последовательности звуковых сигналов, по которым можно определить причины сбоя. Кроме того, генерируется код ошибки, который можно узнать при помощи POST Card — платы, которая вставляется в слот расширения и отображает код на установленном на ней индикаторе. О соотношении конкретного звукового сигнала и кода POST с причиной ошибки можно узнать из документации по BIOS, по материнской плате или из нижеуказанных данных.
Представление ошибок POST
Сообщения POST обычно передаются пользователям в трех вариантах:
Звуковой сигнал. Для этого используется звуковой динамик, подключенный к системной плате.
Контрольные коды POST. Шестнадцатеричные контрольные коды, отправляемые по адресу порта ввода-вывода. Для просмотра кодов необходимо установить специальный адаптер в слот ISA или PCI.
Экранные сообщения. Сообщения об ошибках выводятся на экран монитора после инициализации видеоадаптера.
Звуковые коды ошибок, выдаваемые процедурой POST
Если компьютер исправен, то при его включении вы услышите один короткий звуковой сигнал; если же обнаружена неисправность, выдается целая серия коротких или длинных звуковых сигналов, а иногда и их комбинация. Характер звуковых кодов зависит от версии BIOS и компании-разработчика.
Звуковые коды POST Award BIOS
1 длинный, 2 коротких – Ошибка видеоадаптера
1 длинный, 3 коротких – Ошибка видеоадаптера
Непрерывная последовательность сигналов – Ошибка работы памяти
Первоначальная загрузка и самотестирование ПК
Процесс стандартной загрузки ПК состоит из следующих этапов:
· Включение питания ПК;
· БП выполняет самотестирование, если все ОК (выходное напряжение в норме), то БП выдает на MB сигнал PowerGood. Между включением ПК и подачей сигнала проходит 0,1-0,5 секунды;
· Микросхема таймера получает сигнал PowerGood и прекращает генерировать подаваемый на ЦП сигнал Reset;
· ЦП начинает выполнять код (команду) из ROM-BIOS FFFF:0000. Размер ROM от данного адреса составляет 16 байт, по данному адресу записана команда перехода на реально выполняемый код ROM-BIOS;
· ROM-BIOS выполняет тестирование системы, чтобы проверить ее работоспособность. Обнаружив ошибку, система подаст звуковой сигнал, так как видеоадаптер все еще не инициализирован.
Практические выводы: если система не выдает звукового сигнала, то искать неисправность надо в БП, MB, ЦП, ОП или микросхеме BIOS.
Что такое BIOS.
BIOS (англ. Basic Input-Output System — базовая система ввода-вывода, БСВВ) — небольшая программа, находящаяся в ПЗУ и отвечающая за самые базовые функции интерфейса и настройки оборудования, на котором она установлена. Наиболее широко среди пользователей компьютеров известна BIOS материнской платы, но BIOS присутствуют почти у всех компонентов компьютера: у видеоадаптеров, сетевых адаптеров, модемов, дисковых контроллеров, принтеров.
Обозначение подобного базового ПО термином «BIOS» присуще для персональных компьютеров на базе процессоров с архитектурой x86. Для компьютеров на базе процессоров других типов для обозначения ПО, выполняющего подобные функции, используются другие термины, например, базовое ПО машин с процессором архитектуры SPARC называется PROM.
BIOS (англ. Basic Input-Output System — базовая система ввода-вывода, БСВВ) — небольшая программа, находящаяся в ПЗУ и отвечающая за самые базовые функции интерфейса и настройки оборудования, на котором она установлена. Наиболее широко среди пользователей компьютеров известна BIOS материнской платы, но BIOS присутствуют почти у всех компонентов компьютера: у видеоадаптеров, сетевых адаптеров, модемов, дисковых контроллеров, принтеров.
BIOS представляет собой интерфейс между аппаратным обеспечением и операционной системой. BIOS в ПК обычно можно найти в следующих компонентах системы:
· ПЗУ системной платы;
· ПЗУ платы адаптера (например, видеоадаптера);
Системная BIOS
Во всех системных платах есть микросхема, в которой записана BIOS. Эта микросхема содержит стартовые программы и драйверы, необходимые для запуска системы и функционирования основного аппаратного обеспечения (клавиатуры, дисковода, жесткого диска, последовательного и параллельных портов и т. д.). Эти программы выполняются при запуске компьютера до загрузки операционной системы. BIOS выполняет четыре основные функции:
· POST — самотестирование при включении питания процессора, памяти, набора микросхем системной логики, видеоадаптера, контроллеров диска, дисковода, клавиатуры и других жизненно важных компонентов системы.
· Программа установки параметров BIOS (Setup BIOS) — конфигурирование параметров системы.
· Загрузчик операционной системы — подпрограмма, выполняющая поиск действующего основного загрузочного сектора на дисковых устройствах. Эта подпрограмма загружает загрузочный сектор операционной системы, который, в свою очередь, загружает файлы ядра операционной системы.
· BIOS — набор драйверов, предназначенных для взаимодействия операционной системы и аппаратного обеспечения при загрузке системы. При запуске DOS или Windows в режиме защиты от сбоев используются драйверы устройств только из BIOS.
BIOS платы адаптера
Например, для отображения информации на экране монитора требуется активизировать видеоадаптер, но его поддержка не встроена в системную BIOS. В таких случаях необходимые драйверы помещаются в микросхему BIOS на плате этого устройства. А системная BIOS при загрузке ищет BIOS видеоадаптера и загружает ее до запуска операционной системы.
В микросхемах BIOS используют различные типы памяти для хранения программного кода:
· PROM (Programmable Read-Only Memory) — это тип памяти, данные в которую могут быть записаны только однократно. Отличие PROM от ROM в том, что PROM изначально производятся «чистыми», в тот время как в ROM данные заносятся в процессе производства. А для записи данных в микросхемы PROM применяют устройства, называемые программаторами.
· EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory — стираемое программируемое ПЗУ) — специальный тип PROM, который может очищаться с использованием ультрафиолетовых лучей и перезаписываться.
· Память типа EEPROM похожа на EPROM, но операции стирания-записи производятся электрическими сигналами.
· В настоящее время большинство современных материнских плат комплектуется микросхемами Flash BIOS, код в которых может перезаписываться при помощи специальной программы.
Современные типы BIOS, поддерживающие технологию Plug-and-Play, называют РnР BIOS, при этом поддержка такой архитектуры обеспечивается только микросхемами Flash ROM. Вообще полная поддержка технологии Plug-and-Play со стороны Windows 9x возможна только в случае применения РnР BIOS.
Отличие SIMM и DIMM.
Модули SIMM изготавливаются 30 или 72-контактные. Первые из них меньше по размерам. 30-и контактные модули SIMM использовались в компьютерах с процессорами 386 и 486. 72-х контактные модули применялись с процессорами Pentium. В настоящее время данные модули практически не используются в современных компьютерных системах.
Модули типа SIMM представляют собой прямоугольную плату с контактной полосой вдоль одной из сторон, модули фиксируются в разъёме поворотом с помощью защёлок.
