Скачать презентацию АРХИТЕКТУРА ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА На каких принципах построены Скачать презентацию АРХИТЕКТУРА ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА На каких принципах построены

4_АРХИТЕКТУРА ПК 2011.ppt

  • Количество слайдов: 100

АРХИТЕКТУРА ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА АРХИТЕКТУРА ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА

На каких принципах построены компьютеры В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены общие принципы, На каких принципах построены компьютеры В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских

Принципы фон Неймана • Принцип программного управления • Принцип однородности памяти • Принцип адресности Принципы фон Неймана • Принцип программного управления • Принцип однородности памяти • Принцип адресности

Принцип программного управления Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за Принцип программного управления Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды Команды программы расположены в памяти друг за другом, тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти Изменение порядка выполнения команд осуществляется командами условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды “Останов” Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека

Принцип однородности памяти • Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Принцип однородности памяти • Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — данные или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными • Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм). • Команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции — перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины

Принцип адресности • Структурно основная память состоит из ячеек • Процессору в произвольный момент Принцип адресности • Структурно основная память состоит из ячеек • Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен Эти принципы определяют архитектуру большинства современных компьютеров

Архитектура современного ПК • Архитектура есть совокупность сведений об устройствах, входящих в состав ПК, Архитектура современного ПК • Архитектура есть совокупность сведений об устройствах, входящих в состав ПК, их назначении, способах представления программ и данных • В состав любого современного ПК входят: –Процессор – одно или несколько устройств, осуществляющих логическую и арифметическую обработку информации. Процессор выполняет программы, обеспечивая тем самым обработку данных –Память – группа устройств, осуществляющих хранение программ и данных –Устройства ввода/вывода – группа устройств, обеспечивающих обмен данными между устройствами входящими в состав компьютера и/или пользователем. –Chip. Set (Чипсет) - набор микросхем –Котроллеры и адаптеры, осуществляющие управление периферийными устройствами ПК

 • Контроллер – специализированный процессор, управляющий работой или согласующий работу подключённых к нему • Контроллер – специализированный процессор, управляющий работой или согласующий работу подключённых к нему устройств • Адаптер – устройство, предназначенное для соединения (сопряжения) между собой устройств с разными способами представления информации

Архитектура современного ПК • По способу расположения устройств относительно центрального процессорного устройства (Central Processing Архитектура современного ПК • По способу расположения устройств относительно центрального процессорного устройства (Central Processing Unit, CPU) различают внутренние и внешние устройства. Внешними, как правило являются устройства ввода/вывода данных (периферийные устройства) и некоторые устройства хранения данных • Согласование между отдельными узлами и блоками выполняются с помощью переходных аппаратнологических устройств, называемых аппаратным интерфейсом. Стандарты на аппаратные интерфейсы называются протоколами • Протокол есть совокупность технических условий, которые должны быть обеспечены разработчиками устройств, для согласования их работы с другими устройствами • Многочисленные интерфейсы можно разделить на две группы: последовательные и параллельные

Процессор Chip. Set Системный блок Память: • внутренняя • внешняя Магистраль (системная шина) есть Процессор Chip. Set Системный блок Память: • внутренняя • внешняя Магистраль (системная шина) есть группа проводов и электронных схем, связывающих ( Информационная магистраль периферийные устройства воедино относительно центральный процессор, основную память и (шина данных + шина адреса+ шина передачи данных, служебных сигналов иуправления) адресации памяти ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА Классическая архитектура

Базовая аппаратная конфигурация • • • Системный блок (СБ) Монитор – устройство вывода Клавиатура Базовая аппаратная конфигурация • • • Системный блок (СБ) Монитор – устройство вывода Клавиатура – устройство ввода Мышь - устройство ввода Принтер - устройство вывода

Типы корпусов • Desktop (горизонтальные) – Slim – Booksize • Tower (ветрикальные) – Mini Типы корпусов • Desktop (горизонтальные) – Slim – Booksize • Tower (ветрикальные) – Mini Tower – Midi Tower – Big Tower (File. Server)

Типы корпусов Форм-фактор есть размеры и расположение компонентов ПК: ATX, Micro. ATX, Flax. ATX Типы корпусов Форм-фактор есть размеры и расположение компонентов ПК: ATX, Micro. ATX, Flax. ATX Стандарт определят – Возможность включать и выключать компьютер по командам ОС или сетевым запросам – Устанавливает форму и расположение отверстий в корпусе под разъёмы интерфейсов, клавиатуры, мыши – Устанавливает расположение отверстий в корпусе под установку монтажных стоек для крепления системных плат – Система охлаждения предполагает нагнетание воздуха в системный блок, а вентилятор источника питания и дополнительные вентиляторы выдувают воздух из корпуса – Способ подачи питания (напряжение/ток) на системную плату и периферийные устройства

Корпус Towers подразделяются по количеству слотов под 5” устройства: Micro-Tower (1 устройство 5”) Mini-Tower Корпус Towers подразделяются по количеству слотов под 5” устройства: Micro-Tower (1 устройство 5”) Mini-Tower ( 2 устройства 5”) Midi-Tower ( 3 устройства 5”) Big-Tower ( 4 и более устройств 5”) Towers также делятся на «высокие» и «низкие» .

