--PAGE_BREAK--ШИННЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ МАТЕРИНСКОЙ ПЛАТЫ
Связь между всеми собственными и подключаемыми устройствами материнской платы выполняют её шины и логические устройства, размещенные в микросхемах микропроцессорного чипсета. От архитектуры этих элементов во многом зависит производительность компьютера.
· ISA. Историческим достижением компьютеров платформы IBMPC стало внедрение 20 лет назад архитектуры, получившей статус промышленного стандарта ISA (IndustryStandardArchitecture). Она не только позволила связать все устройства системного блока между собой, но и обеспечила простое подключение новых устройств через стандартные разъемы (Слоты). Пропускная способность шины, выполненной по такой архитектуре, составляет до 5,5 Мбайт/с, но, несмотря на низкую пропускную способность, эта шина продолжает использоваться в компьютерах для подключения сравнительно «медленных» внешних уст — ройств, например звуковых карт и модемов.
EISA. Расширением стандарта ISA стал стандарт EISA (ExtendedISA), отличающийся увеличенной производительностью (до 32 Мбайт/с). Как и ISA, в настоящее время стандарт считается устаревшим. С 2000 года выпуск материнских плат с разъемами ISA/EISA и устройств, подключаемых к ним, прекращен. VLB Название интерфейса переводится, как локальная шина стандарта VESA (VESALocal
Bus). Понятие «локальной шины» впервые появилось в конце 80-х годов. Оно связано с тем, что при внедрении процессоров 3-го и 4-го поколений (Intel386 и Intel486) частоты основной шины (в качестве основной использовалась шина ISA/EISA) стало недостаточно для обмена между процессором и оперативной памятью. Локальная шина, имеющая повышенную частоту, связала между собой процессор и память в обход основной шины. В последствии в эту шину «врезали» интерфейс для подключения видеоадаптера, который тоже требует повышенной пропускной способности,- так появился стандарт VLB, который позволил поднять тактовую частоту локальной шины до 50 МГц и обеспечил пиковую пропускную способность до 130 Мбайт/с. Основным недостатком интерфейса стало то, что предельная частота локальной шины и, соответственно, её пропускная способность зависят от числа устройств, подключенных к шине. Так, например, при частоте 50 МГц к шине может быть подключено только одно устройство (видеокарта). Для сравнения скажем, что при частоте 40МГц возможно подключение 2-х, а при частоте 33МГц 3-х устройств.
PCI Интерфейс PCI (PeripheralComponentInterconnect — стандарт подключения внешних компонентов) был введен в персональных компьютерах, выполненных на базе процессоров IntelPentium. По своей сути это тоже интерфейс локальной шины, связывающей процессор с оперативной памятью, в которую врезаны разъемы для подключения внешних устройств. Для связи с основной шиной компьютера (ISA/EISA) используются специальные интерфейсные преобразователи – мосты PCI (PCIBridge).В современных компьютерах функции моста PCI выполняют микросхемы чипсета. Данный интерфейс поддерживает частоту шины 33МГц и обеспечивает пропускную способность 132 Мбайт/с для 64 разрядных данных. Важным нововведением, реализованным этим стандартом, стала поддержка так называемого режима plug-and-play, впоследствии оформившегося в промышленный стандарт на самонастраивающиеся устройства
· FSB Шина PCI, появившаяся в компьютерах на базе процессоров IntelPentium как локальная шина, предназначенная для связи процессора с оперативной памятью, но недолго оставалась в этом качестве. Сегодня она используется только как шина для подключения внешних устройств, а для связи процессора с оперативной памятью сейчас используется специальная шина, получившая название FSB(FrontSideBus). Эта шина работает на очень высоких частотах 100-125 МГц. В настоящее время внедряются материнские платы с частотой шины FSB 133МГц и ведутся разработки плат с частотой до 200 МГц. Пропускная способность шины FSB является
· одним из основных потребительских параметров — именно он и указывается в спецификации материнской платы. Пропускная способность шины FSB при частоте 100МГц составляет порядка 800Мбайт/с.
