Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Деева Н.В. Архитектура ЭВМ и систем - файл Методичка-архитектура.doc


Деева Н.В. Архитектура ЭВМ и систем
скачать (1240 kb.)

Доступные файлы (1):

Методичка-архитектура.doc2997kb.27.01.2007 01:13скачать

содержание
Загрузка...

Методичка-архитектура.doc

  1   2   3   4   5   6
Реклама MarketGid:
Загрузка...
УДК 681.3

ББК 32.973

С 26


Рецензенты:

Кандидат технических наук, доцент кафедры экономической информатики
Новосибирского государственного технического университета
С.Г. Сваровский

Руководитель НУПЦ ИгИМ, доцент кафедры инженерной геодезии

Сибирской государственной геодезической академии

Л.В. Жежко


Деева Н.В.

С 26 АРХИТЕКТУРА ЭВМ И СИСТЕМ: Учеб. пособие. – Новосибирск, СГГА, 2006.

ISBN 5 – 87693 – 0094 – 6
Учебное пособие написано доцентом кафедры вычислительной математики СГГА Деевой Н.В. и предназначено для изучения курса «Архитектура ЭВМ и систем» в объёме Госстандарта студентами специальности «Информационные системы». Второе издание пособия исправлено и дополнено. В пособии рассмотрены вопросы: принцип работы и конструкция материнских плат, процессоров, памяти, шин, НЖМД, НГМД, мониторов, принтеров и т.п. Освещены вопросы, касающиеся установки новых периферийных устройств. По стандарту Министерства образования РФ для данной специальности даётся только понятие о сетях, их назначении, а также кратко освещается их организация. После каждой главы есть список контрольных вопросов, которые помогут проверить изученный материал. В пособии содержится список основной и дополнительной литературы, который поможет самостоятельно разобраться с интересующими студента вопросами из данного курса.

УДК 681.3

ББК 32.973


ISBN 5 – 87693 – 0094 – 6  Сибирская государственная

геодезическая академия, 2006

  • Деева Н.В., 2006

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время издано много книг и всевозможных пособий по архитектуре вычислительных машин и систем. В них, как правило, приведена архитектура каких-то отдельных устройств или дано их техническое описание, а работа сетей рассматривается крайне редко. В настоящем пособии описана архитектура PC и систем для современных вычислительных машин в объёме стандарта Министерства образования РФ.

Данное учебное пособие ориентировано на студента, который является пользователем PC. Ставится задача ознакомить его с проблемами различного типа архитектур PC и сетевых информационно-вычислительных систем (ИВС).

В пособии приняты сокращения:

PC, ЭВМ – электронно-вычислительная машина,

ВС – вычислительная система,

ММВС – многомашинные вычислительные системы,

МПВС – многопроцессорные вычислительные системы,

ALU, АЛУ – арифметическо-логическое устройство,

ЭВС – электронно-вычислительные системы,

ЦВМ – цифровая вычислительная машина,

ЦВС – цифровая вычислительная система,

БИС – большая интегральная схема,

СБИС – суперБИС,

ПЭВМ – персональная ЭВМ,

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство,

ВЗУ – внешнее запоминающее устройство,

HDD, НЖМД – накопитель на жёстком магнитном диске,

FDD, НГМД - накопитель на гибком магнитном диске,

CPU, ЦП – центральный процессор,

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство,

ОП – оперативная память,

УУ – устройство управления,

ДП – динамическая память.

В широком смысле архитектурой цифровой вычислительной машины называют совокупность её свойств и характеристик, рассматриваемую с точки зрения пользователя машины.

При описании архитектуры приводятся блок-схемы, иллюстрирующие структуру тех или иных узлов компьютера или ВС.

В I главе пособия дана классификация ЭВМ и функциональные характеристики PC.

Во II главе изложена теория по конструкции персонального компьютера.

Глава III посвящена процессору, а глава IV – организации памяти ЭВМ. В V главе приведена конструкция АЛУ и организация прерываний в ЭВМ.

Глава VI посвящена устройствам внешней памяти, а в главе VII описаны устройства, позволяющие осуществлять ввод/вывод данных. Периферийные устройства описаны в главе VIII.

Глава IX посвящена многопроцессорным и многомашинным вычислительным сетям и оборудованию, организующему их работу.

В пособии приведён список основной и дополнительной литературы, позволяющий расширить знания по интересующим темам.

В основу пособия положен цикл лекций, которые читаются студентам второго курса специальности «Информационные системы» автором данного пособия.


  1. ^ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОМПЬЮТЕРЕ




    1. ТЕРМИНОЛОГИЯ АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ РС

Для рассмотрения конструкции ПЭВМ необходимо знать некоторую терминологию. Приведена в [2].

  1. Системная плата (System Board) или материнская плата (Mother Board) – это основная печатная плата компьютера, на которой размещают все главные компоненты компьютера, которые, в свою очередь, могут быть платами (когда их подсоединяют через разъём) или микросхемами – это системные компоненты компьютера.

  2. Платой расширения (Expansions Card) называют печатную плату с краевым разъёмом, устанавливаемую в слот расширения. Если она используется для подключения дополнительного устройства, то её называют интерфейсной картой, или адаптером (Interface Card, Adapter).