Корпус Корпус

Охлаждение системного блока Cooler – состоит из радиатора и вентилятора, призван отводить излишки тепла Охлаждение системного блока Cooler – состоит из радиатора и вентилятора, призван отводить излишки тепла от современных высокопроизводительных и/или греющихся элементов внутри системного блока ( CPU, GPU, HDD, North bridge, South bridge и т. д. ) Количество разнообразных радиаторов и вентиляторов в современном ПК может достигать десятка

Типы корпусов Характеристики корпусов компании Casetek International Co. , Ltd Тип Super Tower Midi Типы корпусов Характеристики корпусов компании Casetek International Co. , Ltd Тип Super Tower Midi Tower Micro Tower Tiny Tower Mini ITX Модель CK-1018 -1 A CK-1020 -5 A CK-1008 -FB CK-1007 -1 A Плата ATX/full. AT ATX (13"x 12") Micro ATX (9, 6"x 9, 6") 170 x 170 180 x 190 мм Кол-во слотов 7 7 4 4 Low profile PCI Slotx 1 Отсеки внеш. 5, 25"x 5 3, 5"x 2 5, 25"x 1 3, 5"x 1 CD-ROMx 1 Отсеки внутр. 3, 5"x 3 3, 5"x 2 2, 5"x 2 3, 5"HDDx 1 280 x 135 x 298, 5 Габариты 510 x 206 x 520 558 x 219 x 477 410 x 180 x 358 345 x 135 x 354 Вес с блоком питания 16, 9 15, 7 7, 4 4, 5 Слот – 2 ряда контактов, вытянутых в одну линейку Сокет (socket)– прямоугольный разъём

Основные узлы системного блока • Системная плата, или материнская плата, на которой размещены центральные Основные узлы системного блока • Системная плата, или материнская плата, на которой размещены центральные устройства ПК — CPU, оперативная память, комплект ИМС, называемый чипсетом, контроллеры, адаптеры • Блок питания, снабжающий напряжением все электрические цепи и внешние устройства системного блока • Разъемы для подключения периферийных устройств расположены на специальной панели на тыльной стороне системного блока • Устройства сигнализации и включения ПК, размещенные на специальной панели на лицевой стороне системного блока • Внешние устройства — жесткий диск, компакт-диск CD ROM/R/RWили DVD, подключенные к ПК и блоку питания специальными кабелями • Основной платой ПК является материнская плата (Mother. Board)

Материнская плата (Mother. Board ) • Процессор - основная микросхема, выполняющая математические и логические Материнская плата (Mother. Board ) • Процессор - основная микросхема, выполняющая математические и логические операции; • Чипсет - набор микросхем, которые руководят работой внутренних устройств ПК и определяют основные функциональные возможности материнской платы; • Шины - набор проводников и электронных схем, по которым происходит обмен информацией между внутренними устройствами компьютера • Оперативная память (RAM – Random Access Memory) - набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных • Постоянная память (ROM – Read Only Memory) микросхема, предназначенная для долговременного хранения данных, даже при отключенном компьютере; • Разъёмы (слоты) для подсоединения дополнительных устройств

Процессор • Устройство, предназначенное для логической и арифметической обработки информации, анализа и формирования управляющих Процессор • Устройство, предназначенное для логической и арифметической обработки информации, анализа и формирования управляющих сигналов • Функции: – Передача информации между CPU, ОП, ВЗУ – Выполнение программ, хранящихся в ОП – Обработка прерываний Физически микропроцессор представляет собой интегральную микросхему — тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора.

Процессор Центральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) – Арифметико-логическое устройство (АЛУ) – Процессор Центральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) – Арифметико-логическое устройство (АЛУ) – Устройство управления (УУ) – Микропроцессорная память (регистры, МПП) – Системная шина Сопроцессор Кэш — быстродействующая память малого объема

Процессор CPU выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует Процессор CPU выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера АЛУ предназначено для выполнения арифметических и логических операций, выполнения операций сдвига, формирования признаков результатов операций УУ формирует последовательность внешних и внутренних управляющих сигналов, а также анализирует сигналы (прерывания) поступающие от других устройств МПП – регистры предназначены для временного хранения и преобразования информации СШ обеспечивает передачу информации: – Между CPU и основной памятью – Между МПП и портами ввода вывода – Между основной памятью и портами ввода вывода

Регистры • Регистр команд дешифрирует и сохраняет выполняемую команду в течение всего цикла исполнения Регистры • Регистр команд дешифрирует и сохраняет выполняемую команду в течение всего цикла исполнения • Счётчик команд формирует адрес следующей команды • Аккумулятор содержит один из операндов или конечный результат выполнения команды • Регистр флагов (регистр слова состояния процессора) содержит признаки результата выполнения команды • Регистры общего назначения используются для хранения данных в процессе выполнения команды • Сегментные регистры используются для формирования адресов

Исполнительный цикл процессора При запуске программы на выполнение в СК пересылается адрес первой выполняемой Исполнительный цикл процессора При запуске программы на выполнение в СК пересылается адрес первой выполняемой команды 1. Используя адрес из СК CPU считывает из ОП очередную команду и помещает её в регистр команд. В первом байте команды хранится код операции, по которому CPU определяет сколько байтов занимает команда и считывает остальные байты. При считывании очередного байта содержимое СК увеличивается на 1. После считывания всей команды в СК адрес следующей команды 2. Команда дешифрируется. В зависимости от типа команды она может иметь 0, 1, 2 или 3 операнда. На этом этапе выполняются операции, предписанные командой, осуществляется обработка данных, если они есть. Обращение к памяти на 1 этапе связано с выборкой команд, а на 2 этапе с выборкой данных. Процессор в отличии от ОП различает среди информации команды и данные Данный цикл выполнения команды называется Скалярным (один конвейер). Процессоры по Intel 486 включительно Суперскалярный процессор имеет более одного конвейера для параллельного выполнения инструкций, образуя несколько потоков обработки данных. Pentium – двухпотоковый, Pentium Pro – трёхпотоковый