Им на смену в 1996 г. пришел новый разъем DIMM со 168 контактами, а сейчас появляется еще разъем RIMM. Если на SIMM реализовывались FPM и EDO RAM, то на DIMM - более современная технология SDRAM. В системную плату модули SIMM необходимо было вставлять только попарно, а DIMM можно выбрать по одному, что связано с разрядностью внешней шины данных процессоров Pentium. Такой способ установки предоставляет больше возможностей для варьирования объема оперативной памяти.
Модуль памяти Registered DIMM
Первоначально материнские платы поддерживали оба разъема, но уже довольно продолжительное время они комплектуются исключительно разъемами DIMM. Это связано с упомянутой возможностью устанавливать их по одному модулю и тем, что SDRAM обладает большим быстродействием по сравнению с FPM и EDORAM.
Если для FPM и EDO памяти указывается время чтения первой ячейки в цепочке (время доступа), то для SDRAM указывается время считывания последующих ячеек. Цепочка - несколько последовательных ячеек. На считывание первой ячейки уходит довольно много времени (60-70 нс) независимо от типа памяти, а вот время чтения последующих сильно зависит от типа.
В качестве оперативной памяти также используются модули RIMM, SO-DIMM и SO-RIMM (англ. SO - small outline). Все они имеют разное количество контактов. Модули SIMM сейчас встречаются только в старых моделях материнских плат, а им на смену пришли 168-контактные DIMM. Модули SO-DIMM и SO-RIMM, имеющие меньшее количество контактов, чем стандартные DIMM и RIMM, широко используются в портативных устройствах.
Модуль памяти SO-DIMM
При установке совпадение форм-факторов модуля и разъема не всегда стопроцентно гарантирует работоспособность модуля. Для сведения к минимуму риска использования неподходящего устройства применяются так называемые ключи. В модулях памяти такими ключами являются один или несколько вырезов (на сленге это называется защитой "от дурака", так как если пользователь не правильно устанавливает модуль оперативной памяти, он попросту не войдёт.) Этим вырезам на разъеме соответствуют специальные выступы. Раньше ещё были т.н. SO-SIMM. Устанавливаются SO-версии в ноутбуках и некоторых принтерах.
Модуль памяти DDR DIMM
В системах с процессором Pentium IV широко используется модификация модуля DIMM - 184-х контактный модуль DDR SDRAM со спецификацией РС2100 или РС2700, которые работают на частоте шины более 266МГц. Модули DDR SDRAM имеют такие же размеры, как и модули DIMM, однако с существующими разъемами DIMM они полностью не совместимы.
Модули типа DIMM наиболее распространены в виде 168-контактных модулей, устанавливаемых в разъём вертикально и фиксируемых защёлками. Наиболее часто встречаются 72- и 144-контактные модули типа SO DIMM. Память типа DDR SDRAM выпускается в виде 184-контактных DIMM-модулей, а для памяти типа DDR2 SDRAM выпускаются 240-контактные модули.
Существующие виды DIMM:
· 72-pin SO-DIMM (не совпадает с 72-pin SIMM), используется для FPM DRAM и EDO DRAM
· 100-pin DIMM, используется для принтеров SDRAM
· 144-pin SO-DIMM, используется для SDR SDRAM
· 168-pin DIMM, используется для SDR SDRAM (реже для FPM/EDO DRAM в рабочих станциях/серверах)
· 172-pin MicroDIMM, используется для DDR SDRAM
· 184-pin DIMM, используется для DDR SDRAM
· 200-pin SO-DIMM, используется для DDR SDRAM и DDR2 SDRAM
· 214-pin MicroDIMM, используется для DDR2 SDRAM
· 240-pin DIMM, используется для DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM и FB-DIMM DRAM
И маленькая заметочка. Использование модулей памяти с покрытием контактов, отличным от покрытия контактов разъема также допускается. Хотя утверждают, что материал, используемый для покрытия модулей и разъемов, должен совпадать. Мотивируется это тем, что при различных материалах возможно появление «гальванической пары», и, как следствие, разрушение контактов модуля.
Шина ISA
Существует два варианта шины ISA (Industrial Standard Architecture — промышленная стандартная архитектура), различающиеся количеством разрядов данных: старая 8-разрядная версия и новая 16-разрядная.
Старая версия работала на тактовой частоте 4,77 МГц в компьютерах классов PC и XT. Новая версия использовалась в компьютерах класса AT с тактовой частотой 6 и 8 МГц.
Максимальная теоретическая скорость передачи данных по 16-разрядной шине ISA составляет 16 Мбайт/с. Полоса пропускания 8-разрядной шины более 4,5 Мбайт/с.
8-разрядная шина ISA
Для подключения плат расширения использовались специальные 62-контактные разъемы. На разъем выведено 8 линий данных и 20 линий адреса.
16-разрядная шина ISA
Она отличалась наличием дополнительного 36-контактного разъема для соответствующих плат расширения. Теперь можно было передавать параллельно уже 16 разрядов данных, а благодаря 24 адресным линиям — напрямую обращаться к 16 Мбайтам системной памяти.
В распоряжение устройств на шине ISA выделяется до 11 линий запросов прерываний.
В ISA появилась (к сожалению, не совсем удачно реализованная) поддержка устройств, способных исполнять роль арбитра шины (Bus masters).
Системная шина EISA (Extended Industry Standard Architecture) появилась в сентябре 1988 года как 32-разрядное расширение шины ISA с полной обратной совместимостью. Новые возможности EISA были получены путем добавления новых линий за счет размещения новых контактов EISA между контактами шины ISA в глубине разъема. В тот же разъем можно было установить и ISA-карту, так как ее контакты не доходили до контактов EISA.
EISA обеспечила 32-разрядную адресацию памяти и передачу данных, улучшенную систему прерываний, автоматическую конфигурацию системы и плат расширения (прообраз Plug-and-play).
Шина EISA позволяет адресовать 4-Гбайтное адресное пространство, причем доступ к этому пространству могут иметь не только центральный процессор, но и платы управляющих устройств типа bus master — арбитра шины (то есть устройства, способные управлять передачей данных по шине). Теоретически максимальная скорость передачи по шине EISA может достигать 33 Мбайт/с. EISA работает с частотой 8-10 МГц, а скорость передачи увеличивается в основном благодаря увеличению разрядности шины.
Шина VESA
В августе 1992 года ассоциация VESA (Video Electronics Standards Association) предложила свою спецификацию локальной шины VLB (VESA Local Bus).
Шина VL-bus позволяет таким периферийным устройствам, как видеоадаптеры и контроллеры накопителей, работать с тактовой частотой до 66 МГц. Первоначально эти шины использовались для обмена процессора с видеоадаптером, для которого уже не хватало скорости работы ISA. Она представляет собой двунаправленную 32-разрядную шину данных с теоретической пропускной способностью 160 Мбайт/с (при частоте шины 50 МГц) и 107 Мбайт/с при частоте 33 МГц.