AGP (AdvancedGraphicPort — усовершенствованный графический порт) Видеоадаптер- устройство, требующее особенно высокой скорости передачи данных. Как при внедрении локальной шины VLB, так и при внедрении локальной шины PCI видеоадаптер был первым устройством, «врезаемым» в новую шину. Сегодня параметры шины PCI уже не соответствуют требованиям видеоадаптеров, поэтому для них разработана отдельная шина, получившая название AGP частота этой шины соответствует частоте шины PCI (33-66 МГц), но она имеет более высокую пропускную способность — до1066 Мбайт/с (В режиме 4-х кратного умножения) PCMCIA (PersonalComputerMemoryCardInternationalAssociation – стандарт международной ассоциации производителей плат памяти для персональных компьютеров). Этот стандарт определяет интерфейс подключения плоских карт памяти небольших размеров и используется в портативных персональных компьютерах. USB (UniversalSerialBus –универсальная последовательная магистраль). Это одно из последних нововведений в архитектурах материнских плат. Этот стандарт определяет способ взаимодействия компьютера с периферийным оборудованием. Он позволяет подключить до 256 различных устройств, имеющих последовательный интерфейс. Устройства могут включаться цепочками (каждое из устройств подключается к предыдущему). Производительность шины невелика и составляет до 1,5 Мбит/с, но для таких устройств, как клавиатура, мышь, модем, джойстик и.т.д. этого достаточно. Собственно, она и предназначена для того, чтобы заменить устаревшие внешние интерфейсы, такие как последовательный RS – 232( COM – порт) и параллельный IEEE – 1284 (LPT – порт).Удобство шины состоит в том, что она практически исключает конфликты оборудования, позволяет подключать и отключать устройства в «горячем режиме» (не выключая компьютер) и позволяет объединить несколько компьютеров в простейшую локальную сеть без применения специального оборудования и программного обеспечения. LPC(LowPinCoutInterface), пришедшая на смену устаревшей ISA. Шина LPCимеет 4 – битный интерфейс, соединенный с чипом ввода – вывода (SuperI/Qchip), который поддерживает работу внешних портов ( COM, LPT, PS/2 и инфракрасного) а также контроллера флоппи дисковода.
ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ (ОЗУ)
Оперативная память (RAM – Random AccessMemory)- это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные. Существует много различных типов оперативной памяти, но с точки зрения физического принципа действия различают динамическую память (DRAM) и статическую (SRAM).
Ячейки динамической памяти можно представить в виде микроконденсаторов, способных накапливать заряд на своих обкладках. Недостатки этого типа связаны, во-первых, с тем, что как при заряде, так и при разряде конденсаторов неизбежны переходные процессы, то есть запись данных происходит сравнительно медленно. Второй важный недостаток связан с тем, что заряды ячеек имеют свойство рассеиваться в пространстве, причем весьма быстро. Если оперативную память постоянно не подзаряжать, утрата данных происходит через несколько сотых долей секунды. Для борьбы с этим явлением в компьютере происходит постоянная регенерация (подзарядка) ячеек памяти. Регенерация осуществляется несколько десятков раз в секунду и вызывает непроизводительный расход ресурсов системы.
Ячейки статической памяти можно представить как электронные микроэлементы- триггеры,
состоящие из нескольких транзисторов. В триггере хранится не заряд, а состояние (включен/ выключен), поэтому этот тип памяти обеспечивает более высокое быстродействие.
Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, который выражается числом. В настоящее время в процессорах IntelPentium и нескольких других принята 32- разрядная адресация, а это значит, что всего независимых адресов может быть .Таким образом, в современных компьютерах возможна непосредственная адресация к полю памяти размером =4 294 967 296 байт(4,3 Гбайт). Однако это отнюдь не означает, что именно столько оперативной памяти непременно должно быть в компьютере. Предельный размер оперативной памяти, установленной в компьютере, определяется микропроцессорным комплектом (чипсетом) материнской платы и обычно составляет несколько сот байт. Оперативная память в компьютере размещается на стандартных панельках, называемых модулями. Модули оперативной памяти вставляют в соответствующие разъемы на материнской плате. Если к разъемам есть удобный доступ, то оперативную память можно установить самому, в противном случае, если требуется частичная разборка системного блока, операцию установки можно поручить специалисту. Основными характеристиками модулей оперативной памяти являются объем памяти и время доступа. Время доступа измеряется в миллиардных долях секунды (наносекундах, нс.). Типичное время доступа к оперативной памяти для SIMM — модулей – 50-70нс. Для современных DIMМ – модулей оно составляет
7-10 нс.
МИКРОСХЕМА ПЗУ И СИСТЕМА BIOS.
