Лекция 2 Никоноров Артем Владимирович admin mcdk org

Лекция 2 • Никоноров Артем Владимирович admin@mcdk. org it. mcdk. org Архитектурные парадигмы КС

Функциональный состав и характеристики КС Компьютерная система Основная характеристика: Подсистема ввода/вывода Интерфейс, разрешение Подсистема обработки Производительность Подсистема передачи Производительность Подсистема хранения Емкость • Компонентная структура КС: КС имеет компонентную структуру. КС состоит из подсистем, каждая подсистема состоит из устройств обработки и передачи информации. • Унификация компонент: Компоненты КС стандартизированы и унифицированы.

Характеристики устройств вычислительных определяющие производительность Производительность устройства ~ Разрядность * Частота * Количество потоков • Разрядность машинного слова - минимальная единица информации обрабатываемая устройством называется машинным словом. Количество бит в машинном слове называется разрядностью устройства. На сегодня типичное значение 32, 64 или 128 бит. • Частота устройства – количество слов обрабатываемых устройством в секунду измеряется в герцах (hz) и называется частотой. Типичная частота на сегодня имеет порядок нескольких гигагерц (Ghz). • Количество параллельно исполняемых операций – некоторые устройства могут выполнять несколько операций над данными параллельно. Устройство выполняющее N операций параллельно называют N-поточным. • Способ передачи данных – параллельный или последовательный.

Характеристики устройств обработки информации • Емкость устройства хранения - количество байт (реже машинных слов) которое может быть записано устройство хранения. • Разрешение устройств ввода-вывода определяется количеством уровней квантования или градаций которые устройства ввода (вывода) использует при аналогово-цифровом (цифро-аналоговом) преобразовании. • Архитектура - логическая организация и структура аппаратных и программных ресурсов системы или устройства. Архитектура заключает в себе требования к функциональности и принципы организации основных узлов ЭВМ. • Различают программный(soft) и аппаратный(hard) уровни архитектуры. За аппаратный уровень отвечают электронщики, за программный - программисты. • Интерфейс - способ сопряжения одного или нескольких устройств между собой. Интерфейсы являются основой взаимодействия всех современных КС.

Архитектура фон Неймана • Архитектура фон Неймана предполагает использование общей памяти для команд и данных (1946). Принципы фон Неймана. • Двоичная система для представления данных и команд. • Программное управление - программа состоит из набора команд, выполняемых процессором друг за другом. • Общая память для команд и данных. • Принцип адресуемости памяти. Все ячейки памяти доступны процессору по адресу (номеру ячейки). • Принцип последовательности программного управления. Команды выполняются последовательно, одна по завершению другой. • Принцип условного перехода. Последовательность выполнения команд может быть изменена при выполнении некоторого вычисляемого условия.

Архитектурные парадигмы современных КС • Логическая организация по фон Нейману. Внутри может допускаться гарвардский подход (например, BIOS). • ЦПУ на основе полупроводниковых транзисторов выполненных в виде СБИС на кремниевом кристалле. Количество транзисторов десятки миллионов, технологические размеры десятки нанометров. • Связь компонент на основе общей шины. Унифицированный подход взамен сложной связи компонентов на основе программных каналов. • Шина – линия передачи данных, команд, адресов и питания между устройствами. • Унификация компонент и массовое производство персональных компьютеров. • Возможность параллельного исполнения программ – как правило не высока степень параллельности не более сотни параллельных команд на одной КС.

Альтернативные архитектуры КС • Машина Тьюринга – универсальная модель алгоритма. Состоит из ленты, поделенной на ячейки и управляющего устройства. В ячейках записаны символы алфавита или пустой символ. Устройство может, в зависимости от символа в текущей ячейке, принимать некоторый набор состояний, перемещаться вдоль ленты и записывать на ленту новые символы. • Гарвардская архитектура – раздельная память для команд и данных(1930). • Нанокомпьютер – компьютер с базовым элементом размером порядка нм на основе квантовой или биохимической(ДНК) технологии. • Нейрокомпьютер – компьютер на основе нейронной сети. • Оптический компьютер – в оптическом процессоре работают не электроны как в обычном ЦПУ, а фотоны. Таким процессором может быть, например, дифракционная решетка с управляемой структурой. • Механический компьютер – вычислитель на механических триггерах, например, арифмометр Лейбница. • Аналоговый компьютер – узкоспециальный вычислитель на основе аналоговых законов, например сумматор.