  3. Слот (Slot) представляет собой щелевой разъём, в который устанавливается какая-либо печатная плата. Слот расширения в РС представляет собой разъём системной шины с прорезью в задней стенке корпуса. Есть ещё внутренние слоты на материнской плате для установки модулей оперативной памяти, кэш-памяти, процессоров, а также процессорных модулей и модулей памяти в некоторых моделях РС.

  4. Сокет (Socket) представляет собой гнездо, в которое устанавливают микросхемы со штырьковыми выводами. ZIP-Socket имеет замок, открыв который, можно установить или изъять микросхему.

  5. Джампер (Jumper) представляет собой съёмную перемычку, устанавливаемую на выступающие из печатной платы штырьковые контакты. Они используются как выключатели или переключатели, для которых не требуется оперативного управления.

  6. DIP-переключатели представляют собой малогабаритные выключатели в корпусе DIP, применяемые для тех же целей, что и джампер.

  7. Чип (Chip) – это полупроводниковая микросхема, причём неявно подразумевается её функциональная сложность.

  8. Чипсет (Chipset) – это набор интегральных схем, при подключении которых друг к другу формируется функциональный блок вычислительной системы. Их применяют в системных платах, графических контроллерах и других сложных узлах, функции которых в одну микросхему заложить не удается.




    1. ^ КЛАССИФИКАЦИЯ PC

PC – это комплекс технических средств, предназначенный для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных задач.

По принципу действия PC бывают аналоговые, цифровые и гибридные.

В аналоговых системах переменные представлены физическими непрерывными величинами – чаще всего величиной электрического напряжения.

Аналоговые компьютеры бывают с прямой и с операторной аналогией.

Под цифровой ЭВС будем понимать сложное устройство, воспринимающее различные виды информации в форме данных, представленных в цифровой форме, хранящее эти данные и пересылающее их внутри системы по линиям связи, перерабатывающее их с большим быстродействием (скоростью) и выдающее результаты этих действий как информацию. ЦВС оперируют с величинами, представленными в цифровой форме, т.е. с числами.

Если ВС объединяет в себе как цифровые, так и аналоговые устройства, то она называется гибридной, но мы ниже будем рассматривать только архитектуру ЦВМ или ЦВС.

По этапам создания и используемой элементной базе PC условно делят на поколения:

I – 50-е годы XX века – на электронных лампах;

II – 60-е годы XX века – на транзисторах;

III – 70-е годы XX века – на ИС с сотнями и тысячами транзисторов в одном кристалле;

IV – 80-е годы XX века – на БИС с десятками тысяч транзисторов и СБИС с миллионами транзисторов в одном кристалле;

V – 90-е годы XX века – с десятками параллельно работающих микропроцессоров;

VI – конец 90-х годов XX века – многопроцессорные ЭВМ с предсказанием ветвлений, переименованием регистров, изменением порядка инструкций, поддержкой ММХ (multimedia extension – расширения для мультимедиа);

VII – начало XXI века – оптоволоконные.

По основным параметрам современные ЭВМ подразделяются на классы: суперЭВМ, большие ЭВМ, миниЭВМ и микроЭВМ. На базе микроЭВМ в 1971 году появились персональные ЭВМ (ПЭВМ).

Помимо фирмы Intel процессоры выпускают фирмы AMD, Cyrix и Texas Instruments Inc и др.

Основными параметрами PC являются производительность (миллион операций в секунду), ёмкость ОЗУ (Мбайт), ёмкость ВЗУ (Гбайт) и разрядность (бит).

Существует несколько поколений (или классов) персональных компьютеров, совместимых с IBM PC со следующими характерными особенностями:

  1. IBM PC – первые модели имели процессор Intel 8086/88, адресуемую память 1 Мбайт, шину расширения ISA (8 бит), накопители на гибких дисках HГMД до 360 Кбайт.

  2. IBM PC/XT (XT означает «расширенная технология») – появились винчестеры и возможность установки математического сопроцессора Intel 8087.

  3. IBM PC/AT (AT означает «продвинутая технология») – процессор Intel 80286/80287, адресуемая память 16 Мбайт, шина ISA 16 бит, НГМД 1,2 или 1,44 Мбайт, НЖМД.

  4. Сейчас появился новый класс ATX. Процессоры в нём уже
    64-разрядные, адресуемая в пространстве память – до 32 Гбайт, применяются более эффективные шины расширения: EISA, AGP, PCI, SCSI, USB. Расширяется состав устройств, имеющих системную поддержку на уровне BIOS.

  5. Мультипроцессорные системы: содержат на материнской плате несколько процессоров. Используются в сетевых ЭВМ.




    1. ^ ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ PC

Персональный компьютер выбирают в [8] по следующим основным характеристикам.