Работа обычного процессора Поток 1 Поток 2 Команды, поступившие на вход процессора, последовательно проходят Работа обычного процессора Поток 1 Поток 2 Команды, поступившие на вход процессора, последовательно проходят через необходимые для их выполнения блоки по очереди Пока одна команда выполняется процессором, остальные ждут очереди

Технология Hyper-Threading Выделяется два логических процессора, хотя реально – один Технология Hyper-Threading учитывает тот Технология Hyper-Threading Выделяется два логических процессора, хотя реально – один Технология Hyper-Threading учитывает тот факт, что в процессоре отдельные блоки обрабатывают определённый тип данных и пока один занят работой другие ждут своей очереди Программы написанные с учётом этой технологии позволяют процессору выполнять сразу две операции

Двухъядерный процессор Два отдельных процессора, которые расположены на одном кристалле или в одном корпусе Двухъядерный процессор Два отдельных процессора, которые расположены на одном кристалле или в одном корпусе На вход двухъядерного процессора поступают два отдельных потока и отдельно выходят. Взаимного влияния друг на друга потоки внутри процессора не оказывают. Исключения составляют схемы интерфейса и Кэш Использование технологии Hyper-Threading позволяет получить 4 логических процессора

Процессор ПК оснащен дополнительными сопроцессорами, ориентированными на эффективное выполнение специфических функций • математический сопроцессор Процессор ПК оснащен дополнительными сопроцессорами, ориентированными на эффективное выполнение специфических функций • математический сопроцессор для обработки числовых данных в формате с плавающей точкой • графический сопроцессор для обработки графических изображений • сопроцессор ввода/вывода для выполнения операции взаимодействия с периферийными устройствами

Кэш - память Кэш (англ. Cache) - сверхоперативная память представляет собой быстрое ЗУ небольшого Кэш - память Кэш (англ. Cache) - сверхоперативная память представляет собой 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 кэш отсутствует, то процессор считывает её непосредственно из оперативной памяти Соотношение числа попаданий и промахов определяет эффективность кэширования

Кэш-память первого уровня - небольшая (несколько десятков килобайт) сверхбыстрая память, предназначенная для хранения промежуточных Кэш-память первого уровня - небольшая (несколько десятков килобайт) сверхбыстрая память, предназначенная для хранения промежуточных результатов вычислений 128 -512 КБ Кэш-память второго уровня медленнее, но больше до 4 Мб Конструктивно выполнена на одном кристалле с процессором

Core 2 Duo - наиболее массовые и востребованные процессоры Intel Процессоры различаются между собой Core 2 Duo - наиболее массовые и востребованные процессоры Intel Процессоры различаются между собой частотой, частотой системной шины FBS - 800 МГц и 1066 МГц кэш L 2 - 2 Мб и 4 мб

Core 2 Quad - четырехъядерные процессоры Intel Состоят из двухъядерных процессоров Core 2 Duo, Core 2 Quad - четырехъядерные процессоры Intel Состоят из двухъядерных процессоров Core 2 Duo, работающих в одном корпусе FSB 1066 МГц кэш L 1 - 128 Кб кэш L 2 – 8 Мб Тактовая частота 2, 4 ГГц и 2, 6 ГГц

Athlon 64 X 2 • • Athlon 64 X 2 двухъядернве процессоры FSB для Athlon 64 X 2 • • Athlon 64 X 2 двухъядернве процессоры FSB для всех моделей и составляет 1000 МГц Тактовая частота 1, 9 ГГц. . 3, 0 ГГц Кэш L 2 для всех процессоров составляет 1 Мб

Phenom • • AMD Phenom являются полноценным четырехъядерным решением Тактовая частота 2, 2 ГГц, Phenom • • AMD Phenom являются полноценным четырехъядерным решением Тактовая частота 2, 2 ГГц, 2, 6 ГГц кэш L 2 - 2 Мб впервые в процессорах AMD будет применяться кэш третьего уровня объёмом 2 Мб, его задача - ускорение обмена данными между процессорными ядрами, тем самым разгружая шину памяти.

Параметры МП Разрядность Быстродействие Размер Кэша Зависит от разрядности регистров процессора. Разряд хранит 1 Параметры МП Разрядность Быстродействие Размер Кэша Зависит от разрядности регистров процессора. Разряд хранит 1 бит информации. • Внутренняя тактовая частота - количество циклов, которые совершает процессор за единицу времени (секунду). Тактовая частота 2 -х ядерных процессоров от 2 до 3, 8 ГГц Скорость работы CPU отличается на порядок от скорости работы ОП Большинство МП 32 разрядные (по Pentium 4 включительно), 2 -х и 4 -х ядерные процессоры 64 разрядные. Вместе с быстродействием разрядность характеризует объем информации, перерабатываемый CPU за единицу времени • Внешняя тактовая частота (FSB Front Side Bus)– частота обмена между процессором и устройствами системной платы от 200 до 1600 МГц Рабочее напряжение Снижение рабочего напряжения разрешает уменьшить размеры CPU, а также уменьшить тепловыделение в CPU, что разрешает увеличить его производительность без угрозы перегрева. Кэш – буфер между МПП и ОП Чем больше объем Кэша , тем выше производительность Коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты Есть коэффициент, на который следует умножить тактовую частоту материнской платы, для достижения частоты процессора.