Архитектура персонального компьютера

Компонентная структура персонального компьютера Основные компоненты: • Ввод – клавиатура/keyboard (10), мышь/mouse (9) • Вывод – монитор/display (1) • Обработка – процессор/CPU (3), память, ОЗУ/memory, RAM (4) материнская плата/motherboard (5) • Хранение – жесткий диск/HDD (8), CD-ROM (7) Дополнительные компоненты: • Корпус/case, блок питания/PSU (6) • Платы расширения/extension cards (5) Компоненты КС связаны между собой посредством интерфейсов материнской платы. Материнская плата физически и логически объединяет компоненты компьютера.

Интеграция устройств на базе материнской платы • Шина – линия передачи данных, команд и питания между устройствами. • Физически устройства закрепляются в слоты или сокеты материнской платы. • Chipset/чипсет – набор микросхем МП. Чипсет обеспечивает подключение ЦПУ к памяти (ОЗУ) и контролерам периферийных устройств. • Основные микросхемы чипсета северный и южный мосты. Базовая логика взаимодействия устройств записана в программах Базовой Системы Ввода/Вывода, Basic Input/Output System, BIOS. Процедуры BIOS обеспечивают инициализацию КС при включении питания и загрузку операционной системы.

Организация материнской платы • Тактовый генератор – генерирует электрические импульсы прямоугольной формы для синхронизации процессов в устройствах ЭВМ. Тактовые импульсы используются как эталонная частота. Частота других устройств образуется из тактовой посредством множителей. • Front Side Bus – процессорная шина, обеспечивает подключение процессора к материнской плате. Частота FSB определяется как: Частота FSB = Тактовая частота * Множитель Шина памяти – подключение ОЗУ. • Северный мост (Nothbridge) – реализует подключение ЦПУ, контролера памяти и графического контролера. Иногда контролер памяти встраивается в ЦПУ. • Южный мост (Nothbridge) – содержит контролеры переферийных устройств по стандарту PCI. Устройства PCI, PCI-Exppress, USB, контроллер HDD, Ethernet, аудиокарта. По шине LPC подключается мультиконтроллер медленных устройств ввода вывода (Super I/O). • Мультиконтроллер – обеспечивает подключение клавиатуры, мыши, параллельного и последовательного портов, BIOS.

Особенности подключения периферийных устройств • Шина PCI – шина подключения скоростных переферийных устройств, таких как графический контроллер или HDD. Англ. Peripheral component interconnect. Частоты 33 -66 Мгц, 32 или 64 проводника. Пропускная способность порядка 133 (реально - 80) Мбайт/с, т. е. менее 1 Гбит/с. Модификация PCI Express - скорость пропускная способность до 8 Гбит/с, содержит от одной (1 x) до 32 (32 x) линий передачи данных (lane). Шина USB – внешнее подключение устройств, пропускная способность 480 Мбит/с (2. 0). Версия 3. 0 до 4. 8 ГБит/с. • Шина LPC – Low Pin Count, малоштырьковая шина. Состоит из 9 линий передачи на малой частоте (Intel, 1998). Аналог – шина ISA. Подключение BIOS, консоли, портов ввода/вывода. • Шина AGP (Advanced Graphic Port) – устаревший интерфейс подключения графических контроллеров, заменен на PCI Express. Пропускная способность до 2 Гбит/с, также несколько линий (1 x-16 x). • Альтернативные шины и интерфейсы – IEEE 1394 (Fire. Wire), SCSI (Small Computer System Interface ), Card. Bus.

Компоненты ПК

Процессоры Intel 80 x 86 и их аналоги • Процессор – Central Processing Unit, CPU, Центрально-процессорное устройство, ЦПУ отвечает за исполнение операций, заданных программой. • Процессор исполняет машинный код – бинарную последовательность команд из системы команд процессора. • Система команд – соглашение о предоставляемых архитектурой средствах программирования. Сюда входят определения: типов данных, инструкций, системы регистров, методов адресации, моделей памяти, способов обработки прерываний и исключений, методов ввода и вывода. • Базовые команды (инструкции): арифметические (+, - и т. д. ); битовые (and, or, xor, not, сдвиги); присвоение данных и адресация (=, mov); управляющие конструкции (условия, переходы, циклы); ввод/вывод – обмен данными с внешними устройствами; Специальные инструкции, например, обработка сигналов, fft. Одна операция может состоять из одной или нескольких микроопераций, операции могут иметь одинаковую или различную длину (1 -5 байт).

Исполнение программы процессором • Цикл выполнения команд: 1. Процессор выставляет число, хранящееся в регистре счётчика команд, на шину адреса, и отдаёт памяти команду чтения; 2. Выставленное число является для памяти адресом; память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных, и сообщает о готовности; 3. Процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её; 4. Если последняя команда не является командой перехода, процессор увеличивает на единицу (в предположении, что длина каждой команды равна единице) число, хранящееся в счётчике команд; в результате там образуется адрес следующей команды; 5. Переход к 1.