  1. Быстродействие, производительность, тактовая частота. Единицами измерения быстродействия являются:

а) MIPS – Mega Instruction Per Second – миллион операций в секунду с фиксированной точкой;

б) MFLOPS – Mega Floating Operations Per Second – миллион операций в секунду над числами с плавающей точкой;

в) GFLOPS – Giga Floating Operations Per Second – миллиард операций в секунду над числами с плавающей точкой;

г) KOPS – Kilo Operations Per Second – тысяча неких усреднённых операций в секунду над числами;

д) iCOMP Index – Intel Comparative Microprocessor Performance – в этом случае используется смесь 16- и 32-битных операций четырёх категорий: целочисленных, с плавающей точкой, скорость обработки графики и видео (за базовый для отсчёта был взят процессор Intel 486 SX-25, т.к. у него iCOMP Index равен 100);

е) iCOMP Index 2.0 отличается своим набором показателей и весовыми коэффициентами (базовым для отсчёта был взят Pentium 120 МГц, т. к. в нём уже используются 32-битные операции и мультимедийный текст).

Остальные фирмы используют понятие P-Rating - они сравнивают свои процессоры с производительностью процессора Pentium соответствующей частоты.

  1. Ёмкость и тип оперативной и кэш-памяти, жёсткого диска и количество дисководов для НГМД.

  2. Тип процессора, системного и локального интерфейса.

  3. Разрядность машины и кодовых шин интерфейса.

  4. Тип видеомонитора, видеоадаптера и других внешних устройств.

  5. Аппаратная и программная совместимость с другими PC.

  6. Имеющееся программное обеспечение и возможность работать в многозадачном режиме и сетях PC.

  7. Надёжность, стоимость, габариты и масса.

Среди PC выбирают ту, которая больше подходит под нужные параметры. Иногда менее важно быстродействие, а более важен объём оперативной памяти или даже внешней памяти.

Использование PC описано в [8].


    1. ^ ОБЩАЯ КОНСТРУКЦИЯ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА

Конструктивные решения, заложенные в первую модель IBM PC образца 1981 года, без каких-либо сильных изменений дошли и до наших дней.

В классическом варианте исполнения PC состоит из системного блока, к которому подключаются видеомонитор с клавиатурой и все периферийные устройства.

В системном блоке расположена системная или материнская плата с установленными на ней центральными компонентами компьютера – процессором, оперативной памятью, вспомогательными схемами и щелевыми разъёмами – слотами, в которые можно устанавливать платы расширения.

В корпусе любого системного блока имеются отсеки для установки НЖМД и НГМД 3-дюймового и 5-дюймового форматов и блок питания. На задней стенке корпуса есть отверстия для разъёмов клавиатуры и некоторые другие, а также щелевые прорези, через которые из корпуса выходят внешние разъёмы, установленные на платах расширения. Платы (карты) расширения имеют краевой печатный разъём, которым они соединяются со слотами шины ввода/вывода, а металлическая скоба используется для закрепления платы на корпусе. На этой же скобе могут быть установлены дополнительные внешние разъёмы.

Габаритные и присоединительные размеры плат, способы их крепления и шины ввода/вывода унифицированы, что позволяет конструировать РС по своему усмотрению.

Рассмотрим по очереди все компоненты, входящие в системный блок, а затем и в сам компьютер.
^ 1.5. ТИПЫ КОРПУСОВ PC

Описание составных частей РС начинаем с корпуса (Case) в [2]. Это не только «упаковочный ящик», но и функциональный элемент, защищающий компоненты РС от внешнего воздействия и являющийся основой для последующего расширения системы. Часть комплектующих его элементов можно заменять или добавлять, чтобы улучшить работу, быстродействие и увеличить память РС. Блок питания также расположен в корпусе, и в нём же есть кабели, позволяющие соединять добавляемые модули и соединять материнскую плату со всеми его элементами.

^ Корпус типа Slimline относится к числу компактных корпусов. В этот корпус устанавливается материнская плата только определённого размера (см. табл. 1) – это первый недостаток.

Таблица 1

Размеры материнских плат

Типы материнской платы

Размеры, см

Fullsize (полный размер)

Halfsize (половинный размер)

Baby–AT (детский размер)

Mini–LP (мини – размер)

LPX

NLX

Mini– NLX

35,6*30,5

24,4*21,8

33,0*22,5

26,4*20,1

33,0*22,9

34,5*22,9

25,4*20,3


Другой недостаток этого корпуса – в нём использовано всё внутреннее пространство, а потому при замене какого-либо блока приходится разбирать практически весь системный блок РС. Третий недостаток – малая мощность вентилятора, которого не хватает для нормальной работы РС.

Размеры корпуса Slimline: высота 7 см, ширина 35 см и длина 45 см. Внутри можно разместить только один 3,5 дисковод, один 5,25 дисковод и один винчестер, но можно подсоединить ещё один внешний 5,25 дисковод. Для этого корпуса на платах не предусмотрено слотов расширения, потому для подключения видеоадаптера, контроллеров, звуковой карты и т.п. используется специальная карта расширения системной шины, называемая картой адаптера, с помощью которой можно установить от 3 до 5 дополнительных карт расширения. Блок питания мощностью не более 150 Вт. Для снятия крышки откручивают только 2 винта по бокам корпуса, иначе можно нарушить работу компьютера.