VL-bus является, по сути, расширением шины 80386 и 80486-го процессора. Конструктивно VL-bus представляет собой короткий разъем (112 контактов), установленный позади разъемов расширения ISA или EISA. При этом 32 линии используются для передачи данных и 30 — для передачи адреса. Эпоха VL-bus закончилась с уходом со сцены 486-х процессоров. Дело в том, что VL-bus жестко привязана к шине процессора 80486, которая отличается от шин Pentium и Pentium II. Кроме того, к качеству сигналов, передаваемых по шине процессора, предъявляются жесткие требования, поэтому нестабильность работы VLB-платы легко приводит к нестабильности всей системы.
Шина PCI
(англ. Peripheral component interconnect, дословно — взаимосвязь периферийных компонентов)
Спецификация шины PCI 1.0 (существующие спецификации шины PCI: PCI 1.0, PCI 2.0, PCI 2.1, PCI 2.2, PCI-X, Mini-PCI, PCI 2.3) была представлена компанией Intel в июне 1992 года как процессорно-независимая шина. Учитывая опыт эксплуатации шины VL-bus, разработчики PCI отказались от использования шины процессора и ввели еще одну шину между процессором и обычной шиной ввода-вывода. Вместо того чтобы подключить ее непосредственно к шине процессора, весьма чувствительной к подобным вмешательствам, они разработали новый комплект микросхем контроллеров для расширения шины. Благодаря этому шина может работать параллельно с шиной процессора (например, процессор работает оперативной памятью, а в это время по шине PCI идет обмен данными с видеоадаптером или жестким диском).
Шина PCI является синхронной 32- или 64-разрядной шиной, работающей на частоте 33 или 66 МГц (PCI-X – 133 МГц). В настоящее время 64-разрядные шины или шины с рабочей частотой 66 и 133МГц используются только в системных платах серверов или рабочих станций.
Для уменьшения числа контактов в PCI применено мультиплексирование (передача адреса и данных по одним и тем же линиям в разные моменты времени). PCI позволяет использовать платы с напряжением питания 5 и 3,3 В. Шина поддерживает несколько арбитров шины (multiply bus master). Шина PCI поддерживает автоматическое определение и конфигурирование плат расширения (Plug-n-play). Спецификация PCI позволяет создавать на одной плате многофункциональные устройства с числом функций до восьми (например, модем, звук, сетевой интерфейс и т. п.).
Максимально возможная скорость передачи данных по шине PCI составляет от 133 Мбайт/с для 32-бит/33 МГц до 533 Мбайт/с для 64-бит/66 МГц реализаций шины.
В настоящее время шина PCI является неотъемлемой частью настольных и портативных ПК архитектуры x86 и др.
Интерфейсы SCSI, их типы.
SCSI (Small Computer System Interface) — интерфейс, разработанный для объединения на одной шине различных по своему назначению устройств, таких как жёсткие диски, приводы CD, DVD, стримеры, сканеры, принтеры и т.д. Стандартом SCSI определяются физические и электрические параметры параллельной шины ввода-вывода, соединяющей компьютер с периферийными устройствами по принципу последовательного подключения. SCSI широко применяется на серверах, высокопроизводительных рабочих станциях; RAID-массивы на серверах часто строятся на жёстких дисках со SCSI-интерфейсом.
SE ( Single- ended) – однопроводная шина.
HVD ( High Voltage Differential) — дифференциальная шина высокого напряжения, устаревшая.
LVD ( Low Voltage Differential) — дифференциальная шина низкого напряжения.
Для 8-разрядной шины использовался 50-контактный кабель, для 16-разрядной шины – 68-контактный кабель.
SCSI-1
Стандартизован ANSI в 1986 г. Параллельная 8-разрядная шина; асинхронный или синхронный режим на частоте 5 МГц; скорость передачи данных 4 Мбайт/с (асинхронный режим) или 5 Мбайт/с (синхронный режим). Максимальная длина кабеля – 6 метров (SE). Максимальное число устройств – 7.
SCSI-2
Стандарт предложен в 1989 году. Максимальная длина кабеля – 3 метра (SE). Частота – 10 МГц.
SCSI-2 Fast: 8-разрядная шина; скорость передачи 10 Мбайт/с; максимум 7 устройств.
SCSI-2 Fast/Wide: 16-разрядная шина; скорость передачи 20 Мбайт/с; максимум 15 устройств.
SCSI-3
Ultra SCSI: Предложен в 1992 году. Частота 20 МГц. Пропускная способность шины составила 20 Мбайт/с для 8-разрядной шины и 40 Мбайт/с — для 16-разрядной. Максимальная длина кабеля 3 метра (SE). Максимум 7 устройств.
Ultra-2 SCSI: Предложен в 1997 году. Частота 40 МГц. Для 8-разрядной шины скорость передачи составляет 40 Мбайт/с, максимально 7 устройств. Для 16-разрядной шины скорость передачи составляет 80 Мбайт/с, максимально 15 устройств. Для достижения подобной производительности необходим новый электрический интерфейс — LVD. Схема передачи сигналов LVD позволяет увеличить длину кабеля до 12 метров.
Ultra-3 SCSI (Ultra-160 SCSI): Предложен в конце 1999 года. Частота 40 МГц. 16-разрядная шина. Скорость передачи 160 Мбайт/с. Максимум 15 устройств. Длина кабеля до 12 метров. В этот стандарт было добавлено использование CRC (Cyclic Redundancy Check) а так же подстройка по скорости. Коды CRC предназначены для устранения ошибок.
Ultra-4 SCSI (Ultra-320 SCSI)
Развитие стандарта Ultra-3 SCSI с удвоенной скоростью передачи данных – 320 Мбайт/с (частота 80 МГц).
Ultra-5 SCSI (Ultra-640 SCSI)
Предложен в начале 2003 года. Удвоенная пропускная способность (640 МБайт/сек). В связи с резким сокращением максимальной длины кабеля неудобен для использования с более чем двумя устройствами, поэтому не получил широкого распространения.
SAS пришел на его замену-является последовательным интерфейсом, как SATA, с которым совместим по интерфейсу физически.
Интерфейсы IDE, их типы.
IDE ( Integrated Drive Electronics) — это обобщающий термин, применимый практически к каждому дисководу со встроенным контроллером. В настоящий момент IDE получил официальное название АТА (AT Attachment), принятое в качестве стандарта ANSI. Поскольку в накопителе IDE контроллер встроенный, его можно подключать непосредственно к разъему на плате адаптера или на системной плате.
Стандартная шина АТА представляет собой 16-разрядный параллельный интерфейс, т.е.
по интерфейсному кабелю одновременно передается 16 бит данных (разрядов). Интерфейс SATA обеспечивает единовременную передачу по кабелю только одного бита данных, что позволяет уменьшить геометрические размеры используемого кабеля и обеспечить более высокую эффективность его работы, которая достигается за счет повышения циклической частоты передачи информации. Интерфейс SATA имеет полностью обновленную физическую архитектуру, обеспечивая при этом программную совместимость с параллельным АТА.
Начиная с АТА-1, новые версии интерфейса АТА и обновленные версии BIOS обеспечивали поддержку более емких и быстрых накопителей, а также устройств других типов, отличных от жестких дисков. В стандарте АТА-2 и всех последующих исходный интерфейс АТА был улучшен в пяти направлениях:
Вторичный канал для подключения двух устройств.