Основные элементы процессорной архитектуры Логические конструкции, доступные программисту • АЛУ: устройство исполнения команд. • Регистры: проименованые ячейки быстрой памяти для сохранения промежуточных результатов, для нужд управления и адресации. • Механизм адресации и доступа к памяти: как правило, шины адреса и данных. • Счетчик команд (instruction pointer) специальный регистр указывающий на следующую команду. Обеспечивает синхронную передачу управления. • Механизм прерываний : получение данных от внешних устройств. Обеспечивает асинхронную передачу управления. • Стек : специальная область памяти с доступом по правилу LIFO - «последний вошел – первый вышел» . Элементы напрямую не доступные • Средства внутреннего параллелизма исполнения; • Кэш данных и кэш команд; • Средства оптимизации управления, например, предсказатель ветвлений.

Архитектуры процессоров Конвейерная архитектура: декодирование операции на микрооперации и параллельное исполнение микроопераций. Пример конвейера с четырьмя стадиями (MIPS) : 1. получение и декодирование инструкции (Fetch); 2. адресация и выборка операнда из ОЗУ (Memory access); 3. выполнение арифметических операций (Arithmetic Operation); 4. сохранение результата операции (Store). Стадии конвейера могут выполняться параллельно. Т. е. команда которая выполняется 4 такта м. б. выполнена за 1 такт. Суперскалярная архитектура - архитектура вычислительного ядра, использующая несколько декодеров команд, которые могут нагружать работой множество исполнительных блоков. Т. е. существует несколько конвейеров. Пример: операции 2*3 = 6, 4 – 1 = 3, 5/2 = 2. 5 выполняются одновременно. Векторная архитектура – способность одного исполнительного блока исполнять несколько однотипных операций. Пример: (1, -2, 0) + (3, 6, 9) = (4, 4, 9)

Архитектуры процессоров CISC-процессоры: Complex Instruction Set Computer - вычисления со сложным набором команд. Процессорная архитектура, основанная на усложнённом наборе команд. Типичными представителями CISC является семейство микропроцессоров Intel x 86, Motorola 68 xx. Особенности: - Длинна инструкции переменная, - Полный набор арифметических команд, - Небольшое количество регистров со строго закрепленным функционалом, - Возможность писать в память напрямую.

Архитектуры процессоров RISC-процессоры: Reduced Instruction Set Computer - процессор с сокращенным набором команд. Основной принцип: более компактные и простые инструкции выполняются быстрее. Особенности: - длинна инструкции постоянная (32, 64 бита), - большое количество регистров общего назначения – 32 и более, - реализация в ядре процессора только элементарных инструкций, например, только сложение и вычитания, умножение выносится в микропрограмму вне ядра. Пример: ПЗУ библиотека микропрограмм для DEC, - работа только с данными кратными по размеру машинному слову. Программирование для RISC более сложно. Intel начиная с i 80486 использует CISC архитектуру с RISC ядром. Процессоры с RISC архитектурой – ARM, DEC, Power. PC, Sparc, MIPS. Продвинутые RISC технологии – VLIW(очень длинное машинное слово), спекулятивное исполнение, переименование регистров.

Архитектуры процессоров MISC-процессоры: Minimal Instruction Set Computer - процессор с минимальным набором команд. Порядка 32 инструкций (F 21), длина инструкции – одно машинное слово. Особенности: - длинна инструкции минимальна, - регистров общего назначения нет, есть только стек, - все остальные команды реализуются как микропрограммы из простых, - процессоры MISC легко реализовать и работают они очень быстро. Языки программирования высокого уровня во внутренней работе используют стековую модель исполнения. Первым таким языком был Forth. На сегодня все виртуальные машины используют стековую модель, так работают Java, Microsoft CIL, Perl.

История процессоров Intel. Архитектура Intel x 86 и ее аналоги AMD, VIA – основа современных персональных компьютеров. • Архитектура x 86 предложена Intel в 1978. • Процессор 80086 – 16 разрядный, 640 -1024 Кб ОЗУ, 4. 77 -10 Мгц, 29000 транзисторов. Дешевый аналог 80086 – 80088, 8 -ми разрядный процессор. • 1981 – выпуск 80286, частота 12 Мгц, до 16 Мб ОЗУ, 1500 нм технология, 134 тыс. транзисторов. Революционная технология 80286 - защищенный режим работы процессора, делает возможной многозадачность. • 1981 – AMD покупает права на 80086 и копирует 80286 – создает am 286 с частотой 24 Мгц. • 1985 – 80386 первый процессор с полной поддержкой (псевдо)многозадачности. Частота 33 Мгц, 32 разряда. Первый массовый процессор Intel. • 1987 – процессор 486 DX(SX), со встроенным математическим сопроцессором, 1. 2 млн транзисторов, частота 486 DX 4 – 99 Мгц, может работать с 4 Гб памяти, типичный объем 16 Мб. Операционные системы – MS -DOS, Windows 3. 11, IBM OS/2, Linux. • 1992 Texas Instruments выпускает cx 486 – Cyrix, процессор со сниженным энергопотреблением