^ Корпус типа Desktop (письменный стол) был наиболее распространён до середины 90-х годов. Его самый существенный недостаток – занимает на столе много места. Его размеры: ширина и длина  45 см, высота  20 см. Имеет блок питания мощностью 150 – 250 Вт. Он оснащён тремя сменными блоками высотой 5,25 для расширения возможностей РС (для установки привода CD-ROM, стримера), может быть оснащён встроенной акустической системой. Используется в РС Macintosh. На лицевой панели расположены регуляторы громкости и баланса звука – стол освобождён от лишних проводов и акустической системы. Иногда ещё выведены регуляторы тембра и гнёзда для подключения микрофона и наушников. Открывается как Slimline.

^ Корпус типа Tower размещается под столом. Корпус легко открывается, так как состоит из двух вставленных друг в друга U-образных листов. Есть варианты с откидывающейся крышкой. Они бывают следующих типов:

а) Mini-Tower – габариты, как у Desktop, но перевёрнут на бок – есть два съёмных блока для FDD 5,25, два съёмных блока для FDD 3,5 и блок для винчестера, мощность блока питания 150 – 250 Вт (чаще всего приходится использовать специальный удлинитель для клавиатуры);

б) Midi-Tower – высота  50 см, есть 3 блока для FDD 5,25, остальные параметры, как в Mini-Tower;

в) Big-Tower ставят рядом или под столом, мощность, как и у Super-Big-Tower, выше, чем у Midi; в нём шесть отсеков для установки приводов 5,25 (например, FDD, CD-ROM, Zip), два отсека 3,5 и есть специальные встроенные рамы для установки 3,5, в отсек 5,25 также можно установить 3,5 привод, размеры: ширина 48 см, высота 63 см, длина 20 см. Но для жёсткого диска иногда требуется удвоенная высота;

г) Super-Big-Tower, высотой 73 см имеет две или три дополнительные монтажные рамы для приводов 5,25, а остальные параметры, как у Big-Tower.

^ Корпус Fileserver имеет размеры: высота 73 см, ширина 30–35 см, длина 55 см. Самый дорогой корпус. В нём восемь блоков для приводов 5,25, несколько – для 3,5. Можно разместить три вычислительные машины обычной конфигурации. Стоит на колёсиках. Используется в серверах, а потому на панели много оптических индикаторов для контроля работы. Мощность 350 Вт.

^ Стандарт ATX принят в 1995 году по предложению корпорации Intel. Форм-фактор материнской платы для него – ATX. Этот стандарт позволяет развернуть материнскую плату на 90, поэтому в слотах расширения можно использовать полноразмерные платы, а процессор оказывается под блоком питания и обдувается его вентилятором. Здесь все порты ввода/вывода располагаются на одной стороне материнской платы в один ряд и выходят на заднюю стенку корпуса, разъёмы интерфейсов дисководов и винчестеров расположены рядом с местами для приводов, поэтому более короткие кабели не путаются. Появилось много модификаций AT-корпусов типа Desktop, Mini-Tower, Tower, имеющих унифицированное расположение крепёжных отверстий для материнских плат различного типа. В нём появился программно отключаемый источник питания.
^ 1.6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  1. Какие принятые сокращения Вы знаете?

  2. Что входит в общую конструкцию ЭВМ?

  3. Что такое системная плата, плата расширения, слот, джампер, сокет, чип, чипсет?

  4. Какие типы настольных корпусов известны?

  5. Какие варианты корпусов типа Tower существуют?

^ 2. СИСТЕМНЫЙ БЛОК

2.1. ВНЕШНИЙ ВИД СИСТЕМНОГО БЛОКА

На лицевой панели корпуса системного блока расположены три главные кнопки.

    1. POWER – нужна для включения и выключения компьютера.

    2. RESET – предназначена для перезапуска компьютера. Нажимают в случае, когда компьютер не выполняет никаких команд.

    3. TURBO – ускорение или замедление работы компьютера. На современных компьютерах чаще отсутствует или не используется.

Кроме кнопок на фронтальной стороне есть ещё индикаторы. Их может быть три или четыре:

а) индикатор, отражающий включение режима Turbo (может не быть);

б) индикатор питания сигнализирует о включении компьютера;

в) индикатор работы винчестера загорается при работе;

г) индикатор работы дискет включён при работе НГМД.

Есть ещё несколько приёмных устройств работы с дисководами. Маленький дисковод работает с дисками ёмкостью 1,44 Мбайта. Дисковод с выдвижным лотком используется при работе с компакт-дисками (CD-ROM).

На задней стороне системного блока находятся гнёзда и разъёмы для подключения внешних устройств. Два самых крупных разъёма чёрного цвета (по 3 контакта) предназначены для подключения сетевого шнура и шнура питания монитора, но последний шнур можно подключать напрямую в сеть. Остальные гнёзда и разъёмы – с рядом тоненьких ножек штырьков («папы») и с рядом дырочек под эти штырьки («мамы»).

Полоска с большим числом гнёзд и 16-штырьковым разъёмом-«мамой» относится к звуковой карте. В гнёзда включают штекеры микрофона, колонок и внешнего источника звука (магнитофона). Под гнездом чаще есть подпись, есть разъём для подключения игрового манипулятора-джойстика. Рядом расположен разъём-«мама» с тремя рядами штырьков для видеокарты – он предназначен для подключения специального шнура от монитора.

Есть группа из 3 разъёмов: к 25-штырьковому «папе» подключают принтер (LPT-порт), к 25-штырьковой «маме» – модем, к 9-штырьковой «маме» – мышь.