В момент включения компьютера в его оперативной памяти нет ничего – ни данных, ни программ, поскольку оперативная память не может ничего хранить без подзарядки ячеек более сотых долей секунды, но процессору нужны команды, в том числе и в первый момент после включения.
Поэтому сразу после включения на адресной шине процессора выставляется стартовый адрес. Это происходит аппаратно. Процессор обращается по выставленному адресу за своей первой командой и далее начинает работать по программам.
Этот исходный адрес не может указывать на оперативную память, в которой пока ничего нет. Он указывает на другой тип памяти – постоянное запоминающее устройство. Микросхема ПЗУ способна длительное время хранить информацию, даже когда компьютер выключен. Программы, находящиеся в ПЗУ, называют «зашитыми» — их записывают туда на этапе изготовления микросхемы.
Комплект программ, находящийся в ПЗУ, образует базовую систему ввода — вывода ( BIOS — BasicInputOutputSystem). Основное назначение программ этого пакета состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководом гибких дисков. Программы, входящие в BIOS позволяют нам наблюдать на экране диагностические сообщения, сопровождающие запуск ком — пьютера, а также вмешиваться в ход запуска с помощью клавиатуры.
ВИДЕОАДАПТЕР
Совместно с монитором видеокарта образует видеоподсистему персонального компьютера. Видеокарта не всегда была компонентом ПК. На заре развития персонального компьютера в общей области существовала небольшая выделенная экранная область памяти, в которую процессор заносил данные об изображении. Специальный контроллер экрана считывал данные об яркости отдельных точек экрана из ячеек памяти этой области и в соответствии с ними управлял разверткой горизонтального луча электронной пушки монитора.
С переходом от черно-белых мониторов к цветным и с увеличением разрешения экрана области видеопамяти стало недостаточно для хранения графических данных, а процессор перестал справляться с построением и обновлением изображения. Тогда и произошло выделение всех операций, связанных с управлением экраном, в отдельный блок, получивший название видеоадаптер. Физически видеоадаптер выполнен в виде отдельной дочерней платы, которая вставляется в один из
слотов материнской платы. Видеоадаптер взял на себя функции видеоконтроллера, видеопроцессора и видеопамяти.
ВИНЧЕСТЕР
Жесткий диск — основное устройство для долговременного хранения данных и программ. На самом деле это не один диск, а группа соосных дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью. Таким образом, этот «диск» имеет не две поверхности, как должно быть у обычного диска, а 2n поверхностей, где n – число отдельных дисков в группе. Над каждой поверхностью располагается головка, предназначенная для чтения-записи данных. При высоких скоростях вращения дисков(90 об/с) в зазоре между головкой и поверхностью образуется аэродинамическая подушка и головка парит над магнитной поверхностью на высоте, составляющей несколько тысячных долей миллиметра. При изменении силы тока протекающего через головку,
происходит изменение напряженности динамического магнитного поля в зазоре, что вызывает изменения в стационарном магнитном поле ферромагнитных частиц, образующих покрытие диска. Так осуществляется запись на магнитный диск. Операция считывания происходит в обратном порядке Намагниченные частицы покрытия, проносящиеся на высокой скорости вблизи головки, наводят в ней ЭДС самоиндукции. Электромагнитные сигналы, возникающие при этом, усиливаются и передаются на обработку.Управление работой жесткого диска управляет контроллер жесткого диска находящийся как правило в микропроцессорном чипсете. Важными характеристиками HDDследует считать ёмкость диска и его производительность.
ПриводCD-ROM, SD-R, SD-RW
Хотя CD-ROMи не является необходимой для функционирования компьютера частью, но становится всё более и более популярным в связи с растущими размерами программного обеспечения. Недостатком CD-ROM является невозможность перезаписи данных на диск, но параллельно с ним существуют и устройства однократной записи CD-R и устройство многократной записи CD-RW.
Устройства ввода-вывода информации
Монитор – устройство визуального представления данных. Это не единственно возможное, но главное устройство вывода. Его основными потребительскими параметрами являются: размер, шаг маски экрана, максимальная частота регенерации изображения,. класс защиты.
Изображение на экране монитора получается в результате облучения люминофорного покрытия остронаправленным пучком электронов, разогнанных в вакуумной колбе. Для получения цветного изображения люминофорное покрытие имеет точки или полоски трех типов, светящиеся красным, зеленым и синим цветом. Чтобы на экране все три луча сходились строго в одну точку и изображение было четким, перед люминофором ставят маску- панель с регулярно расположенными отверстиями или щелями. Часть мониторов оснащена маской из вертикальных проволочек, что усиливает яркость и насыщенность изображения.