Увеличенная максимальная емкость накопителей.
Увеличенная скорость передачи данных.
Поддержка интерфейса ATAPI (ATA Packet Interface— пакетный интерфейс периферийных устройств).
Поддержка SATA.
Все версии стандарта АТА обратно совместимы, т.е. устройства АТА-1 или АТА-2 будут прекрасно работать с интерфейсом АТА-4 или АТА-5. Каждый последующий стандарт АТА основан на предыдущем.
ATA/ATAPI-4
Спецификация ATA-4 была опубликована в 1998 году. Основные нововведения стандарта ATA-4:
режим передачи данных Ultra-DMA (Ultra-ATA), обеспечивающий скорость до 33 Мбайт/с;
интегрированная поддержка ATAPI*;
поддержка расширенного управления питанием;
новый 80-жильный кабель (необязательное использование);
улучшенная BIOS с поддержкой дисков большой емкости (более 9,4 трлн. Гбайт), хотя стандарт ATA по-прежнему ограничен максимальным объемом в 136 Гбайт.
*Поначалу интерфейс АТА использовался с жёсткими дисками, но затем стандарт был расширен для работы и с другими устройствами, в основном — использующими сменные носители. К числу таких устройств относятся приводы CD-ROM и DVD-ROM и т.п. Этот расширенный стандарт получил название Advanced Technology Attachment Packet Interface (ATAPI), в связи с чем полное наименование стандарта выглядит как ATA/ATAPI.
ATA/ATAPI-5
режим передачи Ultra-DMA (UDMA), рассчитанный на скорость до 66 Мбайт/с (так называемая спецификация UDMA/66 или Ultra-ATA/66);
80-жильный кабель, необходимый для работы в режиме UDMA/66.
ATA/ATAPI-6
Режимы передачи Ultra-DMA (UDMA), позволяющие передавать данные со скоростью до 100 Мбайт/с (так называемая спецификация UDMA/100, Ultra-ATA/100). Скорость пакетной передачи протокола Ultra-ATA удвоена за счет сокращения времени синхронизации и повышения частоты.
ATA/ATAPI-7
Режим передачи, получивший название UDMA Mode 6, который позволяет передавать данные со скоростью 133 Мбайт/с. Еще одним существенным изменением является включение в стандарт ATA-7 спецификации Serial ATA 1.0 (150 Мбайт/с).
Serial ATA II (300 Мбайт/с).
Serial ATA III (600 Мбайт/с).
ДОПОЛНИТЕЛЬНО! В настоящее время применяется два типа кабелей IDE— 40- и 80-жильные. В обоих используются 40-контактные разъемы, а остальные проводники в 80-жильном кабеле заземлены. Такое конструктивное решение позволяет снизить уровень помех в высокоскоростных интерфейсах UltraATA/66 или более новых. Новый 80-жильный кабель обратно совместим с 40-жильным.
Регистры процессора.
В АЛУ имеется набор программно доступных быстродействующих ячеек памяти, которые называются регистрами процессора (памяти). Эти регистры составляют основу архитектуры CPU. Среди обязательного набора регистров отметим следующие:
Регистры данных (служат для временного хранения промежуточных результатов при выполнении операций);
Регистр аккумулятор (служит для временного хранения результата выполнения команды);
Регистр-указатель стека (используется при операциях со стеком, т.е. такой структуры данных, которая работает по принципу «последним вошел, первым вышел», стек используется для организации подпрограмм);
Индексные регистры (указательные, базовые) (служат для хранения и вычисления адресов операндов памяти);
Регистры счетчики (используются для организации циклических участков в программах);
Регистры общего назначения (используются для любых целей и их назначение определяет программист при написании программы);
Кол-во регистров и связи между ними оказывают влияние на технологические сложности и стоимость CPU. С другой стороны наличие большого кол-ва регистров с богатым набором возможностей упрощает программирование и повышает гибкость ПО.
28.Функционирование ЭВМ с шинной организацией. Инициализация. /!\
Ищем в лекциях аналогичный вопрос.
Типы кэш-памяти ПК.
Кэш (англ. cache, произносится kæʃ кЭш) — промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий копию той информации, которая хранится в памяти с менее быстрым доступом, но с наибольшей вероятностью может быть оттуда запрошена. Доступ к данным в кэше идёт быстрее, чем выборка исходных данных из медленной памяти или их перевычисление, за счёт чего уменьшается среднее время доступа.
Кэш-памятью управляет специальное устройство — контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. При этом возможны как "попадания", так и "промахи". В случае попадания, то есть, если в кэш подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэше отсутствует, то процессор считывает её непосредственно из оперативной памяти. Соотношение числа попаданий и промахов определяет эффективность кэширования.
Кэш-память реализуется на микросхемах статической памяти SRAM (Static RAM), более быстродействующих, дорогих и малоёмких, чем DRAM (SDRAM). Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память, так называемый кэш первого уровня размером 8, 16 или 32 Кбайт и выше. Кроме того, на системной плате компьютера может быть установлен кэш второго уровня ёмкостью 256, 512 Кбайт и выше.
Кэш (cache) или сверхоперативная память — очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и менее быстродействующей оперативной памятью.
Кэш-памятью управляет специальное устройство — контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. При этом возможны как "попадания", так и "промахи". В случае попадания, то есть, если в кэш подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэше отсутствует, то процессор считывает её непосредственно из оперативной памяти.
Кэш-память реализуется на микросхемах статической памяти SRAM (Static RAM), более быстродействующих, дорогих и малоёмких, чем DRAM (SDRAM).
В современных ПК используются два уровня кэш-памяти, получившие название кэш-памяти первого (L1) и второго (L2) уровней (в некоторых серверных процессорах, например Itanium, применяется кэш-память третьего уровня — L3).
В процессе работы самые необходимые данные размещаются в кэше первого уровня. Поскольку объем данных в кэше первого уровня невелик, есть высокая вероятность, что необходимых процессору данных там не окажется. В случае отсутствия необходимых данных инициируется обращение в кэш второго уровня. Если нужные данные там есть, они копируются в кэш первого уровня по шине шириной 256 бит. Эта технология получила название Advanced Transfer Cache. Очевидно, что механизм кэширования является инклюзивным. То есть данные, содержащиеся в кэш-памяти первого уровня, отображаются в кэш-памяти второго уровня. Процессоры AMD имеют эксклюзивный кэш: данные не повторяются. Если необходимых данных в кэше второго уровня не найдено, направляется запрос в оперативную память. Время реакции оперативной памяти намного больше, нежели время реакции кэша второго уровня. С позиции эффективности конвейера процессора, запрос в оперативную память — это катастрофа, поскольку характерное время поступления данных из оперативной памяти исчисляется сотнями процессорных тактов. Именно поэтому крайне необходим механизм предзагрузки, который должен заблаговременно начать доставку нужных данных. Размер кэша второго уровня для ядра Willamette составляет 256 Кбайт, для ядра Northwood — 512 Кбайт, для ядра Prescott — 1024 Кбайт. В системе класса Pentium (Socket 7) кэш-память второго
уровня установлена на системной плате, т.е. работает на тактовой частоте системной платы (66 МГц, или 15 нс). Современные процессоры содержат встроенную кэш-память второго уровня, которая работает на той же скорости, что и ядро процессора, причем скорости кэш-памяти первого и второго уровней одинаковы.