Характеристики процессоров Процессор Кэш L 2 МБ Частота ядра, ГГц Частота FSB, Кол-во ядер Характеристики процессоров Процессор Кэш L 2 МБ Частота ядра, ГГц Частота FSB, Кол-во ядер МГц Core 2 Duo E 6700 4 2. 66 1066 2 Core 2 Duo E 6400 2 2. 13 1066 2 Core 2 Extreme 4 2. 93 1066 2 Pentium Extreme Edition 965 2 x 2 3. 73 1066 2 Pentium 4 670 2 3. 8 800 1 Pentium 4 551 1 3. 40 800 1 Celeron М 340 512 КБ 1, 5 400 1

Процессорный разъём Socket. A Процессорный разъём Socket. A

Процессорный разъём Socket. A Предназначен для установки CPU AMD Athlon (Thunderbird)&Duron. Процессорный разъём Socket. A Предназначен для установки CPU AMD Athlon (Thunderbird)&Duron.

Шины Шина есть группа проводов и электронных схем, обеспечивающих передачу информации внутри компьютера Процессор Шины Шина есть группа проводов и электронных схем, обеспечивающих передачу информации внутри компьютера Процессор связан в первую очередь с оперативной памятью и с другими устройствами, с помощью шин Основных шин три (условно): • шина данных • адресная шина • командная шина Шины на материнской плате используются не только для связи с процессором. Все устройства материнской платы, а также устройства, которые подключаются к ней, взаимодействуют между собой с помощью шин. От архитектуры этих элементов во многом зависит производительность ПК в целом

Шина данных - Осуществляет передачу данных из оперативной памяти в регистры процессора и наоборот, Шина данных - Осуществляет передачу данных из оперативной памяти в регистры процессора и наоборот, то есть шина данных является двунаправленной - Данные передаются в виде двоичных цифр через определенные промежутки времени - Количество данных, которое может передать процессор за один такт определяется разрядностью внутренних регистров. В процессорах ШД 64 разрядная Это означает, что за один такт на обработку поступает сразу 8 байт данных

Адресная шина - Данные, передаваемые по шине адреса трактуются как адреса ячеек оперативной памяти Адресная шина - Данные, передаваемые по шине адреса трактуются как адреса ячеек оперативной памяти - Разрядность шины определяет максимально возможный объем адресуемой оперативной памяти 232=4 ГБ, 236=64 ГБ 264=2305843009 ГБ

Командная шина - Передаёт из оперативной памяти команды, выполняемые процессором - Команды и данные Командная шина - Передаёт из оперативной памяти команды, выполняемые процессором - Команды и данные хранятся в памяти в отдельных областях - Команды представлены в виде последовательности байтов. Простые команды занимают один, два, три и больше байтов - Процессоры имеют 32 -х 64 разрядную командную шину, существуют процессоры с 128 разрядной командной шиной

Система команд процессора • CISC – Complex Instruction Set Computing процессоры с расширенной системой Система команд процессора • CISC – Complex Instruction Set Computing процессоры с расширенной системой команд используются в универсальных вычислительных системах. (PU типа Pentium имеют более тысячи команд) • RISC – Reduced Instruction Set Computing процессоры с сокращенной системой команд используются в специализированных вычислительных системах или устройствах, ориентированных на выполнение единообразных операций

Оперативная память - RAM - Random Access Memory память произвольного доступа. Второе по быстродействию Оперативная память - RAM - Random Access Memory память произвольного доступа. Второе по быстродействию устройство после CPU. Могут работать на частоте до 500 МГц, обеспечивая пропускную способность до 3, 7 Гб/с • 256 Мб – стартовый уровень • 512 МБ – комфортная работа приложений • 1 ГБ – достаточно для работы с 2 -мерной и 3 х – мерной графикой

Memory Banks 1, 2, 3 Memory Banks 1, 2, 3

Memory Bank Банки памяти предназначены для установки в них соответствующих модулей памяти Memory Bank Банки памяти предназначены для установки в них соответствующих модулей памяти

Модули памяти • SIMM – Single In-line Memory Module устарели, • используются на сегодняшний Модули памяти • SIMM – Single In-line Memory Module устарели, • используются на сегодняшний день в телефонах (сначала адрес, затем данные) DIMM – Dual In-line Memory Module (адрес следующих данных и данные из предыдущего адреса ) используют микросхемы памяти: – SDRAM – частота тактового импульса 133 МГц – данные передаются по заднему фронту синхроимпульса. Скорость передачи данных 133 Мбит/сек • PC 100 SDRAM, PC 133 SDRAM (Pentium 3) 100 и 133 частота – DDR SDRAM - частота тактового импульса 133 МГц – данные передаются по обоим фронтам синхроимпульса. Скорость передачи данных 266 Мбит/сек – DDR 2 SDRAM - частота тактового импульса 256 МГц – данные передаются по обоим фронтам синхроимпульса. Скорость передачи данных 533 Мбит/сек

Память Внутренняя • Кэш-память • Оперативная память (RAM) • Постоянная память (ROM) • Перепрограммируемая Память Внутренняя • Кэш-память • Оперативная память (RAM) • Постоянная память (ROM) • Перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory ) • Энергонезависимая память CMOS RAM • Видеопамять Внешняя Магнитные диски • Гибкие магнитные диски (FDD) • Жесткий диск (HDD) Оптические (лазерные) диски • Только чтение (CD-ROM) Магнитооптические диски • Записаваемые (CD-R, DVD-R) • Перезаписываемые (CD-RW, DVD-RW)