КЛАВИАТУРА — клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для ввода алфавитно-цифровых данных. Клавиатура относится к стандартным средствам персонального компьютера. Ее основные функции не нуждаются в поддержке специальными системными программами (драйверами). Необходимое программное обеспечение для начала работы с компьютером уже имеется микросхеме ПЗУ, и потому компьютер реагирует на нажатия клавиш сразу после включения.
Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя.
Под архитектурой ОЗУ принято понимать совокупность представлений о составе его компонентов, организации обмена информацией с внешней средой, а также о функциональных возможностях, реализуемых посредствам команд.
Все персональные компьютеры используют три вида памяти: оперативную, постоянную и внешнюю (различные накопители). Память нужна как для исходных данных так и для хранения результатов. Она необходима для взаимодействия с периферией компьютера и даже для поддержания образа, видимого на экране. Вся память компьютера делится на внутреннюю и внешнюю. В компьютерных системах работа с памятью основывается на очень простых концепциях. В принципе, всё, что требуется от компьютерной памяти, — это сохранять один бит информации так, чтобы потом он мог быть извлечён оттуда.
Оперативная память предназначена для хранения переменной информации, так как она допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения микропроцессором соответствующих операций.
В компьютерах с архитектурой фон Неймана (к этому классу относятся практически все ЭВМ, в том числе и РС)оперативная память играет очень важную роль. Именно в ней хранятся все выполняемые
программы и их данные. Работа осуществляется центральным процессором и оперативной памятью, остальные же компоненты любой вычислительной системы напрямую в процессе вычисления не участвуют.
ОЗУ предназначено для хранения переменной информации, оно допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения процессором вычислительных операций с данными. Это значит, что процессор может выбрать (режим считывания) из ОЗУ код команды и данные и после обработки поместить в ОЗУ (режим записи) полученный результат. Причём возможно размещение в ОЗУ новых данных на месте прежних, которые в этом случае перестают существовать. таким образом, ОЗУ может работать в режимах записи считывания и хранения информации. Все программы, в том числе и игровые, выполняются именно в оперативной памяти.
Первоначально термин информация охватывал совокупность сведений, передаваемых между людьми устным, письменным или каким – либо другим способом; обычно это были сведения о каких либо событиях, явлениях или предметах. Затем содержание термина было расширено – теперь информацией называют любые сведения, являющиеся объектом следующих операций: передачи, распределения, преобразования, хранения или непосредственного использования. Следует также отметить, что понятие информации подразумевает обработанные данные. То есть данные несут в себе информацию о каких – либо событиях, но без правильного метода эти данные невозможно будет распознать. Хорошим примером является чтение английской книги человеком, не знающим английский язык. Данными следует называтьзарегистрированные сигналы. Все виды энергообмена сопровождаются появлением сигналов, то есть, все сигналы имеют в своей основе материальную энергетическую природу. При взаимодействии сигналов с физическими телами в последних возникают определенные изменения свойств – это явление называется регистрацией сигналов. Такие изменения можно наблюдать, измерять или фиксировать иными способами – при этом возникают и регистрируются новые сигналы, то есть образуются данные.Таким образом можно считать, что сигналы являются основополагающими не только в радиотехнике и информатике, но и в нашей повседневной жизни.
Сигналы и их детерминированные модели.
Любой электрический сигнал можно рассматривать как меняющуюся во времени электрическую величину (напряжение, ток). Например на рис р. приведен график, иллюстрирующий изменение электрического тока i. Такой ток i можно называть функцией времени t, а изображение ее на рисунке р. – графиком этой функции или временной диаграммой. Переменная t называется аргументом функции i (t). В данном примере функция i (t) представлена графиком на интервале от момента t=0 до t=t1, однако для дальнейшего изложения важно иметь не только график функции, который дает наглядное представление о форме этой функции, но и математическое выражение, по которому можно было бы построить (восстановить) её график. Такое математическое выражение позволяет вычислить значение функции для любого задаваемого значения аргумента. Аналогичные понятия можно ввести при рассмотрении и напряжения, меняющегося во времени, которое в дальнейшем будем обозначать символом продолжение
--PAGE_BREAK--