МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ
Бердичівськийполітехнічний коледж
КОНТРОЛЬНАРОБОТА
№ 1 здисципліни
«Архітектуракомп'ютерів»
курс IV
(варіант №14)
студента групиПЗС-404
ТОМАШОВА Олега Вікторовича
Перевірив викладачВ.Ю. КОЗІК
м. Бердичів,2006 р.
Зміст
1. Параметрипроцесорів
2. Загальні відомостіформфакторів системних плат
3. СистемиPlug&Play. Вибір системної плати
4. Поколіннямікропроцесорів
Список використаноїлітератури
1. Параметри процесорів
Принципмікропрограмного керування забезпечує найбільшу гнучкість приорганізації багатофункціональних мікропроцесорних модулів і шляхом певноїкомбінації мікрокоманд дає змогу здійснити проблемну орієнтацію мікроЕОМ.Завдяки цьому принципу є можливість використовувати макрооперації в МПС таефективніше виконувати команди і програми, ніж при використанні підпрограм.
Мікропрограмнекерування підвищує гнучкість пристроїв за рахунок можливості змінимікропрограм, збільшує регулярність структури пристроїв за рахунок широкоговикористання матричних структур типу пам’яті, забезпечує паралельнерозв’язування задач за розосередженого керування та розподіленості пам’яті,підвищує надійність пристроїв за рахунок використання чіпів пам’яті, спрощуєконтроль функціонування пристроїв, тому що контроль блока мікропрограмногокерування зводиться до контролю вмісту запам’ятовуючого пристрою
“Мозком”персонального комп’ютера є мікропроцесор, або центральний процесор — CPU (CentralProcessing Unit). Мікропроцесор виконує обчислення і обробку даних (за виняткомдеяких математичних операцій, здійснюваних в комп’ютерах, що мають сопроцесор)і, як правило, є найдорожчою мікросхемою комп’ютера. У всіх PC – суміснихкомп’ютерах використовуються процесори, що підтримують сімейство мікросхемIntel, але випускаються і проектуються вони не тільки самою Intel, але ікомпаніями AMD, Cyrix, IDT і Rise Technologies.
КомпаніяIntelасоціюєтьсяз винаходом першого процесора і його появою на ринку. Але, не дивлячись на це,два найвідоміших в кінці 70-х років процесора, використовуваних в ПК, неналежали Intel. У персональних комп’ютерах того часу найчастішевикористовувалися процесори Z-80 компанії Zilog і 6502 компанії Rise Technologies. Процесор Z-80 був поліпшеним і дешевшим аналогом процесора 8080. Сьогодніподібна ситуація відбулася з численними клонами процесорів Intel Pentium, створенимикомпаніями AMD, Cyrix (тепер VIA), IDT і Rise Technologies. Більш того, в деяких випадках аналог набував більшупопулярність, ніж оригінал. Компанія AMD протягом минулогороку зайняла значну частину ринку, одержавши в результаті великий прибуток.
Зорянагодина компаній Intel і Microsoft наступила в 1981 році, коли IBM випустила першийперсональний комп’ютер IBM PC з процесором Intel 8088 (4,77 Мгц) і операційною системою Microsoft DiskOperating System (DOS) версії 1.0. З цієї митою практично у всі персональні комп’ютеривстановлюються процесори Intel і операційні системи Microsoft.
Першийпроцесор був випущений за 10 років до появи першого комп’ютера IBM PC. Він буврозроблений компанією Intel, з ім’ям Intel 4004, а його випуск відбувся 15 листопаду 1971 року. Робочачастота цього процесора складала всього 108 кГц (0,108 Мгц!). Вінмістив 2 300 транзисторів і вироблявся за 10 – мікронною технологією. Шинаданих мала ширину 4 розряди, що дозволяло адресувати 640 байт пам’яті.Цей процесор призначався для використання в програмованих калькуляторах.
Уквітні 1972 року Intel випустила процесор 8008, який працював на частоті 200 кГц. Він містив 3 500 транзисторіві вироблявся все за тією ж 10 – мікронною технологією. Шина даних була 8 –розрядною, що дозволяло адресувати 16 Кбайт пам’яті. Цейпроцесор призначався для використання в терміналах і програмованихкалькуляторах.