Постоянная память - ROM (Read Only Memory — память только для чтения) — энергонезависимая Постоянная память - ROM (Read Only Memory — память только для чтения) — энергонезависимая память представляет собой микросхемы, в которых хранятся программы BIOS Содержание памяти специальным образом “зашивается” в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать. BIOS (Base Input Output System) - базовая система ввода/вывода представляет собой набор программ проверки и обслуживания аппаратуры компьютера Например: самотестирование ПК, программы обмена данными между клавиатурой, памятью, монитором, жёстким диском

System BIOS CMOS Battery System BIOS CMOS Battery

BIOS (Basic Input/Output System — базовая система вводавывода) — совокупность программ, реализующих следующие функции: BIOS (Basic Input/Output System — базовая система вводавывода) — совокупность программ, реализующих следующие функции: • Автоматическое тестирование устройств после включения питания компьютера (инициализация системы ) осуществляется программой POST (Power On Self Test) • Загрузка операционной системы в оперативную память осуществляется программой BOOT – системный загрузчик • Настройка конфигурации ПК осуществляется программой Set. Up BIOS, параметры конфигурации хранятся в CMOS_RAM • Обработка программных прерываний от УВВ. Каждое стандартное УВВ в BIOS имеет свою программу обслуживания (256 – стандартных прерываний) Роль BIOS двоякая: с одной стороны это неотъемлемый элемент аппаратуры (Hardware), а с другой стороны — важный модуль любой операционной системы (Software) Это первое программное обеспечение, выполняемое компьютером

BIOS Как правило, материнская плата содержит 3 типа памяти, которые хранят в себе данные, BIOS Как правило, материнская плата содержит 3 типа памяти, которые хранят в себе данные, необходимые для работы BIOS и начальной загрузки компьютера 1. Микросхема памяти , хранящая BIOS 2. CMOS память 3. Boot Block (возможность загрузки с системного устройства)

CMOS RAM — это память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки Используется CMOS RAM — это память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы Содержимое CMOS изменяется специальной программой Setup, входящей в BIOS (англ. Set-up — устанавливать )

Инициализация системы • Сразу после включения начинает работать подпрограмма BIOS POST (Power-On Self Test) Инициализация системы • Сразу после включения начинает работать подпрограмма BIOS POST (Power-On Self Test) • Инициализация процессора: установка режима и значений некоторых регистров • Проверка работоспособности и инициализации подсистем ПК – Проверка CPU – ПЗУ – ОЗУ (программируются регистры чипсета, управляющие контроллерами памяти и выполняется тестирование начальных адресов памяти) – Проверка адаптера дисплея и тест ОЗУ в полном объёме. Далее работа с ожившим экраном. Инициализация прерываний УВВ • Система знает конфигурацию ПК и готова к загрузке ОС. В этот момент можно войти в BIOS Set. Up и изменить настройки ПК, находящиеся в CMOS памяти (после изменений возврат в POST) – ++

Процедура начальной загрузки • Вызывается прерыванием BIOS Int 19 h – BOOTstrap loader • Процедура начальной загрузки • Вызывается прерыванием BIOS Int 19 h – BOOTstrap loader • Определяется первое готовое устройство из списка разрешенных и доступных (HDD, CD, сетевой адаптер) и осуществляется загрузка в ОП главного загрузчика MBR (Master Boot Record) и передаёт ему управление • MBR определяет на диске системный раздел, загружает Boot Record этого раздела и передаёт ему управление • Boot Record загружает файлы ОС и передаёт ей управление

Загрузка ОС • ОС выполняет инициализацию подведомственных ей программных и аппаратных средств, расширяя сервисы Загрузка ОС • ОС выполняет инициализацию подведомственных ей программных и аппаратных средств, расширяя сервисы BIOS • ОС ведет распределение всех ресурсов ПК – Памяти (как ОП, так и HDD, CD) – Процессорного времени – Периферийных устройств • ОС предоставляет интерфейс пользователя, с помощью которого запускаются приложения и настраиваются параметры ОС и осуществляются иные действия пользователя • Под управлением ОС загружаются и исполняются пользовательские приложения

Перепрограммируемая постоянная память (ППЗУ) • Programmable Read Only Memory (PROM) — большая вместимость и Перепрограммируемая постоянная память (ППЗУ) • Programmable Read Only Memory (PROM) — большая вместимость и возможность перепрограммирования. Допустим только одноразовый прожиг • Erasable Programmable Read Only Memory (EPROM) – данные можно записывать многократно. Для записи используется программатор • Electrically Programmable Read Only Memory (ETPROM) или Flash ROM. Для перезаписи необходимо иметь лишь соответствующую программу

Видеопамять Для хранения графической информации используется видеопамять Видеопамять (VRAM) — разновидность оперативного ЗУ, в Видеопамять Для хранения графической информации используется видеопамять Видеопамять (VRAM) — разновидность оперативного ЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам — процессору и дисплею. Поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти

AGP slot AGP slot

AGP slot Accelerated Graphics Port - ускоренный графический порт или порт графического ускорителя –тактовая AGP slot Accelerated Graphics Port - ускоренный графический порт или порт графического ускорителя –тактовая частота 66 МГц. AGP 2 x – пропускная способность 500 Мб/с. AGP 4 x – пропускная способность в 1 Гб/с. Для установки высокопроизводительных видеокарт используется PCI-Express слот (Peripheral Component Interconnect) PCI-Express x 16, x 8