История процессоров Intel Pentium – 1993 год. Пятое поколение процессоров Intel. • Нововведения Pentium: внутренняя 64 -битная шина, улучшенный математический сопроцессор. Частоты от 66 до 233 Мгц, 800 -300 нм, 3. 1 -4. 5 млн. транзисторов. • 1995 – выпуск Pentium Pro, серверного процессора с увеличенным кэшем и дополнительными инструкциями. 1996 год – Pentium MMX введен блок инструкций и регистров для векторных вычислений – первых шаг к параллельным вычислениям. • AMD и Ciryx параллельно выпускают cx 586, am 586. • 1996 – K 5 первая разработка AMD, кэш больше чем у Pentium, но частота ниже. • 1997 -98 – Intel выпускает PII и его серверный вариант Xeon. Частоты до 400 Мгц, память до 256 -512 Мб • 1999 – бюджетный вариант PII – Celeron с меньшем кэшем и частотой.

История процессоров Intel Pentium III – 1999 год. • Нововведения Pentium III: внутренний кэш, 256 кб, технология векторных вычислений SSE, простая конвейерная архитектура. PIII родоночальник архитектуры Pentium. M и Intel. Core. Частота до 1 ГГц, память до 1 Гб, технология 140 нм. • 1999 – выпуск AMD Athlon, Transmeta Cruso, VIA Ciryx C 3. • 2000 – AMD Duron – бюджетный вариант Athlon. • 2000 – архитектурный просчет Intel – PIV, частоты 1. 7 -3. 8 ГГц, 30 млн транзисторов, 90 нм. Громоздкий конвейер и предсказатель ветвлений. • 2001 – AMD Athlon XP – быстрее и дешевле PIV. • 2002 – Intel PIV HT. Технология Hyper Threading – два логических процессора внутри одного реального за счет двух независимых конвейеров. • 2005 – Intel Core – продолжение идеи HT и возврат к эффективной архитектуре PIII. Intel Core 2 Duo и Core 2 Quad реально многоядерные процессоры с 2 и 4 ядрами. • 2008 – Intel Core. I 7 – восемь ядер….

Современные процессоры

Источники информации и технологии Сайты-каталоги: Москва – www. nix. ru. Самара – smr. sunrise. ru, pragma. ru, www. cybercube. ru Технологии Intel: • VT (Virtualization Techlogy) - аппаратная технология виртуализации Intel, менеджеру виртуальных машин запускать немодифицированные гостевые операционные системы без значительных потерь в производительности. Виртуальная машина – полная программная эмуляция ЭВМ включающая аппаратную архитектуру, систему команд, операционную систему. • Execute Disable Bit – технология защиты от вредоносного ПО на уровне процессора, заключается во введении специального атрибута страницы ОЗУ, запрещающего исполнение. • Intel EM 64 T/AMD 64/Intel 64 – 64 -битная архитектура процессора разработанная изначально AMD а потом поддержанная с небольшими дополнениями Intel. Поддерживается в процессорах AMD: Athlon 64 xx, Phenom, Turion 64, Opteron и Intel: поздние Pentium IV, Pentium D, Celeron D и во всех процессорах Core и соответствующих Xeon. В EM 64 T поддерживаются два режима 32 и 64 битный, регистры: 16 64 битных целочисленных, 8 80 -битных вещественных, 8 x 64 MMX, 16 x 128 SSE.

Технологии (продолжение) Технологии i 7 Семейства ядер: Conroe 65 нм – первое поколение Core 2 Duo код E 6 xxx, Penryn - 45 нм технология, породившая несколько семейств – Wolfdale, приемник Conroe, E 7 xxx, E 8 xxx, Yorkfield 4 -х ядерная архитектура Q 9 xxx. Все процессоры используют стандарт LGA 775 Nehalem - новый стандарт LGA 1366 и LGA 1156 для процессоров i 7 и i 5. Поддержка SMT (Simultation Multi Threading) – несколько (до 8!) потоков в одном ядре. Семейство Bloomfield (i 7): • FSB заменена на Quick. Path скорость 64 ГБ/с. • Контроллер памяти встроен в процессор. • Трехканальная память (DDR 3), частота до 1600 Мгц. • Однокристальный процессор – все ядра на одном кристалле. • Внутри ядра два потока, т. е. всего 4 ядра, 8 потоков. • Кэш 1024 КБ L 2, 8 МБ L 3. • Частоты процессоров до 3333 МГц. • Мощность до 130 Вт. • Lynnfield – бюджетный вариант, i 5.