Наступнамодель процесора, 8080, була анонсована в квітні 1974 року. Цей процесормістив 6 000 транзисторів і міг адресувати вже 64 Кбайтпам’яті. На ньому був зібраний перший персональний комп’ютер Altair 8800. У цьомукомп’ютері використовувалася операційна система СР/М, а Microsoft розробила длянього інтерпретатор мови BASIC. Це була перша масова модель комп’ютера, для якого були написанітисячі програм.
Зчасом процесор 8080 став настільки відомий, що його почали копіювати. В кінці 1975 років декількаколишніх інженерів Intel, що займалися розробкою процесора 8080, створили компаніюZilog. У липні 1976 року ця компанія випустила процесор Z-80, який був значно поліпшеноюверсією 8080. Він був не сумісний з 8080 по контактних виводах,але поєднував в собі безліч різних функцій, наприклад інтерфейс пам’яті і схемуоновлення ОЗУ (RAM), що дозволяло розробити дешевші і простіші комп’ютери. УZ-80 був також включений розширений набір команд процесора 8080, що дозволяввикористовуватийого програмне забезпечення, До цього процесора увійшли нові команди івнутрішні регістри, тому програмне забезпечення, розроблене для Z-80, моглобути використане практично зі всіма версіями 8080. Спочатку процесор Z-80працював на частоті 2,5 Мгц (пізніші версії працювали вже на частоті 10 Мгц), містив 8,5 тис. транзисторіві міг адресувати 64 Кбайт пам’яті.
КомпаніяRadioShack вибрала процесор Z-80 для свого першого персонального комп’ютера TRS-80 Model 1.
Z-80ставпершим процесором, використовуваним в багатьох новаторських системах, до числаяких відносяться Osborne і Kaypro. Цьому прикладу послідували інші компанії, інезабаром Z-80 став стандартним процесором для систем, що працюють зопераційною системою СР/М і найпоширенішим програмним забезпеченням того часу.
Процесориможна класифікувати по двох основних параметрах: розрядності і швидкодії. Швидкодіяпроцесора — досить простий параметр. Вона вимірюється в мегагерцах (Мгц); 1 Мгц рівниймільйону тактів в секунду. Чим вища швидкодія, тим швидший процесор.Розрядність процесора – параметр складніший. У процесор входить три важливіпристрої, основною характеристикою яких є розрядність:
• шина введення і виведення даних;
• внутрішні регістри;
• шина адреси пам’яті.
Швидкодіякомп’ютера багато в чому залежить від тактової частоти. Вона визначаєтьсяпараметрами кварцового генератора, що є кристалом кварцу, який ув’язнений вневеликий олов’яний контейнер. Під впливом електричної напруги в кристалікварцу виникають коливання електричного струму з частотою, визначеною формою ірозміром кристала. Частота цього змінного струму і називається тактовоючастотою. Мікросхеми звичайного комп’ютера працюють на частоті декількохмільйонів герц. (Герц — одне коливання в секунду.) Швидкодія вимірюється в мегагерцах, тобто вмільйонах циклів в секунду. На мал. 2.1 показаний графіксинусоїдального сигналу.
/>
Мал.2.1.Графічнепредставлення поняття тактова частота
Якнайменшоюодиницею вимірювання часу (квантом) для процесора як логічного пристрою єперіод тактової частоти, або просто такт. На кожну операцію витрачається мінімумодин такт.
Циклочікування — це такт, в якому нічого не відбувається; він необхідний тільки длятого, щоб процесор не “тікав” вперед від менш швидкодіючих вузлів комп’ютера.
Розрізняєтьсяі час, що витрачається на виконання команд.
Майжевсі сучасні процесори, починаючи з 486DX2, працюють на тактовійчастоті, яка рівна утворенню деякого множника на тактову частоту системноїплати. Наприклад, процесор Celeron 600 працює на тактовійчастоті, в дев’ять разів перевищуючої тактову частоту системної плати (66 Мгц), аPentium III 1000 — на тактовій частоті, в сім з половиною разів перевищуючої тактовучастоту системної плати (133 Мгц). Більшість системних плат працювали на тактовій частоті 66 Мгц; саметаку частоту підтримували всі процесори Intel до початку 1998 року, і лишенедавно ця компанія розробила процесори і набори мікросхем системної логіки,які можуть працювати на системній платі, розрахованій на 100 Мгц (133Мгц). Деякі процесори компанії Cyrix розроблені для системної плати,розрахованої на 75 Мгц, і багато системних плат, призначених для Pentium, такожможуть працювати на цій частоті.
