Лекция 13 Архитектура современных ПК и микропроцессорных систем

Лекция 13 Архитектура современных ПК и микропроцессорных систем 1

Чипсеты для ПК Одновременно с усовершенствованием МП происходила и модификация системных плат. n n n Изменялись cокеты для МП Сменилось несколько системных магистралей. Вместе с ростом емкости и появлением новых типов памяти менялись разъемы для ОЗУ. Усовершенствовалась BIOS … Менялись чипсеты … Справа пример устаревшей платы. 2

Эволюция магистралей Структурная схема компьютера с реликтовой шиной ISA 3

Структура ПК n Наиболее важным компонентом системного блока является системная (материнская)плата 4

Структура ПК 5

Эволюция системных плат n n n Понятие форм фактора системной платы. ХТ, АТХ и пр. Новое направление – платы для мобильных ПК. Особое направление – платы для серверов сетей. 6

Структура ПК 7

Структура ПК n Чипсет 8

Структура ПК 9

Чипсет VIA P 4 X 266 n n - Ближайшие конкуренты от Intel — i 845 и i 850. Северный мост нового чипсета VIA более универсален и рассчитан на использование 2 типов сокетов для Pentium 4 — как старого Socket 423, так и нового Socket 478. Кроме того, он поддерживает до 4 Гбайт системной памяти нескольких стандартов — от DDR PC 2100 и PC 1600 до обычной PC 133 и даже PC 100, то есть может перекрыть почти весь ценовой спектр персоналок — от дешевых (менее $800) до серьезных рабочих станций и серверов. Южный мост на чипе VT 8233 взят из предыдущих чипсетов VIA марки Apollo. Он включает в себя полные набор необходимой перифирии: двухканальный контроллер Ultra. ATA/100, 6 канальный USB, 10/100 Fast Ethernet, звуковой контроллер более новой версии 2. 2, интегрированный модем и контроллер мониторинга системы, поддержку 5 слотов PCI и др. начального уровня. 10

Системные шины 11

Системные шины 12

Системные магистрали n Першою системною магістраллю, розробленою для комп'ютерів РС/XT була шина РС/XT bus. Вона була 8 ми розрядною, а її контролер забезпечував роботу на частоті мікропроцесора (5 мгц). З появою машин типа РС/AT, використовуючих 16 і розрядні мікропроцесори 80286, а пізніше і 80386 (версія SX), була створена шина РС/AT bus. У зв'язку із зростанням тактової частоти контролер розподіляв її навпіл для забезпечення тактової частоти роботи шини, прийнятної для роботи більш повільних пристроїв пам’яті та портів. 13

Системные магистрали n Стандарт ISA. Типова тактова частота — 8 Мгц. Розподіл частоти залишається функцією контролерів системних шин, але оскільки відбулося подальше збільшення Fтакт, коефіцієнт розподілу був збільшений. Окрім збільшення розрядності збільшилася кількість переривань (IRQ) і каналів прямого доступу в пам'ять (DMA). Але зберігалася спадкоємність системних шин, зокрема на рівні контактів. Завдяки цьому в нових системах можна використовувати розроблені раніше контролери і карти. Теоретична пропускна спроможність шини — 16 Мбайт/с, практично вона нижча оскільки обмін даними по шині виробляється за три такти роботи процесора. 14

Системные магистрали n n Стандарт РСI. Строго кажучи шина РСІ не є локальною, оскільки має між собою і локальною шиною процесора спеціальний вузол — міст. При цьому стандарт РСІ передбачає використовування контролера, який здійснює арбітраж по шині РСI, а також акселератор. Це робить шину незалежною від процесора. Фірми DEC і Apple теж використовують шину PCI в своїх комп'ютерах. Основним принципом для шини PCI, є застосування так званих мостів (Bridges), які здійснюють зв'язок між шиною РСI і іншими шинами. Під час передачі інформації пристрій, що підтримує Bus Mastering, захоплює шину master пристроєм. Такий підхід використовується для звільнення процесора від операцій пересилки команд и/или даних між двома пристроями на одній шині. Окремим випадком Bus Mastering є режим DMA, який здійснює тільки позапроцесорну пересилку даних; у класичній архітектурі PC цим займається контролер DMA, загальний для всіх пристроїв. 15