Модификация процессора Pentium 4 ЕЕ содержит кэш третьего уровня объемом 2048 Кбайт. Этот кэш подключен к ядру 64-битной шиной, задержки обращения к нему выше, нежели к кэш-памяти второго уровня. Тем не менее, во многих случаях его наличие заметно повышает производительность, поскольку кэш третьего уровня все равно превосходит по скорости оперативную память.
Порты COM, LPT и другие.
Аппаратный порт (в компьютерном оборудовании) — разъём специализированного типа, предназначенный для подключения оборудования определённого типа. Обычно портами называют разъёмы, предназначенные для работы переферийного аппаратного обеспечения, существенно разделённого от архитектуры компьютера (например, сетевые разъёмы не называют портами, так же как не называют портами разъёмы PCI/ISA/AGP/VLB/PCI-E шин, разъёмы для оперативной памяти и процессора).
Последовательный порт или COM-порт (произносится «ком-порт», от англ. COMmunication port) — двунаправленный последовательный интерфейс, предназначенный для обмена байтовой информацией.
Последовательным данный порт называется потому, что информация через него передаётся по одному биту, бит за битом (в отличие от параллельного порта). Хотя некоторые другие интерфейсы компьютера — такие как Ethernet, FireWire и USB — также используют последовательный способ обмена, название «последовательный порт» закрепилось за портом, имеющим стандарт RS-232C, и предназначенным изначально для обмена информацией с модемом.
Наиболее часто для последовательного порта персональных компьютеров используется стандарт RS-232C. Ранее последовательный порт использовался для подключения терминала, позже для сканера, модема или мыши. Сейчас он используется для соединения с источниками бесперебойного питания, для связи с аппаратными средствами разработки встраиваемых вычислительных систем.
С помощью COM-порта можно соединить два компьютера, используя так называемый «нуль-модемный кабель».
Наиболее часто используются Д-образные разъёмы: 9-ти и 25-тиконтактные, (DB-9 и DB-25 соответственно). Раньше использовались также DB-31 и круглые восьмиконтактные DIN-8. Максимальная скорость передачи обычно составляет 115 200 бод.
IEEE 1284 (порт принтера, параллельный порт, англ. Line Print Terminal, LPT) — международный стандарт параллельного интерфейса для подключения периферийных устройств персонального компьютера.
В основном используется для подключения к компьютеру принтера, сканера и других внешних устройств (часто использовался для подключения внешних устройств хранения данных), однако может применяться и для других целей (организация связи между двумя компьютерами, подключение каких-либо механизмов телесигнализации и телеуправления).
В основе данного стандарта лежит интерфейс Centronics и его расширенные версии (ECP, EPP).
Название «LPT» образовано от наименования стандартного устройства принтера «LPT1» (Line Printer Terminal или Line PrinTer) в операционных системах семейства MS-DOS.
Разъёмы. Кабельный 36-контактный разъём Centronics для подключения внешнего устройства (IEEE 1284-B)
25-контактный разъём DB-25, используемый как LPT-порт на персональных компьютерах (IEEE 1284-A)
Порт на стороне управляющего устройства (компьютера) имеет 25-контактный 2-рядный разъём DB-25-female (IEEE 1284-A). На периферийных устройствах обычно используется 36-контактный разъём Centronics (IEEE 1284-B), поэтому кабели для подключения периферийных устройств к компьютеру по параллельному порту обычно выполняются с 25-контактным разъёмом DB-25-male на одной стороне и 36-контактным IEEE 1284-B на другой (AB-кабель). Изредка применяется AC-кабель с 36-контактным разъемом MiniCentronics (IEEE 1284-C).
Существуют также CC-кабеля с разъёмами MiniCentronics на обоих концах, предназначенные для подключения приборов в стандарте IEEE 1284-II, который применяется редко.
Длина соединительного кабеля не должна превышать 3 метров. Конструкция кабеля: витые пары в общем экране, либо витые пары в индивидуальных экранах. Изредка используются ленточные кабели.
Для подключения сканера, и некоторых других устройств используется кабель, у которого вместо разъема (IEEE 1284-B) установлен разъем DB-25-male. Обычно сканер оснащается вторым интерфейсом с разъемом DB-25-female (IEEE 1284-A) для подключения принтера (поскольку обычно компьютер оснащается только одним интерфейсом IEEE 1284). Схемотехника сканера построена таким образом, чтобы при работе с принтером сканер прозрачно передавал данные с одного интерфейса на другой.
PS/2 PS/2 (Personal System) — серия персональных компьютеров компании IBM на процессорах Intel 286 и 386 серий, выпускавшаяся с апреля 1987 г. Основной рыночной задачей серии PS/2 было вытеснение с рынка персональных IBM-совместимых компьютеров других производителей. Главным способом достижения этой цели стало использование закрытых стандартов, в том числе шины MCA (Micro Channel Architecture), не допускающих их использование сторонними разработчиками без дорогого лицензирования. Однако ожидания компании не оправдались — старые открытые технологии были усовершенствованы конкурентами IBM и оказались более живучими.
Тем не менее, ряд новшеств PS/2 прижились:
· новые разъёмы мыши и клавиатуры
· дискеты 3,5″ вместо старых 5″
· стандарт VGA
· модули SIMM с 72 контактами
· операционная система OS/2
· кодовая страница 850 (для западноевропейских языков) вместо 437
Существуют одноименные порты для клавиатуры и мыши.
Игровой порт ( Game- port/ MIDI- port) — разъем ввода/вывода, применяется для подключения игрового манипулятора или музыкального синтезатора.
Game-port появился очень давно — вскоре после разработки первых IBM PC. У классической Amiga игровых портов было два: для мыши и для джойстика.
Игровой порт поддерживает следующие аналоговые сигналы: четыре оси (Х1, Y1, Х2. Y2) и четыре кнопки. Все, что выходит за эти рамки, поддерживается в цифровом виде при помощи специальных нестандартных интерфейсов.
Современные манипуляторы оснащаются более универсальным интерфейсом USB.
Достоинства
· Надёжность связанная с конструктивом разъёма и защитой по питанию в большинстве материнских плат
· Поддержка в большинстве существующих ОС (UNIX, DOS, AmigaOS, Microsoft Windows и Windows NT, ОС на ядре Linux и др.)
Недостатки
· Низкая пропускная способность порта
· Ограниченные возможности (отсутствие «AutoFire», и т. д.)
· Большая загрузка ЦП (только PC-архитектура, на Amiga — специальный чип)
Разъем – 15-штырьковый.
Что такое CMOS.
Обычно BIOS находится в отдельной микросхеме системной платы. Кроме того, на системной плате расположена так называемая микросхема RTC/NVRAM, содержащая в себе часы истинного времени и энергонезависимую память. По сути, эта микросхема представляет собой цифровой датчик времени с несколькими дополнительными байтами памяти. Обычно она называется CMOS-микросхемой.