Тактовучастоту системної плати і множник можна встановити за допомогою перемичок абоінших процедур конфігурації системної плати (наприклад, за допомогою вибору відповіднихзначень в програмі установки параметрів BIOS). В кінці 1999 року з’явилися наборимікросхем і системна плата з тактовою частотою 133 Мгц, що підтримувала всісучасні версії процесора Pentium III. В цей же час компанія AMD випустила системну плату Athlonі набори мікросхем з тактовою частотою 100 Мгц, використовуючитехнологію подвійної передачі даних. Це дозволило збільшити швидкість передачіданих між процесором Athlon і основним набором мікросхем North Bridge до 200 Мгц.
До2001рокушвидкодія шин процесорів AMD Athlon і Intel Itanium збільшилася до 266 Мгц, а шини процесора Pentium 4 — до 400 Мгц.
Усучасних комп’ютерах використовується генератор змінної частоти, звичайнорозташований на системній плати; він генерує опорну частоту для системної платиі процесора. На більшості системних плат процесорів Pentium можнавстановити одне з трьох або чотирьох значень тактової частоти. Сьогоднівипускається безліч версій процесорів, що працюють на різних частотах, залежновід тактової частоти конкретної системної плати. У додатку приведенітактові частоти процесорів Pentium і системної плати до них.
Удеяких системах можна встановити велику робочу частоту процесора; ценазивається розгоном (overclocking). Після установки великих значень частоти процесора збільшуєтьсяі його швидкодія. Практично всі типи процесорів мають так званий«технологічний запас» безпечного збільшення тактової частоти.Наприклад, процесор 800 Мгц може працювати на частоті 900 Мгц і вище.Слід зазначити, що при розгоні процесора знижується стійкість його роботи.
Звичайнодопускається 10-20 процентне збільшення частоти системної шини без наслідківдля процесора, тобто таке збільшення не позначається на стабільності роботисистеми.
Існуєще один спосіб розгону, при якому збільшуються параметри напруги живленняпроцесора. Всі роз’єми Slot I, Slot А, Sockets, Socket 370 і Socket А автоматично визначають тип встановленого процесора і самостійновстановлюють необхідну напругу живлення. У більшості системних плат (особливоце торкається продукції компанії Intel) змінити ці значення вручну неможливо. Але інші виробникидопускають ручну зміну напруги живлення з точністю до десятих вольта. Змінюючицей параметр, необхідно пам’ятати про те, що збільшення напруги в кращому разіможе порушити стабільну роботу системи, а в гіршому — вивестипроцесор з ладу.
2.Загальні відомості формфакторів системних плат
Убільшості нових систем використовується поліпшений формфактор системноїплати, званий АТХ. У системах з системною платнею і корпусом цього типу поліпшенеохолоджування процесора: він встановлений близько від джерела живлення, авентилятор джерела живлення в більшості систем АТХ встановлений так, що обдуваєпроцесор. І тому в таких системах можна використовувати пасивний теплоотвод(тобто обійтися без вентилятора процесора).
/>
Намою думку, зі всіх складових сама важна — системна плату, і тому її виробникповинен бути визнаний законним виробником вашої системи. Найкрупніші фірми— складальникикомп'ютерів розробили свою власну системну платню. Відповідно до матеріалівжурналу Computer Reseller News фірми CompaqPackard Bell і IBM— три найкрупнішихвиробника настільних комп'ютерів останніми роками. Ці компанії розробляють іпроводять власну системну плату, а також багато інших компоненти системи. Вонинавіть розробляють чіпи і компоненти системної логіки для власної платні. Хочаринок збуту цих трьох компаній великий, є ще більш крупний сегмент ринку, якийможна назвати ринком компаній другого рівня. Другий рівень займають компанії,які насправді не проводять системи, а збирають їх, тобто придбавають системнуплатню, корпуси, джерела живлення, дисководи периферійні пристрої і ін.,збирають комп'ютери і продають їх як готові вироби. Сьогодні Dell, Gateway іMicron — одні з найкрупніших складальників систем в світі, але, крім них, можнаперерахувати ще сотні. В даний час це найбільший сегмент на ринку PC. Звичайно,за винятком дуже не багатьох випадків, можна придбати ту ж саму системну платуі інші компоненти, що використовуються цими виробниками, але їх роздрібна ціна,поза сумнівом, буде вище. Можна навіть самостійно зібрати фактично ідентичнусистему із самого початку, але це — тема розділу 24, “Збірка і модернізація комп’ютера”.