Система памяти и ПДП n Прямий доступ до пам'яті (ПДП, DMA) це метод безпосереднього звернення до пам'яті, без використання процесора. Звичайно DMA вико ристовується для обміну великими масивами даних між системною пам'яттю і пристроями введення виведення. 16

Контроллер DMA n n КПДП керує передачею даних по системній шині між пам'яттю і інтерфейсом введення висновку або зовнішньої пам'яті. Основне його призначення звільнити МП від операцій передачі великих блоків даних. В процесі передачі контролер ПДП поміщає адреси на шину, а також видає і приймає сигнали квітування так, як це робить логіка управління шиною самого ЦП. Для цього йому треба запрошувати цикли шини у процесора. 17

Контроллер DMA n n Мікросхема 8237 має три канали ПДП і 43 байт буферної пам'яті; вона може обслуговувати до трьох інтерфейсів введення виведення або зовнішньої пам'яті. У деяких системах окрім контролера ПДП потрібен ще і дешифратор його наказів, наприклад, Intel 8205. Процесор відповідає тільки за програмування DMA: настройку на певний тип передачі, завдання початкової адреси і розміру масиву обмінюваних даних. 18

Контроллер ПДП (пример программы) n n n n Пример программирования одного канала mov al, 46 h ; Канал 2, передача одного байта, чт. с диска (4 Аh зап. ) out dma+0 B, al ; Режим out dma+0 C, al ; Скинути тригер FF mov al, bl ; out dma+4, al mov al, bh out dma+4, al mov al, 0 ; счетчик=512 out dma+5, al mov al, 2 out dma+5, al out dma+0 A, al ; Размаскувати канал 2 і читати сектор. 19

Контроллер DMA n n Мікросхема 8237 має три канали ПДП і 43 байт буферної пам'яті; вона може обслуговувати до трьох інтерфейсів введення виведення або зовнішньої пам'яті. У деяких системах окрім контролера ПДП потрібен ще і дешифратор його наказів, наприклад, Intel 8205. Процесор відповідає тільки за програмування DMA: настройку на певний тип передачі, завдання початкової адреси і розміру масиву обмінюваних даних. 20

Контроллер ПДП (пример программы) n n n n Пример программирования одного канала mov al, 46 h ; Канал 2, передача одного байта, чт. с диска (4 Аh зап. ) out dma+0 B, al ; Режим out dma+0 C, al ; Скинути тригер FF mov al, bl ; out dma+4, al mov al, bh out dma+4, al mov al, 0 ; счетчик=512 out dma+5, al mov al, 2 out dma+5, al out dma+0 A, al ; Размаскувати канал 2 і читати сектор. 21

Системные магистрали n n Кожен же Bus Mastering пристрій має власний подібний контролер, що дозволяє позбавитися проблем з розподілом DMA каналів і подолати обмеження стандартного DMA контроллера (16 розрядність, здатність адресувати тільки перших 16 Мб ОЗУ, низька швидкодія і т. п. ). Стосовно пристроїв IDE (наприклад, вінчестер, CD ROM) Bus Mastering IDE означає наявність певних схем на материнській платі, що дозволяють здійснювати передачу даних з жорсткого диска в обхід CPU. 22

Системные магистрали АGP n n Шина AGP. Нове покоління графічних мікросхем працює одночасно з 3 мірною графікою і відео. Для управління призначеним для користувача графічним інтерфейсом потрібна велика пропускна спроможность шини. Оче видно, що однієї шини PCI для пересилки графічних і відеоданих недо стат ньо, тобто в межах графічної підсистеми необхідна додаткова шина. Щоб, не міняючи стандарт на шину PCI прискорити ввод/ виведення даних на відеоадаптер і збільшити продуктивність PC при обробці 3 мірних зображень без установки спеціалізованих дорогих двопроцесорних відеоадаптерів, в 1997 р. фірмою Intel був розроблений стандарт на шину AGP (Accelerated Graphics Port). AGP є каналом передачі даних між відеоадаптерами та RAM. 23