Несмотря на то, что она называется энергонезависимой, при выключенном питании параметры времени/даты и данные, находящиеся в памяти, будут уничтожены. Сила тока, потребляемого большинством микросхем RTC/NVRAM, не превышает одного микроампера (миллионной доли ампера), поэтому для их работы достаточно одной небольшой батареи. При загрузке программы BIOS Setup и последующем конфигурировании/сохранении параметров жесткого диска или других устройств, установочные параметры системы записываются в соответствующую область памяти RTC/NVRAM (или, говоря иначе, CMOS RAM). При каждой загрузке системы для определения ее конфигурации проводится считывание параметров, хранящихся в микросхеме CMOS RAM. Несмотря на существование определенной связи между базовой системой ввода-вывода (BIOS) и CMOS RAM, это абсолютно разные компоненты.
CMOS RAM. Характерная особенность памяти этого типа состоит в том, что её содержимое не должно удаляться или быть повреждено при отключении питания компьютера. Микросхема CMOS RAM постоянно находится во включенном состоянии благодаря резервному питанию от аккумулятора.
Содержание памяти (установка конфигурации и показания часов) можно изменять с помощью программы SETUP, которая вызывается в процессе начальной загрузки компьютера.
КМОП (К-МОП; комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник; англ. CMOS, Complementary-symmetry/metal-oxide semiconductor) — технология построения электронных схем. В технологии КМОП используются полевые транзисторы с изолированным затвором с каналами разной проводимости. Отличительной особенностью схем КМОП по сравнению с биполярными технологиями (ТТЛ, ЭСЛ и др.) является очень малое энергопотребление в статическом режиме (в большинстве случаев можно считать, что энергия потребляется только во время переключения состояний).
Отличие шины PCI от VLB
См. вопрос 21.
Отличие шины ISA от EISA.
См. вопрос 21.
Закон Мура
Зако́н Му́ра — эмпирическое наблюдение, сделанное в 1965 году (через шесть лет после изобретения интегральной схемы), в процессе подготовки выступления Гордоном Муром (одним из основателей Intel). Он высказал предположение, что число транзисторов на кристалле будет удваиваться каждые 24 месяца. Представив в виде графика рост производительности запоминающих микросхем, он обнаружил закономерность: новые модели микросхем разрабатывались спустя более или менее одинаковые периоды (18—24 мес.) после появления их предшественников, а ёмкость их при этом возрастала каждый раз примерно вдвое. Если такая тенденция продолжится, заключил Мур, то мощность вычислительных устройств экспоненциально возрастёт на протяжении относительно короткого промежутка времени.
Это наблюдение получило название «закон Мура». Существует масса схожих утверждений, которые характеризуют процессы экспоненциального роста, также именуемых «законами Мура». К примеру, менее известный «второй закон Мура», введённый в 1998 году Юджином Мейераном, который гласит, что стоимость фабрик по производству микросхем экспоненциально возрастает с усложнением производимых микросхем. Так, стоимость фабрики, на которой корпорация Intel производила микросхемы динамической памяти ёмкостью 1 Кбит, составляла $4 млн, а оборудование по производству микропроцессора Pentium по 0,6-микронной технологии c 5,5 млн транзисторов обошлось в $2 млрд. Стоимость же Fab32, завода по производству процессоров на базе 45-нм техпроцесса, составила $3 млрд.
В книге «Искусство схемотехники» Хилла и Хоровица (1980 годы) приводится образное сравнение — если бы Боинг 747 прогрессировал с такой же скоростью, с какой прогрессирует твердотельная электроника, то он умещался бы в спичечном коробке и облетал бы без дозаправки земной шар 40 раз. С момента формулировки закона Мура прошло более 40 лет. Несмотря на некоторые колебания в периоде удвоения, закон Мура продолжает работать (2009 г.). В 2007 году Мур заявил — очевидно, что его закон скоро перестанет действовать из-за атомарной природы вещества и ограничения скорости света.
Шина USB, её особенности.
USB (англ. Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина) — последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств.
Для подключения периферийных устройств к шине USB используется четырехпроходный кабель, при этом два провода (витая пара) в дифференциальном включении используются для приёма и передачи данных, а два провода — для питания периферийного устройства. Благодаря встроенным линиям питания, USB позволяет подключать периферийные устройства без собственного источника питания (максимальная сила тока, потребляемого устройством по линиям питания шины USB, не должна превышать 500 мА).
К одному контроллеру шины USB можно подсоединить до 127 устройств по топологии «звезда», в том числе и концентраторы, к которым можно еще присоединить 127 устройств
В настоящее время широко используются устройства, выполненные в соответствии со спецификацией USB 2.0. Ведётся внедрение в производство устройств спецификации USB 3.0.
Спецификации для USB 1.0 были представлены в ноябре 1995 года. Разработка USB поддерживалась Intel, Microsoft, Philips и US Robotics. На тот момент для подключения внешних периферийных устройств к персональному компьютеру использовалось несколько «традиционных» (англ. legacy) интерфейсов:
· PS/2;
· последовательный порт;
· параллельный порт;
· порт для подключения джойстика (англ. game port);
· SCSI.
Изначально планировалось, что USB заменит все эти интерфейсы.
Спецификации:
1.0 –> 1,2 Мб/сек;
1.2 –> 12 Мб/сек;
2.0 –> 480 Мб/сек (60 МБ/сек);
3.0 –> 4,8 Гбит/с
GoTheTo – стандарт подключения устройств, минуя ПК (фотоаппарат-принтер).
USB wireless — технология USB (официальная спецификация доступна с мая 2005 года). Позволяет организовать беспроводную связь с высокой скоростью передачи информации (до 480 Мбит/с на расстоянии 3 метра и до 110 Мбит/с на расстоянии 10 метров).
Недостатки. Хотя пиковая пропускная способность USB 2.0 составляет 480 Мбит/с (60 Мбайт/с), на практике обеспечить пропускную способность, близкую к пиковой, не удаётся. Это объясняется достаточно большими задержками шины USB между запросом на передачу данных и собственно началом передачи. Например, шина FireWire хотя и обладает меньшей пиковой пропускной способностью 400 Мбит/с, что на 80 Мбит/с меньше, чем у USB 2.0, в реальности позволяет обеспечить бо́льшую пропускную способность для обмена данными с жёсткими дисками и другими устройствами хранения информации.
Описания своего ПК и материнской платы (описание МВ).
Ещё разок внимательно читаем практическое занятие.
Примечание.
/!\– этот символ в оглавлении означает, что тема ПОЛНОСТЬЮ разобрана в лекциях.