ЯкщоGateway, Dell, Micron і інші компанії не проводять власної системної плати, тохто ж це робить? Ви угадали— цим займається Intel. Не тільки названі компанія -60Розділ 2. Компоненти PC, можливості і проектування систем іноді використовуютьвиключно системну плату Intel, але більшість комп'ютерів на ринку другого рівнязібрана на основі цієї системної плати. Точніше, в цих восьми використовувавсяодин і той же тип системної платні Intel, тобто ці системи відрізнялися тількикосметично деталями зовнішньої збірки, корпусами і тим, які відеоадаптери,дисководи, клавіатури і інше використовував складальник. Два інші комп'ютери,про які йшла мова в цьому огляді, хоча і використовували платню іншихвиробників (не Intel), були розраховані на вживання процесорів Intel Pentium IIі в них були встановлені набори мікросхем системної логіки (чипсеты) Intel (їхвартість складає більш 90% вартості системної плати). Як і коли це трапилося?
Звичайно,Intel завжди була домінуючим постачальником процесорів для PC, оскільки IBMвибрала Intel 8088 як центральний процесор в першому IBM PC в 1981 році.Контролюючи ринок процесорів, ця компанія, природно, контролювала і ринокмікросхем, необхідних для установки процесорів в комп'ютери. А це, у своючергу, дозволило Intel контролювати ринок мікросхем системної логіки. Цякомпанія початку їх продавати в 1989 році, коли з'явилася мікросхема системноїлогіки 82350 EISA (Extended Industry Standard Architecture), і до 1993 рокустала найбільшим (за об'ємом) і самим основним постачальником мікросхемсистемної логіки для системної плати. Але у такому разі, чом би компанії, щопроводить процесор і всі інші чіпи, необхідні для системної плати, не усунутивсі проміжні ланки і не проводити також системну плату цілком? Такий поворотниймомент наступив в 1994 році, коли Intel стала найкрупнішим в світі виробникомсистемної плати. З тих пір ця фірма контролює ринок системної плати: в 1997році Intel провела більше системної платні, ніж восьми найкрупніших виробниківсистемної плати разом узятих (об'єм збуту перевищив 30 млн плат, а їх вартість —3,6 млрд доларів!). Ця плата встановлюється в комп'ютерах PC різнимискладальниками, тому більшість користувачів тепер купує комп'ютери, по суті,проведені фірмою Intel, і неважливо, хто конкретно загвинчував гвинти вкорпусі.
Безсумніву, Intel здійснює контроль над стандартом апаратних засобів PC, тому щоця компанія контролює ринок системної платні PC. Вона не тільки випускаєбільшість системних плат, що використовується в даний час в комп'ютерах але іпоставляє більшість процесорів і мікросхем системної логіки для системної платиінших виробників. Це означає, що, навіть якщо ваша системна плата фактичновиготовлена не фірмою Intel, найімовірніше, на ній встановлений процесор Intelабо мікросхема системної логіки цієї фірми.
3. Системи Plug&Play.Вибір системної плати
Декількароків назад виробники апаратури висунули визначну ідею створити новий принципвзаємодії пристроїв від різноманітних постачальників в межах однієїкомп'ютерної системи. Суть полягає в тому, щоб кожний елемент апаратуринастроював самий себе без конфліктів з іншими пристроями, присутніми в системі.Ця ідея була реалізована в концепції Plug end Play (вмикай і працюй). КонцепціюPlug end Play реалізують три основних складники:
•BIOS специфікації Plug end Play.
•Пристрої та їх драйвери специфікації Plug end Play.
•Операційна система, що підтримує Plug end Play.
Специфікація Plug end Play дозволяє BIOS автоматично замінюватиресурси для приладів Plug end Play під час завантаження системи. Це відбуваєтьсядо того, як Windows завантажиться в пам'ять, і якщо пристрій, що не підтримуєPlug end Play, викличе конфлікт, то ОС може не завантажитися зовсім!