Системные магистрали АGP n Демультиплексування шина PCI є мультіплексированою: одні і ті ж 32 лінії ADO — AD 31 спочатку використовуються для передачі коду адреси, а потім — коду даних. Іноді такий режим називають AD (Address — Data). Шина AGP також може працювати в режимі AD, проте вона допускає застосування режиму SBA (Side. Band Addressing — Адресація по бічній смузі), при якому для передачі коду адреси використовуються вісім додаткових ліній роз'єму AGP, іменованих SBO — SB 7. Оскільки код адреси, як і код даних — 32 розрядні, те таке розділення є частковим демультиплексуванням (для повного демультиплексування треба виділити 32 лінії). 24

n Шина USB Специфікація периферійної шини USB (Universal Serial Bus) була розроблена лідерами комп'ютерної і телекомунікаційної промисловості — Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC і Northern Telecom — для підключення периферійних пристроїв поза корпусом PC. Шина USB підтримує технологію Plug&Play. Швидкість обміну інформацією по шині USB складає 12 Мбит/с: Нові материнські плати мають спеціальні роз'єми для підключення концерн тратора. USB (USB Hab). 25

Звуковая карта В разъемы магистралей вставляются платы расширения. Их может быть много. Рассмотрим сначала звуковую карту. 26

Звуковая карта "начинается" со входов, к которым подключаются внешние аудиоустройства микрофоны, магнитофоны, электрогитары и т. д. На рисунке показаны 4 входа. n. Чтобы работать с современными музыкальными программами звуковая карта должна поддерживать запись в режиме full duplex [фулл дуплекс]. n. При записи в этом режиме сигнальный процессор одновременно может работать с двумя потоками цифровых аудиоданных: идущих с АЦП через шину к другим устройствам компьютера, и поступающих с жесткого диска на ЦАП. То есть режим full duplex это запись одновременно с воспроизведением. Благодаря этому режиму можно использовать звуковую карту как многоканальный магнитофон. n 27

Звуковая карта n n Основные паpаметpы pазpядность, максимальная частота дискpетизации, количество каналов (моно или стеpео), паpаметpы синтезатоpа, pасшиpяемость, совместимость. Под pазpядностью каpты имеется в виду pазpядность цифpового пpедставления звука 8 или 16 бит. 8 pазpядные каpты дают качество звука, близкое к телефонному; 16 pазpядные уже подходят под опpеделение "Hi Fi" и теоpетически могут обеспечить студийное качество звучания, хотя пpактически это pеализуется очень pедко. Разpядность пpедставления звука не имеет никакой связи с pазpядностью системной шины для каpты, однако каpта для 32 pазpядной шины MCA, EISA, VLB или PCI будет pаботать с несколько меньшими накладными pасходами на запись/воспpоизведение оцифpованного звука, чем каpта для ISA. Максимальная частота дискpетизации (оцифpовки) опpеделяет максимальную частоту записываемого/воспpоизводимого сигнала, котоpая пpимеpно pавна половине частоты дискpетизации. Для записи/воспpоизведения pечи может быть достаточно 6 8 к. Гц, для музыки сpеднего качества 20 25 к. Гц, для высококачественного звучания необходимо 44 к. Гц и больше. В некотоpых каpтах можно повысить частоту дискpетизации ценой отказа от стеpеозвука: два канала по 22 к. Гц, либо один канал на 44 к. Гц. 28

Звуковая карта n n На любой универсальной мультимедийной звуковой карте есть синтезатор. Последнее время практически на всех картах устанавливается не один, а два синтезатора: FM (Frequency Modulation частотная модуляция) для сохранения совместимости с Sound Blaster и Ad Lib, и WT (Wave. Table таблица волн) для получения качественного звука. Именно эти синтезаторы показаны на рисунке. Исторически так сложилось, что FM синтезаторы звуковых плат звучат не очень хорошо. В них используется принцип синтеза нескольких генеpатоpов сигнала (обычно синусоидального) со взаимной модуляцией. Каждый генеpатоp снабжается схемой упpавления частотой и амплитудой сигнала и обpазует "опеpатоp" базовую единицу синтеза. Как правило, на современные мультимедийные карты устанавливаются наборы микросхем (чипсеты) FM синтезаторов производства Yamaha под названием OPL 2 (YM 3812), OPL 3 (YM 262) или совместимые с ними. 29

Звуковая карта n Паpаметpы синтезатоpа опpеделяют возможности каpты в синтезе звука и музыки. Тип синтеза FM или WT опpеделяет вид звучания музыки: на FM синтезатоpе инстpументы звучат очень бедно, со "звенящим" оттенком, имитация классических инстpументов весьма условна; на WT синтезатоpе звучание более "живое", "сочное", классические инстpументы звучат естественно, а синтетические более пpиятно, на хоpоших WT синтезатоpах может даже создаться впечатление "живой игpы" или "слушания CD". 30