Видеокарта (видеоадаптер) • Самостоятельный компьютер внутри ПК • На плате видеокарты находится – Видеопроцессор Видеокарта (видеоадаптер) • Самостоятельный компьютер внутри ПК • На плате видеокарты находится – Видеопроцессор - GPU, который по командам CPU самостоятельно строит объёмные изображения – Математический сопроцессор, предназначенный для расчётов с плавающей точкой. 3 D - изображение формируется в результате математических вычислений с плавающей точкой – Видеопамять

 • Совместно с монитором видеоадаптер образует видео подсистему ПК • Видеоадаптер: – Видеопроцессор • Совместно с монитором видеоадаптер образует видео подсистему ПК • Видеоадаптер: – Видеопроцессор – Математический сопроцессор – Видеопамять

Видеоадаптер • 2 D графика позволяет рисовать в одной плоскости. Пользовательский интерфейс Windows, офисные Видеоадаптер • 2 D графика позволяет рисовать в одной плоскости. Пользовательский интерфейс Windows, офисные приложения и т. п. • 3 D графика позволяет создавать отображение 3 -х мерного объекта на плоскости. Математический сопроцессор создаёт в видеопамяти трёхмерный объект

Формирование 3 -х мерного изображения • Построение математической модели – задаются координаты опорных точек Формирование 3 -х мерного изображения • Построение математической модели – задаются координаты опорных точек и уравнения связывающих их линий • Деление поверхности объекта на плоские простейшие объекты • Трансформация – преобразование простого объекта к более естественному виду • Расчёт освещенности и затенения • Проецирование – трёхмерный объект преобразуется в двухмерный, при этом запоминается расстояние вершин граней простейших фигур до поверхности экрана • Обработка координат вершин – координаты вершин из представления с плавающей точкой преобразуются в целые числа • Удаление скрытых поверхностей

Формирование 3 -х мерного изображения • Наложение текстур – т. к. поверхность изображения моделировалась Формирование 3 -х мерного изображения • Наложение текстур – т. к. поверхность изображения моделировалась с помощью прямоугольников или треугольников необходимо создать реалистическое изображение, наложив на каждую поверхность текстуру. Текстуры хранятся в памяти в виде растровых рисунков • Создание эффектов прозрачности и полупрозрачности • Коррекция дефектов - смоделированные линии и границы, если они не вертикальны и горизонтальны выглядят угловато, следовательно производится коррекция изображения • Интерполяция цветов – если при моделировании использовалось другое количество цветов, чем у видеокарты, то добавляются недостающие или удаляются избыточные • После расчёта всех точек кадра информация о каждом пискеле записывается в видеопамять

Внешняя память • накопители на жёстких магнитных дисках • накопители на гибких магнитных дисках Внешняя память • накопители на жёстких магнитных дисках • накопители на гибких магнитных дисках • накопители на компактдисках • накопители на магнитооптических компакт-дисках • Flash Erase EEPROM (Electronically Erasable Programmable ROM)

Накопители на жестких магнитных дисках Накопитель на жёстких магнитных дисках (англ. HDD — Hard Накопители на жестких магнитных дисках Накопитель на жёстких магнитных дисках (англ. HDD — Hard Disk Drive) или винчестер - запоминающее устройство большой ёмкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые пластины — платтеры, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для хранения информации — программ и данных. Ёмкость: от сотен Мегабайт до сотен Гбайт и десятков Тбайт Поверхность платтера имеет магнитное покрытие толщиной всего лишь в 1, 1 мкм, а также слой смазки для предохранения головки от повреждения при опускании и подъёме на ходу. При вращении платтера над ним образуется воздушный слой, который обеспечивает воздушную подушку для зависания головки на высоте 0, 5 мкм над поверхностью диска

HDD сторона Дорожка – концентрическая окружность Цилиндр - одноименные дорожки на всех сторонах Сектор HDD сторона Дорожка – концентрическая окружность Цилиндр - одноименные дорожки на всех сторонах Сектор - часть дорожки Кластер – один или несколько смежных секторов, минимальная единица, выделяемая для хранения файла

HDD • Габариты HDD – Большинство – 3. 5 HDD • Габариты HDD – Большинство – 3. 5" – Малогабаритные - 2. 5"; 1" – Миниатюрные – размеры флэш-карты • Объём – 80. . 780 ГБ и более • Внутренняя скорость передачи данных – 470 Мбит/с – 3 Гбит/с • Кэш – 2 -16 МБ

HDD • Для ускорения процесса ЧТ/ЗП используется Кэш (буферизация данных) • Контроллер винчестера считывает HDD • Для ускорения процесса ЧТ/ЗП используется Кэш (буферизация данных) • Контроллер винчестера считывает (записывает) не один сектор, а целую дорожку за одно обращение к диску • При новом запросе на чтение сначала проверяется буфер • Наиболее интеллектуальные контроллеры могут заранее загружать в буфер данные, используя механизм предсказания

Внешняя память • Для подключения устройств внешней памяти на системной плате предусмотрены соответствующие интерфейсы Внешняя память • Для подключения устройств внешней памяти на системной плате предусмотрены соответствующие интерфейсы

SATA IDE 1, 2 SATA IDE 1, 2

IDE/ATA IDE (Integrated Drive Electronics), он же ATA (Advanced Technology Attachment), Ultra ATA/133 – IDE/ATA IDE (Integrated Drive Electronics), он же ATA (Advanced Technology Attachment), Ultra ATA/133 – 16 разрядный параллельный интерфейс. На каждый IDE контроллер можно установить 2 IDE устройства, тем самым в ПК может работать с 4 НDD, перспективы развития не имеет, также используется для подключения CD/DVD SATA Serial ATA – последовательный интерфейс позволяет увеличить скорость передачи данных до 3 Гбит/с Существенно уменьшить габариты разъёма и шлейфа для подключения HDD и CD/DVD На переходном этапе используются два интерфейса