Для вирішення таких конфліктів в ОС Windows передбачений безпечнийрежим (Safe mode), щоб дозволити завантажувати систему з мінімальним наборомдрайверів і виконувати ручну конфігурацію через програмне забезпечення. Прицьому можна змінити параметри, що викликають конфлікт.
Існуєбагато приладів Plug end Play, однак кожний пристрій повинен відповідати певнимвимогам:
•Кожний пристрій повинен розпізнавати необхідні для його роботи системніресурси.
•Кожний пристрій повинен мати унікальну ідентифікованість у системі.
•Кожний пристрій повинен знаходити програмне забезпечення, що їм управляє.
•Кожний пристрій повинен бути зконфігурований за допомогою програмногозабезпечення.
Прилади, що підтримують Plug end Play, можутьздійснювати обмін інформацією з BIOS і з'ясовувати, які ресурси зайняті, а яківільні, щоб зайняти вільні ресурси. />Основнепризначення майстра встановлення обладнання — розбити складний процесінсталяції на прості етапи.
Встановленняобладнання складається із слідуючи етапів:
Автоматичневиявлення пристроїв Plug end Play
Початковийекран майстра містить стислі відомості про цю програму. Для того щоб розпочативстановлення нового обладнання, клацніть на кнопці Далее.
Передусім ОС намагається виявити будь-яке нове обладнання Plug end Play, яке,можливо, було встановлене. Для початку процесу ви повинні «клацнути» на кнопціДалее.
Оскількибільшість додаткових приладів в нинішній час підтримує специфікацію Plug endPlay, велика імовірність того, що нове обладнання буде виявлене і відображене вдіалоговому вікні.
Навітьякщо в списку всього один елемент, ви повинні виділити його і клацнути накнопці Далее. Після цього ОС спробує завантажити драйвер. Якщо потрібногодрайвера на вашому жорсткому диску не виявиться, ОС запропонує вказати йогомісцеположення. Після завантаження драйвера часто необхідно перезавантажитисистему.
Якщообладнання, що ви намагаєтеся встановити, в списку буде відстунє, встановитиперемикач Нет, устройство отсутствует в списке. Після цього клацніть на кнопціДалее. Автоматичне виявлення пристроїв, які не підтримують Plug end Play. НадайтеОС можливість знайти нове обладнання. Це займе деякий час, але, якщо обладнаннябуде знайдено, ОС автоматично буде знати, який драйвер завантажувати, і спробуєце зробити. Якщо потрібного драйвера на вашому жорсткому диску немає, ОСзапропонує вказати його місцеположення. Вибір обладнання із списку Якщо ОС невиявила ваше нове обладнання або якщо ви впевнені, що знаєте виробника імодель, тоді пристрій можна вибрати самостійно. Для вибору системної плати мичерез панель інструментів заходимо в міню установка пристроїв якщо ми знаємо,що ця плата приєднана то ми вказуємо її марку і система сама ідентифікує платуі запускає для запису та встановлення необхідні драйвера для встановленняпристрою. Якщо ж цієї плати немає в переліку стандартних драйверів необхідно впристрій зчитування компакт дисків вставити диск з необхідними драйверами івстановити системну плату. Після встановлення необхідно перезавантажитикомп’ютер і перевірити через свойства комп’ютера чи всі дії ми виконалиправільно.
Післязавершення настроювання ОС найчастіше запропонує перезавантажити комп'ютер. Використаннядрайверів від виробника пристрою.
Якщодрайверів для вашого нового обладнання немає в складі ОС, можна скористуватисядрайверами, наданими виробником. Як правило, драйвери додаються до пристрою імістяться на дискеті або компакт-диску. Для того, щоб використовувати драйвервід виробника, необхідно клацнути на кнопці Установить с диска у вікні майстравстановлення обладнання. Додатково до майстра встановлення обладнання в ОСWindows є декілька інших майстрів і процесів, якими можна скористатися длявстановлення драйверів для нового обладнання. Всі вони схожі по зовнішньомувигляду і принципам роботи. Доступ до них можна отримати через панельуправління, де містяться програми для конфігурування таких пристроїв: Мышь,Игровые устройства, Клавиатура, Модемы, Мультимедиа, Экран, Сеть.