К круглому разъёму внизу подключают клавиатуру.

В любом системном блоке есть блок питания.
^ 2.2. БЛОК ПИТАНИЯ

Размер блока питания зависит от конструкции корпуса. Промышленные стандарты существуют для 6 моделей корпусов и блоков питания: PC/XT, AT/Desktop, AT-Tower, baby-AT, Slimline, ATX. У всех моделей корпусов есть модификации, которые отличаются выходными мощностями.

В блок питания подаётся напряжение 220 В, а в нём формируется ±12 В и ±5 В. Раньше это делали силовые трансформаторы, они надёжные, но тяжёлые (5 кг), современные – импульсные (900 г). В блоке питания стоит вентилятор для охлаждения. В более дорогих корпусах на передней панели есть прорези для вентиляции, которые закрыты специальными фильтрами. Их надо менять по мере загрязнения.

В блоке есть разъёмы с 20 контактами для подключения материнской платы и два разъёма для питания приводов 3,5 и 5,25. В стандарте ATX вместо них есть один разъём с 20 контактами. В нём напряжение +3,3 В уже есть, и стабилизатор напряжения на материнской плате не нужен.
^ 2.3. АРХИТЕКТУРА СИСТЕМНОЙ ПЛАТЫ

Рассмотрим внутреннее устройство системного блока.

Материнская плата (Motherboard) является основным компонентом каждого РС. Иногда её называют главной (Mainboard) или системной платой (Systemboard).

Функции материнской платы – связь и управление действиями всех устройств в компьютере, передача сигнала от одного устройства к другому с помощью шины.

Взаимодействие между компонентами и устройствами PC, подключёнными к разным шинам, осуществляется с помощью мостов, реализованных на одной из местных микросхем Chipset.

Типоразмеры материнских плат приведены в описании корпуса Slimline.

Стандарт NLX является развитием стандарта ATX. Согласно NLX, в PC устанавливается ризер-карта (Riser Card), аналогичная плате адаптера, вставленной в материнскую плату в корпусе типа Slimline. На ризер-карте есть стандартные слоты PCI и ISA, в которые устанавливают все необходимые карты расширения. Здесь материнская плата тоже устанавливается в специальный слот NLX Riser Connector. Этот разъём содержит не только информационную шину, но и шину питания. Есть разъёмы для IDE, FDD, USB, блока питания и т.д.

На материнской плате стандарта NLX располагаются гнёзда CPU, слоты для модулей памяти, Chipset, микросхемы BIOS и кэш-памяти. Все внешние разъёмы (LPT, COM, Audio и др.) смещены к краю материнской платы.

Это главная плата в компьютере. К ней подключаются все другие устройства, входящие в состав системного блока.

На плате установлены разъёмы для установки комплектующих элементов. Есть понятие «форм-фактор» (синоним – поколение). До выхода в свет процессора Pentium II корпорация Intel использовала форм-фактор Socket 7, а после выхода – Slot1. Процессоры были квадратной формы с многочисленными контактами-ножками в шахматном порядке, а в Pentium II – прямоугольной формы, более длинные, вставляемые в щелевидный разъём – слот.

1. Процессоры для разъёма Super Socket7 – процессоры фирмы AMD
(К 6, К 6-2), Cyrix (M2), Centaur Technology (IDI).

  1. Процессоры для разъёма Slot1 – процессоры фирмы Intel (Pentium II (233 – 450 МГц), Pentium III и Celeron (300 – 450 МГц)).

  2. Процессоры для разъёма Socket-370 (PGA) – процессоры фирмы Intel Celeron (от 450 МГц).

    1. Процессоры для разъёма Slot A – процессоры фирмы AMD
      Athlon (K 7).

    2. Процессоры для разъёма Socket 423 – процессор Pentium 4 с тактовой частотой 1,5 ГГц и выше.

6. Сейчас материнские платы выпускают с процессорным разъёмом Socket 775. На них устанавливают чипсет I 915P/G и I 925X, которые призваны сделать стандартом шину PCI Express, оперативную память DDR2, а также аудиоподсистему High Definition Audio. Новые слоты PCI Express х1 имеют более широкую полосу пропускания, которая предоставляется каждому устройству отдельно от другого.

Для каждого форм-фактора процессора существует свой тип материнской платы, он не совместим с другими процессорами. Рассмотрим архитектуру материнской платы.

На материнской плате главным элементом является процессор. Он управляет всеми ресурсами PC. В обработке трехмерной графики, 3D звука, компрессии и декомпрессии ему помогают специализированные микропроцессоры – чипы, расположенные на специализированных дополнительных платах.

Внутри самого процессора есть собственно процессор-вычислитель, сопроцессор – блок для обработки чисел с плавающей точкой, кэш-память первого уровня – несколько десятков байт сверхбыстрой памяти для хранения промежуточных результатов, кэш-память второго уровня объёмом от 128 до 512 Кбайт, менее быстродействующая, которая может быть реализована на отдельном кристалле.

Первый этаж архитектуры – к локальной шине процессора Host Bus адреса и данных подключаются модули вторичного кэша (в виде микросхем).