Характеристики винчестеров Внутренняя скорость передачи данных Время доступа среднее, нс Ёмкость ГБ 250 7200 Характеристики винчестеров Внутренняя скорость передачи данных Время доступа среднее, нс Ёмкость ГБ 250 7200 8 SATAII 840 Мбит/с 8. 9 HD 400 LJ 400 7200 8 SATAII 1000 Мбит/с 8. 9 ST 375064 OAS 750 7200 16 SATAII ST 3750640 NS 750 7200 16 SATAII 1030 Мбит/с 4. 6 WD 500 YS WD Samsung Модель SP 2504 C Фирма Частота вращения об/мин 500 7200 16 SATA 3 Гбит/с 8. 7 320 7200 16 SATA 2. 4 Гбит/с 8. 9 320 7200 8 EIDE 1. 2 Гбит/с 8. 9 Кэш Мбайт Интерфейс Seagate семейство Barracuda Cavial RE 2 WD 320 KS Western Digital WD Cavial SE 16 WD 300 JB WD Cavial SE

FDD Connector FDD Connector

FDD Connector Предназначен для подключения одного/двух FDD (Floppy Disk Drive – привод гибких дисков) FDD Connector Предназначен для подключения одного/двух FDD (Floppy Disk Drive – привод гибких дисков) 5. 25” & 3. 25” всех существующих стандартов.

Накопители на гибких магнитных дисках Информация записывается по концентрическим дорожкам (трекам), которые делятся на Накопители на гибких магнитных дисках Информация записывается по концентрическим дорожкам (трекам), которые делятся на секторы. Количество дорожек и секторов зависит от типа и формата дискеты. Сектор хранит минимальную порцию информации, которая может быть записана на диск или считана. Ёмкость сектора постоянна и составляет 512 байтов На дискете можно хранить от 360 Килобайт до 2, 88 Мегабайт информации. В настоящее время наибольшее распространение получили дискеты со следующими характеристиками: диаметр 3, 5 дюйма (89 мм), ёмкость 1, 44 Мбайт, число дорожек 80, количество секторов на дорожках 18.

RAID Контроллер&BIOS для IDE 3, 4 RAID Контроллер&BIOS для IDE 3, 4

RAID контроллер RAID (Redundant Arrays of Inexpensive Disks - избыточный массив независимых дисков) RAID RAID контроллер RAID (Redundant Arrays of Inexpensive Disks - избыточный массив независимых дисков) RAID служит для создания дисковых массивов и/или зеркализации HDD. Контроллер имеет свой собственный BIOS и управляет своими собственными IDE 3, 4, также по два устройства на канал, но только HDD.

PCI slots PCI slots

PCI slot Peripheral Component Interconnect соединение внешних компонентов, тактовая частота - 66 MГц, пиковая PCI slot Peripheral Component Interconnect соединение внешних компонентов, тактовая частота - 66 MГц, пиковая пропускная способность - 264 Mбит/с для 32 -разрядных данных и 528 для 64 Стандарт подключения внешних устройств, введенный в ПК на базе процессора Pentium поддержка механизма Plug-and-Play После физического подключения внешнего устройства к разъёму шины PCI происходит обмен данными между устройством и системной платой, в результате которого устройство получает номер PCI-Express x 16, x 8 для прерывания, адрес порта и номер канала прямого подключения доступа к памяти высокоскоростных видеокарт

ISA slot ISA slot

ISA slot Industry Standard Architecture архитектура промышленного стандарта тактовая частота - 8 MГц, максимальная ISA slot Industry Standard Architecture архитектура промышленного стандарта тактовая частота - 8 MГц, максимальная пропускная способность – 5, 55 Mбит/с Может использоваться для подключения "медленных" внешних устройств, таких как модем, звуковая карта С 2000 г. выпуск системных плат с ISA/EISA интерфейсом прекращён

Ю Chipset жн ый мо й ы ст е С н ер в м Ю Chipset жн ый мо й ы ст е С н ер в м ст о

Chipset - набор микросхем. В chipset'е заложены все основные возможности (поддержка типов процессоров и Chipset - набор микросхем. В chipset'е заложены все основные возможности (поддержка типов процессоров и FSB, типов и объёмов памяти, режимов передачи данных, слотов расширения, поддержка режимов энергосбережения и т. д. В комплект чипсета может входить различное количество микросхем, в последнее время используются 1 -2 микросхемы South Bridge (южный мост) и North Bridge (северный мост) Производители системных плат могут путём добавления дополнительных микросхем (контроллеров) расширить возможности своего продукта, но базовые (основные) параметры заложены в chipset'е.

North Bridge (северный мост) предназначен для обмена данными между процессором и высокоростными устройствами: память, North Bridge (северный мост) предназначен для обмена данными между процессором и высокоростными устройствами: память, шина PCI_Express или AGP. К северному мосту подключается блок телевидения South Bridge (южный мост) предназначен для работы с низкоскоростным интерфейсом: мышь, клавиатура, модем, USB, звуковая плата Для обмена данными между южным и северным мостами используются различные типы скоростных шин (ранее использовалась PCI). Скорость передачи 2 Гбайт/с

Основные шинные интерфейсы материнских плат: • ISA (Industry Standard Architecture). Разрешает связать между собой Основные шинные интерфейсы материнских плат: • ISA (Industry Standard Architecture). Разрешает связать между собой все устройства системного блока, а также обеспечивает простое подключение новых устройств через стандартные слоты. Пропускная способность составляет до 5, 5 Мбайт/с. В современных компьютерах может использоваться лишь для подсоединения внешних устройств, которые не требуют большей пропускной способности (звуковые карты, модемы и т. д. ).