4. Поколіннямікропроцесорів
Допершого покоління мікропроцесорів цього відносять процесори 8086 (липень 1978,Intel),8087, 8088, 80186, 80188. Були першими 16-розрядними процесорами. Мали16-розрядну шину даних та 20 розрядну шину адрес, що дозволяло адресувати 1Мбайт пам’яті. Перший комп’ютер IBM PC з процесором 8088 з’явився на ринку всерпні 1981 року і працював з частотою 4,77 МГц. Для виконання математичнихоперацій поряд з процесором був встановлений мікропроцесор (математичнийпроцесор) 8087. Час виконання команди складав 12 тактів. Трохи згодомз’являються мікропроцесори другого покоління а саме мікропроцесор 286 (1981) тамікропроцесор 80287. Був сумісний з процесором 8088. Мав більшу продуктивність.Продуктивність першого комп’ютера 286 з тактовою частотою 6 МГц в 5 раз булабільша від IBM PC (4,77 МГц). Час виконання команд складав 4,5 такта. Існуютьйого різновиди з тактовими частотами 6, 8, 10, 12, 16, 20 МГц. Працював в двухрежимах: реалному та захищеному. Підтримував багатозадачність. Недоліком булавідсутність програмного переходу між режимами.
Мікропроцесортретього покоління 386 (1985) був повністю 32-розрядним. На виконання команд вреальному режимі використовував 4,5 такта. Міг програмно переключатися з режимав режим. Крім того в нього був передбачений віртуальний реальний режим.Підвищення реальної продуктивності було досягнуто за рахунок введеннядодаткових програмних режимів та значного вдосконалення диспетчера пам’яті MMU(Memory Managemet Unit).
386DXскладався з 275 тисяч транзисторів. Мав 132 контактний корпус з струмом 400 мА.Тактова частота колебалась в межах від 16 до 40 МГц. Процесор міг адресуватипам’ять об’ємом до 4 Гбайт, а вбудований адміністратор пам’яті дозволявпрацювати програмам з віртуальною пам’яттю об’ємом 64Тбайт.
386SXмав 16-розрядну шину даних хоча міг обробляв 32 біти даних. Шина адреса24-розрядна. Міг адресувати пам’ять об’ємом 16 Мбайт. 386SL використовувався впормативних системах, складався з 855 тисяч транзисторів. Тактова частота 25МГц. До четвертого покоління відносять процесори 486 (Intel, 1989), 486 DX(1989), 486SL, 486SX (1991), DX2/OverDrive (1992), Pentium OverDrive (1995),AMD 486 (5x86), Cyrix/TI 486.
486здобув вдвічі більшу продуктивність в порівнянні з 386 при однакових частотахза рахунок:
- зменшення часу виконання команд до 2 тактів;
- вбудованої кеш – пам’яті першого рівня;
- зменшених циклів пам’яті (bust mode);
- вбудованого синхронного сопроцесора.
Середпроцесорів 486 можна виділити декілька груп:
- 486 SX відсутній сопроцесор;
- 486 DX з сопроцесором;
- 486 DX2 з подвійною швидкодією (OverDrive) та сопроцесором;
- 486DX4 з тройною швидкодією та сопроцесором.
Тактовічастоти коливались в межах від 32 до 100 МГц. З множником частоти від 2х до 3х
ПроцесориAMD, сумісні з 486, являються самии швидкими в класі 486. Мають множник частоти4х (133 МГц). Має сковзну кеш пам’ять 16Кбайт, що працює з тактовою частотою133 МГц. Для охолодження використовується вентилятор.
КомпанієюCyrix були розроблені процесори 486DX2/DX4 з назвою TI-486, розраховані начастоти 50 – 100 МГц. Були повністю смісні з Intel. Має кеш пам’ять з зворотнімзаписом об’ємом 8 Кбайт.
Списоквикористаної літератури
1. Срібнер Л.А. Програмуючі пристрої автоматики: — К.: Техніка, 1984
2. Буреев Л.Н. Найпростіша мікро-ЕВМ: -М.; Енергоатоміздат, 1989.
3. Тулі М., Справочний посібник по цифровій техніці: М.:Энергоатоміздат, 1990.
4. Конспект лекцій.