Оглавление
Оглавление. 3
Лекции. 6
Лекция №1. 6
06.02.09. 6
История создания компьютерной техники. 6
Лекция №2. 7
13.02.09. 7
Поколения ЭВМ. 8
Лекция №3. 8
20.02.09. 8
Классификация ЭВМ по принципу действия. 9
Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям. 10
26.02.09. 11
Создание ПК.. 11
13.03.09. 12
Персональные компьютеры.. 13
Классификация ПК по поколениям процессоров. 14
20.03.09. 14
Классификация ПК по типу используемого процессора. 16
Классическая архитектура фон Неймана. 16
Функционирование ЭВМ с шинной организацией. 17
03.04.09. 17
Память компьютера. 20
Практическое занятие. 20
09.04.09. 20
Особенности подключения, сборки и установки компонентов в системном блоке ПК. 20
Форм-факторы материнской платы. 22
Установка модулей памяти. 23
Батарейка материнской платы.. 23
Разъёмы панели управления на материнской плате. 23
Двухканальная память. 23
Universal Serial Bus 24
Продолжение Лекции №6. 24
10.04.09. 24
Обобщенный алгоритм функционирования классической ЭВМ. 24
Основные термины и определения для ПК IBM PC. 26
Внешние интерфейсы.. 26
Типы корпусов для ПК. 27
Форм-факторы материнской платы. 27
Процессор стандартной загрузки ПК.. 28
Чипсеты для материнской платы.. 29
Экзамен по вопросам. 34
1.Принципы построения ЭВМ по Фон Нейману /!\ 34
2.Классификация ЭВМ по принципу действия /!\ 34
3.Классификация ЭВМ по этапам создания. 35
4.Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям /!\ 37
5.Персональные компьютеры, виды и типы /!\ 37
6.Классификация ПК по поколениям процессоров /!\ 37
7.Классификация ПК по типу используемого ЦП ( RISC и CISC ) /!\ 37
8.Обобщенный алгоритм функционирования классической ЭВМ /!\ 38
9.ЭВМ с канальной организацией. 38
10.Основные команды ЭВМ.. 38
11.Определения «Организация ЭВМ» и «Конфигурация ЭВМ», «Архитектура ЭВМ». 39
12.Шинная организация ЭВМ (упрощенная схема). /!\ 40
13.Принцип работы АЛУ. 40
14.Работа устройства управления (УУ) в составе ЦП. 41
15.Система шин ЭВМ. 41
16.Алгоритм функционирования ЭВМ с шинной организацией. /!\ 41
17.Достоинства и недостатки шины VLB. 41
18.Что такое POST. 42
19.Что такое BIOS. 44
20.Отличие SIMM и DIMM. 45
21.Архитектура шин ЭВМ (ISA, EISA, VLB, PCI). 47
22.Накопители на гибких и жестких дисках. 50
23.Интерфейсы SCSI, их типы. 52
24.Интерфейсы IDE, их типы. 53
25.Контроллеры, типы, назначения. 55
26.Команды для работы с подпрограммами. Стек. 57
27.Регистры процессора. 58
28.Функционирование ЭВМ с шинной организацией. Инициализация. /!\ 59
29.Достоинства и недостатки ЭВМ с шинной и канальной организацией. 59
30.Устройства памяти и где они используются в ЭВМ. 61
31.Что такое AGP, его модификации, особенности. 61
32.Типы кэш-памяти ПК. 64
33.Порты COM, LPT и другие. 66
34.Что такое CMOS. 68
35.Отличие шины PCI от VLB.. 69
36.Отличия шины PCI и PCI-express. 70
37.Отличие шины ISA от EISA. 70
38.Классификация поколений ЭВМ на основе элементной базы.. 71
39.История развития ЭВМ /!\ 71
40.Емкость ОЗУ и HDD для различных операционных систем (ОС) 71
41.Закон Мура. 71
42.Кризис в дальнейшем развитии классической структуры ЭВМ.. 72
43.Состав и устройство ПК. Типы корпусов для ПК.. 74
44.Состав и устройство ПК. Форм-факторы материнских плат их особенности. 75
45.Компоненты материнских плат для ПК. Контроллер прерывания. 76
46.Каналы прямого доступа к памяти. 77
47.Архитектура МВ для Pentium (Чипсет Intel 440BX) /!\ 79
48.Архитектура МВ для Pentium ( Intel 810) /!\ 79
49.Архитектура современных материнских плат. /!\ 79
50.Основные правила по сборки ПК и подключению его компонентов. /!\ 79
51.Установка ОС Windows на ПК, особенности. 80
52.Шина USB, её особенности. 81
53.Шина ЕЕ1349, её особенности. 82
54.Устройства памяти CD-ROM & DVD-ROM. 84
55.Современные интерфейсы WiFi, Bluetooth. 87
56.Описания своего ПК и материнской платы (описание МВ). 91
Лекции
Лекция №1
06.02.09
1. В информатике нет ничего постоянного, кроме постоянных переменных.
2. Любая машина (ЭВМ) стоит лишь столько, сколько стоит человек, который на ней работает. (Роберт Виннер)
История создания компьютерной техники.
Первым механическим счетным устройством было суммирующее устройство, созданное Блезом Паскалем в 1632 году на основе часового механизма и называлась «Паскалина» (автору было всего 19 лет) для папы, сборщика налогов.
До этого были абаки, счеты.
Калькулятор (лат. calca – галька, камень.)
Великий немецкий математик Готфрид Лейбниц (1646-1716) начал искать и изобретать средства для механизации вычислительных работ. Он говорил: «Это не достойно таких замечательных людей, подобно рабам терять время на вычислительную работу, которую можно было бы доверить кому угодно при использовании машин». Лейбниц построил вычислительную машину, работающую в десятичной системе, обошлась она ему в 24 тысячи талеров (довольно много). Машина была деревянная, проблема заключалась в том, что невозможно было изготовить деревянные шестеренки с требуемой точностью.
В дальнейшем разработал вычислительную машину на двоичной системе, которая так и не была реализована.
Первую программу для машины Лейбница разработала Ада (дочка поэта Байрона; можно с уверенностью сказать, что она была первым программистом).
Идею Лейбница об использовании двоичной системы в вычислительных машинах остаётся забытой в течение 250 лет и только в 1931 году цифровые шестерёнки с восемью позициями запатентует во Франции Р. Вальта.
Впервые состав и назначение функциональных средств автоматической вычислительной машины определил в 1834 году английский математик и экономист Чарльз Беббидж (1792-1871) в своём неосуществленном проекте аналитической машины. Он содержал более 200 чертежей различных узлов , из которых особо надо выделить:
1) хранилище для чисел (в современных ЭВМ - память)
2) устройство для производства арифметических действий (в совр. – АЛУ – арифметическое логическое устройство); сам Беббидж называл её «фабрика».
3) устройство, управляющее операциями, включая перенос чисел из одного места в другое.
4) устройство для ввода и вывода чисел.
С 1834 года и до конца жизни он работал над проектом аналитической машины, не пытаясь её построить. Только в 1906 году его сын выполнил демонстрационные модели некоторых частей. Если бы машина была построена, то по оценкам Беббиджа на сложение и вычитание потребовалось 2 секунды, на умножение и деление 1 минута.
«Можно с полным основанием сказать, что аналитическая машина ткет образы, как ткацкий станок Шаккара ткет цветы и листья на полотне».
Ада Лавлейс.
Лекция №2
13.02.09
В 1890 г. бюро переписи населения США использовало перфокарты и механизмы сортировки, разработанные Германом Голлеритом, чтобы обработать поток данных десятилетней переписи. Компания Голлерита в конечном счета стала ядром фирмы IBM.