Основная динамическая память имеет собственную мультиплексированную шину адреса и данных, изолированную от локальной шины процессора. Здесь могут быть использованы три микросхемы (чипсета), например, Intel 82430 FX – системный контроллер (TSC 82437 FX) и два корпуса коммутаторов данных TDP 82371 FB.

Есть слоты для установки оперативной памяти со специальными замочками-защёлками. Их хорошо видно на рис. 1, б). В них вставляют модули оперативной памяти. Слотов может быть до четырёх: 2 SIMM и 2 DIMM. В них устанавливают от 256 до 512 Мбайт оперативной памяти (зависит от типа материнской платы). На плате также расположена микросхема перепрограммируемой памяти (EEPROM), в которой хранятся программы BIOS, тестирования РС, загрузки ОС, драйверы устройств, начальные установки и т.п.

Следующий этаж архитектуры – устройства, подключаемые к шине PCI. Это мост PIIX (PCI IDE ISA Xcelerator – многофункциональное устройство для согласования частот шин PCI и ISA и реализации 2-канального интерфейса ATA (IDE)); 2 контроллеров прерываний; 2 контроллеров прямого доступа к памяти; 3-канального системного счётчика-таймера; канала управления динамиком; логики немаскируемого прерывания; мост с внутренней шиной X-Bus. В данном примере эти функции выполняет в чипсете Intel 82430 FX микросхема 82371 FB. Контроллеры гибких дисков, интерфейсных портов, клавиатуры, CMOS RTC могут входить в чипсет или быть на отдельных микросхемах. В Pentium используются чипсеты Intel 430 FX (Triton), Intel 430 HX (Triton2), Intel 430 VX (Triton3), Intel 430 TX, в Pentium III – I 820, I 840, в Pentium 4 – I 865PE, I 875P. На плате могут быть микросхемы кэш-памяти второго уровня, которые чаще расположены в плате картриджа CPU. Как уже было сказано выше, на материнской плате кроме смонтированного на ней процессора, установлены разъёмы для других устройств (см. рис. 1).


а) б)

Рис. 1. Плата модулей памяти и материнская плата для их установки

Третий этаж – разъёмы-слоты стандарта PCI, AGP, ISA. Слоты PCI (Peripheral Component Interconnect) используются для подключения звуковой карты, встроенного модема. Их на плате может быть четыре штуки: они самые короткие, белого цвета, разделены на 2 неравные части (на новых платах они отсутствуют). Разъём Advanced Graphic Port (AGP) – это более быстрый коричневый слот для установки видеокарт формата AGP. Разъёмы-слоты типа ISA (Industry Standart Architecture) по пропускной способности слабее первых двух и в 1,5 раза длиннее PCI. Они чёрного цвета. На новых материнских платах их нет, но есть IEEE 1394, к которым можно подключить принтер, сканер, жёсткий диск, устройства обработки аудио- и видеоинформации.

Есть разъёмы для подключения накопителей HDD, FDD, CD-ROM, набор микросхем (Chipset) высокой интеграции для управления обменом данными между всеми компонентами РС.

Для питания памяти CMOS, электронного таймера и BIOS есть специальная аккумуляторная батарея.

На некоторых современных материнских платах установлены микросхемы, выполняющие функции видеоадаптера, звуковой карты, сетевой карты – это экономит место в корпусе и увеличивает количество свободных слотов. Все компоненты материнской платы связаны системой проводников, по которым идёт обмен информацией.

На плате есть контроллеры портов – это устройства на плате, соединяемые с разъёмами на задней стенке компьютера для подключения принтера, мобильного дисковода большой ёмкости, внешнего модема и манипулятора типа «мышь». Последние два порта – по 25 и 9 штырьков – COM (может быть до 4 штук). На платах Pentium II стандарта ATX есть ещё и специальные разъёмы для подключения мыши и клавиатуры – круглые разъёмы типа PS/2.

Новинкой является последовательный порт USB. В Pentium 4 на заднюю стенку выведены 4 разъёма. К ним подключают модемы, принтеры, сканеры.

Контроллер E-IDE (это расширенный IDE) предназначен для подключения к материнской плате устройств, производящих хранение и чтение информации – жёстких дисков, дисководов, CD-ROM. Их может быть 4: первое – ведущее устройство и первое подчинённое, второе ведущее и второе подчинённое. Например, первый ведущий – жёсткий диск, второй ведущий – CD-ROM. Оставшиеся два – это LS-120, ZIP, ORB, второй жёсткий диск или дисковод CD-R. Подключаются специальным двойным шлейфом.

Контроллер SCSI, более быстрый, чем E-IDE, и более надёжный, разрешает подключать до 15 устройств. Он используется в рабочих станциях, так как дорог для PC. Контроллер можно дополнительно установить, если его нет на плате. SCSI несколько видов: Wide SCSI, Ultra SCSI, Ultra Wide SCSI. Шина IEEE 1394 является стандартом на шину Serial SCSI-3. Число производителей материнских плат для современных компьютеров невелико. Это фирмы ASUStek, Iwill, A-Trend, Gigabyte, AOpen, Epox и некоторые др.