Основные шинные интерфейсы материнских плат: • EISA (Extended ISA). Расширение стандарта ISA. Пропускная способность Основные шинные интерфейсы материнских плат: • EISA (Extended ISA). Расширение стандарта ISA. Пропускная способность возросла до 32 Мбайт/с. Как и стандарт ISA, этот стандарт исчерпал свои возможности, выпуск плат, которые поддерживают эти интерфейсы прекратился.

Основные шинные интерфейсы материнских плат: • VLB (VESA Local Bus). Интерфейс локальной шины стандарта Основные шинные интерфейсы материнских плат: • VLB (VESA Local Bus). Интерфейс локальной шины стандарта VESA • Локальная шина соединяет процессор с оперативной памятью в обход основной шины. Работает на большей частоте, чем основная шина, и позволяет увеличить скорость передачи данных. Понятие "локальной шины" появилось в конце 80 годов (Intel 386/486), в качестве основной использовалась ISA/IESA • Позже, в локальную шину добавили интерфейс для подключения видеоадаптера, который требует повышенной пропускной способности, что и привело к появлению стандарта VLB. • Пропускная способность - до 130 Мбайт/с, рабочая тактовая частота - 50 МГц, но зависит от количества устройств, подсоединенных к шине, что является главным недостатком интерфейса VLB. • VLB PCI

Основные шинные интерфейсы материнских плат: • PCI (Peripherial Component Interconnect). Стандарт подключения внешних устройств Основные шинные интерфейсы материнских плат: • PCI (Peripherial Component Interconnect). Стандарт подключения внешних устройств • Введен в ПК на базе процессора Pentium представляет собой интерфейс локальной шины с разъемами для подсоединения внешних компонентов • Поддерживает частоту шины до 66 МГц, обеспечивает быстродействие до 264 Мбайт/с для 32 -разрядных данных и 528 для 64 разрядных независимо от количества подсоединенных устройств • Поддержка механизма plug-and-play, суть которого состоит в том, что после физического подключения внешнего устройства к разъему шины PCI происходит автоматическая конфигурация этого устройства.

Основные шинные интерфейсы материнских плат: • FSB (Front Side Bus) • Введен в ПК Основные шинные интерфейсы материнских плат: • FSB (Front Side Bus) • Введен в ПК на базе процессора Pentium Pro для связи с оперативной памятью • Работает на частоте 400 -1066 МГц и имеет пропускную способность до 8528 Мбайт/с • Частота шины FSB является основным параметром, именно она указывается в спецификации материнской платы • За шиной PCI осталась функция подключения новых внешних устройств.

Основные шинные интерфейсы материнских плат: • AGP (Advanced Graphic Port) • Специальный шинный интерфейс Основные шинные интерфейсы материнских плат: • AGP (Advanced Graphic Port) • Специальный шинный интерфейс для подключения видеоадаптеров • Разработан в связи с тем, что параметры шины PCI не отвечают требованиям видеоадаптеров по быстродействию • Частота этой шины - 33 или 66 МГц, пропускная способность до 1066 Мбайт/с

Основные шинные интерфейсы материнских плат: • USB (Universal Serial Bus) • Стандарт универсальной последовательной Основные шинные интерфейсы материнских плат: • USB (Universal Serial Bus) • Стандарт универсальной последовательной шины определяет новый способ взаимодействия компьютера с периферийным оборудованием • Разрешает подключать до 256 разных устройств с последовательным интерфейсом, причем устройства могут подсоединяться цепочкой • Производительность шины USB относительно небольшая и составляет 12 Мбит/с • Среди преимуществ этого стандарта следует отметить возможность подключать и отключать устройства в "горячем режиме" (то есть без перезагрузки компьютера), а также возможность объединения нескольких компьютеров в простую сеть без использования специального аппаратного и программного обеспечения

Bluetooth Беспроводный интерфейс используется для подключения различных периферийных устройств, таких как, мобильный телефон, наушники, Bluetooth Беспроводный интерфейс используется для подключения различных периферийных устройств, таких как, мобильный телефон, наушники, КПК Bluetooth адаптер можно подключать используя интерфейс USB или PCI Интерфейс Bluetooth позволяет подключать до 7 внешних устройств

Wi-Fi • Интерфейс Wi-Fi позволяет создавать беспроводную локальную сеть • Адаптер Wi-Fi подключается к Wi-Fi • Интерфейс Wi-Fi позволяет создавать беспроводную локальную сеть • Адаптер Wi-Fi подключается к USB порту или устанавливается на PCI слот • Скорость передачи данных 54 Мбит/с

Разъёмы подключения периферийных устройств LPT, COM 1&COM 2 – параллельный и последовательные порты – Разъёмы подключения периферийных устройств LPT, COM 1&COM 2 – параллельный и последовательные порты – служат для соединения с различными внешними устройствами (принтерами, модемами, «Мышами» , и т. д. ) USB - (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина) – новый интерфейс для подключения различных внешних устройств. Пропускная способность - 12 Mbit/s. В настоящий момент действует новый стандарт USB. Пропускная способность нового стандарта возросла в 40 раз

Разъёмы подключения периферийных устройств - разъемы для подключения «Мыши» и клавиатуры стандарта PS/2 Разъёмы подключения периферийных устройств - разъемы для подключения «Мыши» и клавиатуры стандарта PS/2