Первые электромеханические цифровые компьютеры были разработаны в Германии Конрадом Цузе и имели обозначение “Z”. Будучи студентом, он увлекся вычислительными устройствами, первое устройство он сделал механическим, оно работало по аналогии с машиной Беббиджа. После этого он сконструировал машину Z-1, которая работает на реле. В 1936 году Конрад Цузе начал работы над своим первым вычислителем, имеющим память и возможность программирования. В1941 году была построена машина Z-3, было использовано телефонное реле, она могла работать с числами, с плавающей запятой, использовала двоичную систему счисления. Программы на Z-3 хранились на перфорированной плёнке (фотопленке), и эта машина использовалась для расчета крыла ФАУ-1. В 1944 году была сконструирована Z-4, которая весила 1,5 тонны и так же использовалась для аэродинамических расчетов. В двух патентах 1936 года Конрад Цузе упоминал, что машинные команды могут храниться в той же памяти, что и данные, таким образом предугадав идеи архитектуры фон Неймана, которые были реализованы в 1949 году. В 1941-42 годах в Англии была построена машина Колосс, она состояла из электронных ламп и реле и использовала принципы Тьюринга. Данная машина использовалась во время войны для взломов немецких шифров. В 1942 году в США начали строить машину ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator). Основными разработчиками были Джон Маучли и Джон Проспер Энкер. Машина состояла из 18 тысяч электронно-вакуумных ламп, 1,5 тысячи реле (электромеханических), имела производительность 5 тысяч операций в секунду, занимала площадь с баскетбольную площадку, весила 30 тонн, потребляла энергию 150 кВт. Разрабатывала расчеты таблиц стрельбы корабельной артиллерии. После войны – для расчета водородной бомбы.
Поколения ЭВМ.
В основе классификации ЭВМ лежит принцип элементной базы.
Первое поколение ЭВМ. (1937-1953). Первой работающей ЭВМ с архитектурой фон Неймана стала машина “ Baby” – 1948 г. 1949 год – машина МАРК-1, использовался магнитный барабан и трубки Уильямса в качестве элементов памяти индексные регистры (регистры – электронная сборка из триггеров).
Первый универсальный программируемый компьютер был создан в 1947-51 годах командой ученых под руководством Лебедева Сергея Александровича в Киевском научном центре (МЭСМ – Малая Электронная Счетная Машина).
В том же 1951 году появилась серийная МЭСМ, она содержала 6 тысяч электронных ламп, выполняла около 3 тысяч операций в секунду и потребляла 15 кВт энергии. В 1953 году была построена БЭСМ, быстродействием 8-10 тысяч операций в секунду. В этот период советские машины были самыми быстрыми. В 1955 году Морис Уилс изобрёл микропрограммирование. Это принцип, который позднее стал использоваться в микропроцессорах. Микропрограммирование позволяет определять или расширять базовый набор команд с помощью встроенных команд (микрокодов). В 1956 году IBM впервые продаёт устройства для хранения информации на магнитных дисках (назывались RAMAC), в котором используется 50 металлических дисков, диаметром 24 дюйма по 10 дорожек с каждой стороны. Хранило до 5 Мб данных и стоило 10 тыс у.е.
Второе поколение ЭВМ. (1950-1960) В качестве элементной базы используются транзисторы, которые были изобретены в 1947 году. Они пришли на замену электровакуумных ламп. Транзисторы позволили уменьшить размеры и потребление энергии, так же повысили надежность ЭВМ. Например, машина IBM 1620, сменившая ЭВМ IBM 650 была размером с офисный стол (скорость переключения транзисторов в ней была 0,3 миллисекунды).
Лекция №3.
20.02.09
В 1959 году фирма IBM выпустила машины IBM-7090 и IBM-1401, собранные на транзисторах. IBM-1401 использовалась с перфокартами, была самой популярной того времени. Всего было выпушено 12 тысяч экземпляров.
В СССР были построены ЭВМ на транзисторах различных назначений: малые ЭВМ (МИР); средние, со скоростью работы 5-30 тысяч операций в секунду (Минск-22, Минск-32, Раздан-2). Большие ЭВМ (БЭСМ-4, М220), а так же лучшая в мире на тот момент БЭСМ-6, со скоростью до 1 миллиона операций в секунду. В 1960 году фирма DEC выпустила PDD-1, предназначенную для использования в лабораториях при научных исследованиях.
Третье поколение ЭВМ (60-70е годы). В 60-е годы возникли новые технологии электроники, что позволило в один корпус (микросхему) интегрировать до десяти тысяч транзисторов. Это привело к появлению ЭВМ третьего поколения. В СССР с 1972 года начался выпуск ЭВМ ЕС-ЭВМ (Единая Серия). С малой степенью интеграции (на корпус). Первый ряд ЕС-ЭВМ: ЭС-ЭВМ 1022, 1030, 1052, 1025, 1035, 1045, 1055, 1066. На данных ЭВМ использовалась внешняя память на магнитных дисках и лентах. Уже использовались развитые ОС (пакетные, раздельные, реального времени), так же использовалось много языков программирования высокого уровня. Быстродействие – 20-30 миллионов операций в секунду.
Четвертое поколение ЭВМ (70-80 годы). Микросхемы БИС, СБИС, (Большая Интегральная Схема, Самая Большая <…>). Использовалось более 10 тысяч транзисторов на корпус, что привело к разработке микроконтроллеров, микропроцессоров и ПК. Это увеличило надежность ЭВМ в десятки раз. В производстве процессоров появилось несколько направлений: CISC и RISC (с расширенным [полным] и сокращенным набором команд соответственно.)
Из отечественных ЭВМ 4-го поколения являлись машины семейства «Эльбрус» (использовались для военных целей). Из отечественных ПК можно выделить Искра-1030, ДВК-1 (далее 2 и 3). ЭВМ четвёртого поколения отличались большим быстродействием и надежностью.
Пятое поколение ЭВМ (80-90 годы) (Японский проект) Цель данного проекта – стремление создания эпохальных компьютеров, с производительностью суперкомпьютеров и мощными функциями искусственного интеллекта, управления голосом.
Классификация ЭВМ по принципу действия
Аналогово-Цифровая Вычислительная Машина – непрерывного действия, работает с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой форме), т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (обычно электрического напряжения). Аналоговые машины просты и удобны в эксплуатации, программирование задач для решения на них нетрудоёмкое. Скорость задач изменяется по желанию оператора, но точность решения очень низкая. Относительная погрешность 2-5%. На аналоговых машинах наиболее эффективно решать задачи с дифференциальными уравнениями, не требующей серьёзной логики.
Цифровые Вычислительные Машины – машины дискретного действия, работающей с информацией, представленные в дискретной (цифровой) форме.
Гибридные Вычислительные Машины – комбинированного действия, работают с информацией, представленной как в аналоговой, так и в цифровой форме (совмещая достоинства обоих классов машин). ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродвижущимися техническими комплексами, как военными, так и гражданскими.
Дата: 2019-02-02, просмотров: 485.