Процессоры Intel Сайты-каталоги: Москва – www. nix. ru. Самара – smr. sunrise. ru, pragma. ru, www. cybercube. ru Процессоры Intel – 2009 год. • Бюджетный вариант: • Одноядерный $38 - Intel Celeron D 351 3. 2 ГГц/ 256 K/ 533 МГц LGA 775 (Prescot) • Двухъядерный $53 - Intel Celeron Dual-Core E 1600 BOX 2. 4 ГГц/ 512 K/ 800 МГц LGA 775 (Conroe-L) • Устаревший вариант $88 - Intel Pentium Dual-Core E 5300 BOX 2. 6 ГГц/ 2 Мб/ 800 МГц LGA 775 • Core 2 Duo вариант $118 - Intel Core 2 Duo E 7400 2. 8 ГГц/ 3 Мб/ 1066 МГц LGA 775 • Производительный вариант $240 - CPU Intel Core 2 Quad Q 9400 BOX 2. 66 ГГц/ 6 Мб/ 1333 МГц LGA 775 • i 7 $301 - CPU Intel Core i 7 -920 2. 66 ГГц/1+8 Мб/4. 8 ГТ/с LGA 1366 • Сервер $630 - CPU Intel Xeon E 5530 2. 4 ГГц/1+8 Мб/5. 86 ГТ/с LGA 1366

Проблема охлаждения Бюджетные вентиляторы: Glacial Tech, Gembird Hi-end: Asus, Zalman, Thermaltake, Cooler Master Характеристики кулера: • Количество оборотов вентилятора (800 -4000) • Рассеиваемая мощность (95 -140 Вт) • Тип подшипника – качения или скольжения • Шум (15 -35 дб) Утилиты мониторинга и идентификации системы www. cpuid. com – бесплатные утилиты CPUID – идентификация HWMonitor – мониторинг HWMonitor PRO – платная версия, возможность мониторинга по сети,

TO DO Рассмотрение типичных конфигураций

Материнские платы Форм-фактор: стандарт размеров, крепления и питания мат. платы Некоторые форм-факторы: • AT, IBM 1984, 295 x 279 -330 мм, нет управления питанием и энергосбережения • ATX, Intel 1995, 305 x 244 мм, программное управление питанием • e. ATX, 305 x 330 мм, серверная платформа • Mini-ATX, 284 х 208 мм, компактные корпуса Desktop • micro. ATX, Intel 1997, 244 x 244 мм, меньше слотов, чем ATX, возможно использование меньшего PSU • Flex. ATX, Intel 1999, 244 x 244 мм, замена для форм-фактора Micro. ATX • Nano-ITX, VIA Technologies 2004, 120 x 120 мм • Pico-ITX, VIA 2007, 100 х 72 мм • Интегрированная периферия: интерфейсные устройства ввода/вывода распаенные непосредственно на мат. плате. Стандартный на сегодня набор интегрированной периферии: аудиоконтролер, сетевой адаптер Ethernet. Опциональные компоненты: видеоадаптер, адаптер Wi. Fi, адаптер Bluetooth, адаптер Fire. Wire, Cardbus.

Материнские платы Chipset: базовый набор микросхем, определяет такие параметры как - форм-фактор и поддерживаемые модели ЦПУ, - диапазон частот FSB, ЦПУ, память - тип и максимальный объем памяти - интерфейс подключения видеокарты, внешних накопителей - периферийные интерфейсы - набор интегрируемой переферии Основные производители настольных чипсетов: Intel – надежные, иногда дорогие решения для процессоров Intel AMD – решения для процессоров AMD SIS – бюджетные решения для AMD и Intel VIA – самые бюджетные решения для AMD и Intel, малогабаритные решения n. Vidia – c интегрированной графической подсистемой высокого качества Основные производители серверных чипсетов: Intel Server. Works

Материнские платы Пример функционала настольного чипсета: Intel G 45/P 45 • Поддерживаемые CPU: Intel Core 2 Duo, Core 2 Quad • Частота FSB: 1333/1066/800 MHz • Оперативная память: DDR 3 или DDR 2, два канала, по два слота на канал, до 16 Гб • Интегрированный видеоадаптер: Intel GMA 4500 HD (только для G 45) • Подключение внешнего видеоадаптера: PCI Express 2. 0 1 x 16 • Число слотов PCI Express: 6 x 1 • Контроллер HDD: ICH 10, ICH 10 R, 6 портов SATA 3. 0 • USB: 12 портов • Audio: интегрировано Intel HD Audio • LAN (интегрированный адаптер Ethernet): 1 Gb Список основных настольных чипсетов Intel: i 815 – PIII, i 845, i 865, i 915, i 945 – PIV, i 965, P/G 33, P/G 35, P/G 43, P/G 45 – Core, X 55/58 – i 5/i 7