Лучшим продуктом 2005 года по тестам при практически одинаковой стабильности и производительности явилась материнская плата ASUS P5AD2 Premium. На ней имеются чипсет I 925X, W-LAN Access Point, два сетевых порта и поддержка DDR2 600 (PC2 – 4800), присутствует IDE-RAID и 8 портов Serial ATA, 8 портов USB 2.0, есть интерфейс FireWire (400 Мбит/с) и ещё 2 порта FireWire стандарта IEEE 1394b (800 Мбит/с). На нижней поверхности платы под процессором закреплён радиатор Stack Tool размером с лист А5. Это позволяет поддерживать температуру процессора на уровне .

Плата, которая заслужила название «Оптимальный выбор», называется Albatron PX915G Pro. Она имеет чипсет I 915G с поддержкой модулей DDR 1 400. Кроме интегрированного ядра она оснащена IDE-RAID и 2 сетевыми портами, но для экономии убрали порт FireWire.

Фирма Intel разработала модель платы D915GUX с форм-фактором Micro-АTX. В ней хорошо продумана система управления вентилятором. Она используется в офисных ПК.

Появилась интегрированная платформа форм-фактора семейства ITX (Internet Technology Extension): mini-ITX (17х17 см) и nano-ITX (12х12 см).

Плата VIA Epian-MII с форм-фактором mini-ITX, имеет процессор VIA C3/Eden ESP. Есть чипсет VIA CLE266 и VIA VT8235, оперативная память DIMM DDR266 SDRAM объёмом 1Гбайт, интегрированное видео VIA Unichrome 2D/3D с аппаратным ускорением MPEG-2, один слот PCI, два разъёма IDE UltraDMA типа 133/100/66, один разъём для FDD, контроллер FireWire VIA VT6307S IEEE1394. Есть интегрированный аудиоадаптер VIA Vinyl Audio и видеовыход VIA VT1622A TV Out.

По форм-фактору nano-ITX изготовлена плата VIA Epia-N с процессором Eden-N. На ней есть чипсет VIA CN400 VIA VT8237, оперативная память SODIMM DDR266/333/400 SDRAM/1 Гбайт, VIA Unichrome Pro с аппаратным ускорением MPEG-4 и декодером MPEG-2, 1х mini-PCI, два разъёма IDE UltraDMA 133/100/66, VIA Vinyl Audio и VIA VT1622A TV Out.

По итогам тестирования в 2005 году лидером признана плата MSI P4 Diamond с двумя видеоплатами MSI NX6800 Ultra, оснащённая процессором с тактовой частотой 3,73 ГГц с чипсетом NVIDIA nForce 4 SLI Intel Edition. Эта материнская плата может использоваться в процессорах Pentium 4, Pentium 4 Extreme Edition и Pentium D (с частотой системной шины до 1066 МГц). В 4 слота можно установить до 16 Гбайт памяти DDR2 400/533/667 SDRAM. В режиме SLI может переназначать линии PCI Express. Есть встроенный 24-разрядный Sound Blaster Live от Creative.

Все материнские платы на базе процессоров Intel 955X/945P/945G имеют южный мост ICH7R, тактовую частоту системной шины 1 066/800/588 МГц, тактовую частоту оперативной памяти 800/667 МГц, один или два слота PCI Express х1 и один или два PCI Express х16, три слота PCI, до 8 портов USB 2.0, 2 порта IEEE 1394a, один или два IEEE 1394b, интегрированный звуковой контроллер ALC882D, IDE RAID-контроллер, Serial ATA II.

Материнская плата Intel D 945GTP выполнена на чипсете Intel 945G со встроенным графическим адаптером Intel GMA950 и двуядерным процессором Intel Pentium 820 D в корпусе FC-LGA4 с тактовой частотой 2,8 ГГц, установлено по одному слоту PCI Express х1 и х16, интегрированный звук представлен микросхемой Sigmatel STAC 9223. Имеет объём кеша 1024+1024 Кбайт, техпроцесс 0,09 мкм. Процессор имеет такой же разъём, как Intel Pentium 670, но разводка разная.

Ещё одной новинкой является материнская плата PF88, которая изначально создавалась для работы с процессором Pentium 4/D (Socket 775), но может использовать и процессоры AMD Athlon 64/64 FX (Socket 939), Intel Pentium M (Socket 479), AMD Athlon 64 Sempron (Socket 754). Для реализации этой идеи был добавлен специальный разъём, внешне похожий на PCI Express х16. Он предназначен для плат SIMA (Simply Smart Platform Converter Card), которые содержат разъём для процессора, разъёмы для модулей оперативной памяти и северный мост другого чипсета. Это дало возможность подключать AMD с разъёмом Socket 939.
2.4. ШИНЫ

Все компоненты на материнской плате каким-то образом должны быть соединены между собой. Это соединение осуществляется с помощью шин.

Совокупность линий (проводников на материнской плате), по которым обмениваются информацией компоненты устройств и устройства РС, называется шиной (Bus). Шина предназначена для обмена между двумя и более устройствами. Описание шин приведено в [5].

Шина, связывающая только два устройства, называется портом.

Обычно шина имеет гнёзда для подключения внешних устройств, которые в результате сами становятся частью шины и могут обмениваться информацией со всеми другими подключаемыми к ней устройствами.

Шины в РС различаются по своему функциональному назначению.