Звуковая карта n Объем ПЗУ или ОЗУ WT синтезатоpа говоpит о количестве pазличных инстpументов или качестве их звучания (ПЗУ на 4 Мб может содеpжать 500 инстpументов сpеднего качества или обычный, но хоpоший GM), но большой объем ПЗУ не означает автоматически хоpошего качества самплов, и наобоpот. Для собственного музыкального твоpчества большое значение имеют возможности синтезатоpа по обpаботке звука (огибающие, модуляция, фильтpование, наличие эффект пpоцессоpа), а также возможность загpузки новых инстpументов. 31

Звуковая карта n n Line In и Mic In - линейный и микрофонный входы. Они обычно выполнены на разъемах типа "мини-джек". Отдельный вход Mic In предусмотрен из-за того, что у микрофонов сигнал имеет низкий уровень и его нужно усиливать до нормального уровня (0 д. Б). Поэтому на микрофонных входах звуковой карты всегда установлен предусилитель. На некоторых типах звуковых плат установлен дополнительный вход Aux In. Сигнал с этого входа минует основные устройства звуковой платы и поступает на выходной микшер, а оттуда сразу на выход. Этот вход позволяет упростить коммутацию внешних устройств и использовать внутренний микшер звуковой платы для смешивания сигналов со внешнего и внутренних источников. 32

Сетевая карта n n Маркерный или случайный метод доступа. На СР и курсовую!! 33

Встроенный модем n n n n n Д р Джон Гудмен "Управление памятью для всех", Диалектика, Киев, 1996 В. Л. Григорьев "Микропроцессор i 486. Архитектура и программирование", Гранал, Москва, 1993. информационно рекламная газета "КМ информ" газета "Компьютер World/Киев" газета "Компьютер Wееk/Moscow" Ж. К. Голенкова и др. "Руководство по архитектуре IBM РC AT", Консул, Минск, 1993 Руководство программиста по процессору Intеl i 386, Техническая документация уровня 2, (C) Intеl Corр. Руководство программиста по процессору Intеl i 486, Техническая документация уровня 2, (C) Intеl Corр. Материалы эхоконференции SU. НARDW. РC. CРU компьютерной сети Fido. Nеt «Модернизация и ремонт ПК» Мюллер (11 е издание) 2000 г. Сайт Корпорации Intel (www. intel. ru) Сайт Журнала «Компьютерра» (www. computerra. ru) Сайт Издательства «Открытые Системы» (www. osp. ru) Сайт i. XBT Hardware (www. ixbt. ru) 34

Платформа Centrino n n n Новый адаптер беспроводной сети: Intel PRO/Wireless 3945 ABG Как и ранее, платформа Centrino состоит из трёх неотъемлемых компонентов: процессора Intel Core, чипсета i 945 GM или i 945 PM и адптера беспроводной сети Intel. Теперь он новый – Intel PRO/Wireless 3945 ABG. Посмотрите на его характеристики в сравнении с предыдущими моделями карт Wi Fi от Intel. Есть и ещё одно немаловажное отличие – поддержка набора технологий Business Class Wireless Suite V. 1, совместной разработки компаний Intel и Cisco Systems. На данный момент этот набор включает две немаловажных функции : 35

Платформа Centrino n n n Технология оптимального выбора точки доступа (Optimal access point selection technology), позволяющая ноутубкам на базе технологии Centrino сканировать эфир в поисках наименее загруженной точки доступа, чтобы обеспечить наиболее быстрый, надёжный и эффективный роуменг между точками в пределах беспроводной сети. Технология улучшенного качества сервиса для IP-телефонии (Enhanced Voice over IP (Vo. IP) quality of service (Qo. S)), обеспечивающая более чёткий и ясный звук и предоставляющая надёжную голосовую связь для пользователей ноутбуков. В общем, над беспроводным адаптером компания Intel 36 поработала немало.

Вопросы для самоконтроля n n n n Перечислите, какие платы расширения использованы в вашем ПК. Перечислите, какие устройства подключены к каким портам вашего ПК. Поясните назначение и принцип работы контроллера прерываний Опишите систему прерываний вашего ПК Поясните назначение и принцип работы контроллера прямого доступа в память. Поясните принцип работы звуковой карты. Поясните принцип работы сетевой карты. 37