Материнские платы Пример функционала серверного чипсета: Intel 7300, Материнская плата Supermicro X 7 QC 3 • Поддерживаемые CPU: 6 -Core Xeon, Quad Xeon, до 4 ЦПУ • Частота системной шины: 1066 MHz • Оперативная память: 667 / 533 MHz DDR 2 ECC FB-DIMM , четыре канала, 12 слотов, до 196 (256) Гб • Интегрированный видеоадаптер ATI ES 1000 • Подключение внешнего видеоадаптера: PCI Express 2. 0 1 x 16(x 8) • Число слотов PCI Express: 2 x 8, 1 x 4 • Контроллер HDD: SAS/SATA контролер, два канала по 4 HDD, RAID 0, 1, 10 • USB: 5 портов • Audio: интегрировано Intel HD Audio • LAN (интегрированный адаптер Ethernet): 2 x 1 Gb

Материнские платы Основные производители настольных мат. плат: Hi-end: Intel, Asus, Gigabyte Средний класс: ASRock, Foxconn, MSI, EPox, ABit, VIA, Zotac, DFI Бюджетные решения: Elitegroup, PCPartner, Chaintek, Acorp, Formoza Серверные мат. платы: Intel Super. Micro Tian Asus

Материнские платы Признаки качества мат. платы: • Использование твердотельных конденсаторов вместо жидкостных • Большое количество конденсаторов, особенно, в районе процессора • Плотный монтаж • Наличие охлаждения на элементах чипсета, особый «шик» использование медного пассивного охлаждения на северном и южном мосту Признаки выхода из строя мат. платы или компонентов системы: • Вздутие жидкостных конденсаторов • Звуковые сигналы при загрузке системы • Диагностические сообщения на экране

BIOS – Basic Input Output System – Базовая подсистема ввода-вывода. Набор подпрограмм, записанных в ППЗУ, необходимый для базовой инициализации компьютера и запуска Операционной Системы. Основные системы BIOS: Award, Phoenix, AMI. BIOS выполняет процедуру POST – инициализация и опрос оборудования, самотестирование. BIOS настраивается посредством BIOS Setup позволяет настроить такие параметры системы как: • используемые частоты работы CPU и памяти, иногда – множитель частоты и напряжение питания CPU – т. е. основные параметры «разгона» системы • настроить параметры HDD и порядок загрузки системы • провести мониторинг температурных параметров системы • разрешить/запретить использование интегрированных устройств и портов USB • настроить энергосбережение и пароли доступа в систему Вход в BIOS Setup выполняется нажатием для Award, AMI или F 2 для Phoenix. Многие функции BIOS Setup можно выполнить из операционной системы.

Разделы BIOS Setup Интерфейс BIOS Setup построен в виде системы псевдографических меню. Типичные разделы: • Standard CMOS Features – информация о системе, параметры жестких дисков • Advanced BIOS Features – настройки частоты работы ЦПУ, памяти, Hyper. Threading, кэша. Здесь может быть настройка порядка опроса накопителей при загрузке. Загрузку можно установить с HDD, CD, FDD, USB или с сети. • Advanced Chipset Features – настройки специфичные для конкретного чипсета, здесь настраиваются параметры оборудования подключенного к северному мосту. В частности, частоты видеоподсистемы, параметры встроенной видеоподсистемы, если такая есть. • Integrated Peripherals – настройка переферии, подключенной к южному мосту • Power Management Setup – настройки ACPI (Advanced Configuration and Power Interface — усовершенствованный интерфейс конфигурации и управления питанием ) • Pn. P – настройки распределения ресурсов, таких как диапазоны памяти и номера запросов на прерывание (IRQ) для слотов PCI

Разделы BIOS Setup продолжение. • PC Health status / HW monitor – информация с датчиков температуры ЦПУ, мат. платы, жестких дисков, информация о скорости вращения вентиляторов. • Boot – иногда настройки порядка загрузки выносятся в отдельный пункт меню. • Последний пункт меню позволяет записать сделанные изменения и выйти из BIOS Setup, также есть возможность загрузить заводские настройки (Load setup defaults). Программа BIOS может быть обновлена с сайта производителя мат. платы – эта процедура носит название “перепрошивки” BIOS (BIOS flash).

Hard Disk Drive Жесткие диски - HDD

Hard Disk Drive Доп. компоненты HDD: кэш, ECC, интерфейсный модуль, BIOS ЖД состоит из пластин (блинов), дорожек и секторов. Несколько секторов организуются в кластер. Ввод ЖД в эксплуатацию производится в два шага: - Создание файловой системы - Форматирование. Файловая система состоит из -Таблицы разделов; -Каждый раздел содержит таблицу размещения файлов (FAT, MFT …). В этой таблице указывается соотношение файлов и кластеров; -Обычные кластер может содержать часть файла или быть свободным

Технологии и интерфейсы Интерфейсы HDD: - ATA (IDE) скорость до 66 -133 Мб/с - SCSI до 320 150 МБ/с - SATA – скорость I – 150 МБ/с, II – 300 МБ/с, III – 600 МБ/с -SAS до 1200 Мб/с Скорость вращения шпинделя – RPM – 4000, 5400, 7200, 10000, 15000 Защита данных - RAID Приоритет скорость RAID 0 – Stripe. Емкость: 100 + 100 = 200. Приоритет надежность RAID 1 – Mirror (зеркало). Емкость: 100 + 100 = 100. RAID 5. Емкость: 100 + 100 = 200 RAID 10. Емкость: 100 + 100 = 200 Существуют как аппаратные так и программные (soft) RAID.

Технологии и производители Маркировка: HDD 1 Tb SATA 2 300 Samsung RAID 7200 32 Mb Современные технологии: -Raid Edition (Maximum MBTF) – гарантированная наработка на отказ Minimum Time B/w Failure - NCQ – Native command queuing - Green Power экономичность - SSD – flash накопители Форм фактор – 3. 5”, 2. 5” и 1. 8” – ноутбук. Внешние с интерфейсом USB, IEEE 1394, LAN Производители: Seagate/Maxtor WD Бюджетные: Hitachi Samsung

Файловые системы - Для носителей с произвольным доступом (жёсткий диск): FAT 32, HPFS, ext 2 и др. Во многих фс применяется асинхронная запись изменений на диск (кэш). Для этого применяется либо журналирование, например в ext 3, Reiser. FS, JFS, NTFS, XFS, либо механизм soft updates, отложенная запись и др. Журналирование широко распространено в Linux, применяется в NTFS. Soft updates - в BSD системах. Reiser 4 не применяет журналирование, все операции в ней атомарны. - Для носителей с последовательным доступом (например, магнитные ленты): QIC и др. - Для оптических носителей - CD и DVD: ISO 9660, ISO 9690, HFS, UDF и др. - Виртуальные файловые системы: AEFS, VFS и др. - Сетевые файловые системы: NFS, CIFS, SSHFS, Gmail. FS и др. - Для флэш-памяти: YAFFS, Extreme. FFS. - Cпециализированные фс: ZFS, VMFS (т. н. кластерная ФС и др. Проблемы ФС: плохие сектора (bad blocks), рассинхронизация, фрагментация, удаленные файлы, гибель и восстановление HDD. Пример MFT!

Функции файловых систем - именование файлов; - программный интерфейс работы с файлами для приложений; -отображение логической модели файловой системы на физическую организацию хранилища данных. Логическая модель, как правило, иерархическая: корень – каталог -файл - устойчивость файловой системы к сбоям питания, ошибкам аппаратных и программных средств; -содержание параметров файла, необходимых для правильного его взаимодействия с другими объектами системы (ядро, приложения и пр. ) Особенности ФС – Ram. Drive, монтирование в каталоги Утилиты: fdisk, format, PQMagik, Acronis, Norton Ghost, Ontrack, undelete, утилиты производителей дисков. Windows – logical disk manager Утилиты шифрования –PGP. Утилиты виртуальных CD – daemon tools, Nero Image Drive

Оперативная память ОЗУ, RAM – random access memory История: -SIMM до Pentium до 33 MHz -DIMM PII, PIII, первые PIV до 133 MHz -DDR – PIV, двухканальный доступ до 533 MHz -DDR 2 – PIV, Core 2 до 1033 MHz -DDR 3 – трехканальный доступ Core 2, i 5, i 7 до 1600 MHz Технологии: Full. Buffered – буферизация ECC – Error Correction Code – аппаратная коррекция ошибок Производители: Kingston Transcend OZC Samsung, Hinix, Toshiba

Видеоподсистема Интерфейс видео подсистемы: История: - PCI до Pentium II - AGP до Pentium IV - PCI Express Компоненты и их функции: Потоковые процессоры, до 500 – параллельная обработка 3 D сцен. Вершинные шейдеры – отсечение невидимых участков 3 D изображения. Текстурные процессоры – наложение текстур на 3 D объекты. Память – DDR 2, DDR 3, разрядность шины до 512 бит. Технологии: Open. GL – открытый стандарт описания 3 D сцен. Direct. X – стандарт описания и доступа к 2 D и 3 D изображениям и звуку (Microsoft). HD – аппаратное декодирование HD контента. Nvidia CUDA, ATI Fire. GL – вычисления на GPU.

Видеоподсистема Чипсеты: NVIDIA: Ge. Force – игровая серия, Quadro – 3 D серия, Tesla – GPU вычислители. ATI: Radeon – игровая серия, Fire. GL – GPU вычислители. Встроенное видео: Intel, SIS Внешние интерфейсы и характеристики: Характеристики видеокарт максимальное статическое разрешение, динамическое разрешение в фильмах, количество кадров в 3 D играх. Внешние интерфейсы: аналоговый vga интерфейс D-Sub, цифровой интерфейс DVI, медиа интерфейс высокой четкости HDMI, аналоговый видео интерфейс S-Video. Разрешение может измеряться в пикселах, линиях, точках на дюйм (DPI). Типичные разрешения видео: 575 линий, 720 линий, 1050(HD ready), 1080 Full. HD. 1360 x 768, 1600 x 1050, 1920 x 1080. Разрешение 17” монитора 1280 x 1024.

Мониторы Технологии мониторы: • LCD – жидкокристалические • LED – светодиодные • OLED – органические светодиоды • CRT – мониторы на ЭЛТ, устарели Интерфейсы подключения D-SUB, DVI. Типичные проблемы LCD: • Неравномерность подсветки (нет у LED) • Плохой черный (нет у LED) • Неравномерность цветопередачи • Нелинейная гамма по сравнению c CRT Характеристики: • время отклика (мс), время отклика gtg • углы обзора • контрастность (динамическая контрастность)

Технологии LCD TN(Twisted Nematic) + film: IPS(In panel switching) MVA(PVA):

Технологии LCD Сравнение технологий TN – дешевая технология для бытовых решений. Недостатки – плохая цветопередача, неравномерность свечения, плохой черный, битые пикселы. Назначение – дом, офис. IPS – Hitachi, NEC лучшая цветопередача среди LCD, невысокое время отклика. Назначение – работа с цветом в полиграфии, видео. MVA – Futjitsu, PVA – Samsung, Sharp. Компромиссное решение: высокое время отклика, неплохая цветопередача. Назначение – игры, системы мониторинга (биржи, АСУ), может быть использована для работы с цветом.

Принтеры Технологии и применение Матричные (устарели). • Лазерные и светодиодные цветные и ч/б. Быстрая и дешевая печать. • Струйные – фотопечать, цветопробы. • Цветопробные – пленочные (Chromalin) и струйные (Iris), мобильные цветопробные принтеры • 3 D принтеры Интерфейсы: • LPT (устарел) • USB – типично используемый • LAN – самая высокая скорость • IEEE 1394 Характеристики: разрешение(DPI), количество цветов - до 12, точность цветопередачи, способ растрирования, долговечность печати, носитель – бумага, пленка, CD. Производители: Струйные Epson, Canon, HP, Samsung Лазерные Canon, HP, Samsung, OKI, Lexmark, Brother Технологии печати: PJL, GDI, PS

Сканеры Технологии и применение • Планшетные – бытовые, возможно любительское сканирование слайдов. • Зеркальные, барабанные – профессиональная работа со слайдами. • 3 D сканеры. Интерфейсы: • SCSI (устарел) • LPT (устарел) • USB – типично используемый • IEEE 1394 Производители: Бытовые: Epson, HP, Mustek – от $100 до $1 000. Полупрофессиональные – Epson, Microtek, Nikon – до $5 000. Профессиональные – Imacon, Scitex, Agfa, Kodak – до $30 000. Характеристики: разрешение, максимальная оптическая плотность, шум матрицы, точность цветопередачи, удаление мусора, хроматическая аберация, кольца Ньютона на слайдах.

Драйвера устройств Драйвер: программное обеспечение обеспечивающее взаимодействие между операционной системой и оборудованием. Работает на уровне ядра операционной системы. Для корректной работы устройства необходимо установить его драйвер. Драйверы, как правило, разрабатываются поставщиками оборудования. Поставщика и модель можно определить по базе данных http: //www. pcidatabase. com/ Состав драйверов Windows: inf файл – описание драйвера, sys файл собственно драйвер. Типичное местонахождение – WindowsSystem 32(64)Drivers. Работа с драйверами – Device Manager. Сайты поиска драйверов: driversguide. com, drivers. ru. Уровни работы программного и аппаратного обеспечения: 0. Ядро ОС. 1. Драйверы режима ядра. 2. Прикладной уровень ОС. 3. HAL – уровень аппаратной абстракции, драйвера прикладного уровня. 4. Прикладные программы.