  1. Системная шина (или шина CPU) используется микросхемами и Chipset для пересылки информации от устройств к CPU и от CPU к устройствам. Это шина GTL+ c тактовой частотой 66, 100 и 133 МГц и пропускной способностью 528, 800 Кбайт/с и 1,06 Мбайт/с или шина EV6, у которой передача по обоим фронтам с тактовой частотой 377 МГц. Может использоваться 128-разрядная шина памяти (так как передача происходит без участия CPU).

  2. Шина кэш-памяти предназначена для обмена информацией между CPU и кэш-памятью.

  3. Шина памяти используется для обмена информацией между оперативной памятью и CPU.

  4. Шины ввода/вывода (бывают стандартные и локальные).


2.4.1. Назначение линий шины

Шина имеет собственную архитектуру, позволяющую реализовать важнейшие её свойства – возможность параллельного подключения практически неограниченного числа внешних устройств и обеспечения обмена информацией между ними. Архитектура любой шины включает следующие компоненты.

  1. Линии данных (по ним происходит обмен данными между CPU, картами расширения, установленными в слоты, и памятью). В режиме DMA (Direct Memory Access) управление обменом данными осуществляется соответствующим контроллером, минуя CPU. Компьютеры семейства Pentium имеют 64-разрядную шину данных.

  2. Линии адреса (процесс обмена возможен лишь в том случае, когда известен отправитель и получатель этих данных, а потому у каждого компонента РС, каждого регистра ввода/вывода и ячейки RAM, есть свой адрес – идентификационный код, который передаётся по этой шине). RAM временно хранит данные для ускорения обмена ими. Количество ячеек RAM не должно превышать , где m – разрядность адресной шины. В семействе Pentium она 32-разрядная и можно адресовать 4 Гбайт памяти.

  3. Линии управления данными (шины управления) необходимы для записи (считывания) в регистры устройств, подключенных к шине, ряда необходимых при передаче данных сигналов: записи/считывания, готовности к приёму/передаче данных, подтверждения приёма данных, аппаратного прерывания, управления и инициализации контроллера.

  4. Контроллер шины осуществляет управление процессом обмена данными и служебными сигналами и обычно выполняется в виде отдельной микросхемы или интегрируется в микросхемы Chipset.

2.4.2. Шины ввода/вывода

Первой характеристикой шины является её разрядность, определяемая количеством данных, параллельно проходящих через неё.

Второй характеристикой шины является её пропускная способность, которая определяется количеством бит информации, передаваемых по шине за секунду. Пропускная способность вычисляется как произведение тактовой частоты шины на её разрядность.

Рассмотрим шины ввода/вывода. Они описаны в [10].

  1. Шина ISA-8, ISA-16 (Industrial Standard Architecture). От этих шин сейчас отказываются, как от шин с низкой производительностью – время передачи превышает скорость обработки их CPU, т.е. процессор простаивает.

  2. Шина EISA (Electronic ISA). Обладает следующими достоинствами:

а) слот EISA полностью совместим со слотом ISA из-за двухэтажной конструкции слота;

б) она 32-разрядная, т. е. все линии данных CPU выведены на слот, что позволяет использовать карты сетевые, графические и жёсткого диска. Её частота 8,33 МГц, но скорость передачи 33 Мбайт/с;

в) шина EISA – интеллектуальная, так как конфигурация карт расширения происходит в ней программно, а не джамперами. Если необходимо использовать ISA, то ставят заглушку, чтобы предотвратить контакт I и II этажа разъёма.

3. Шина VESA или VLB (Video Electronic Standard Assotiation или Vesa Local Bas). Эта локальная шина разработана в начале 80-х годов Ассоциацией стандартов видеоэлектроники. Используется для передачи видеоданных. Обмен информацией с CPU осуществляется под управлением контроллеров, расположенных на картах, устанавливаемых в слот VLB, напрямую в обход стандартной шины ввода/вывода. Она 32-разрядная и работает на тактовой частоте процессора, но адреса и сигналы управления здесь передаются по шине ISA. Она использовалась в CPU 80486.

4. Шина PCI (Peripheral Component Interconnect) разработана фирмой Intel для PC Pentium. Её тактовая частота равна половине тактовой частоты системой шины. Включается в слот системной платы. Её основа – мосты, которые осуществляют связь между PCI и другими шинами. Важной особенностью PCI является способность внешнего устройства при пересылке данных управлять шиной без CPU.

Она широко распространена, так как:

а) у неё отличный от ISA способ передачи данных: когда передающее устройство готово к передаче, оно выставляет данные и сопровождает их соответствующим сигналом, а приёмное устройство записывает данные в свои регистры и подаёт сигнал, подтверждая запись и готовность к приёму следующих;

б) у неё относительно независимые отдельные компоненты системы – передачей данных управляет включённый между ней и CPU мост, а процессор может выполнять другую работу;

в) есть PCI 1.0 – 32-разрядная и PCI 2.0 – 64-разрядная, отсюда полоса пропускания шины 33 * (32 бит/8) = 132 Мбайт/с или 33 МГц * (64 бит/8) = 264 Мбайт/с;

г) шина PCI универсальна, так как не зависит от типа CPU – соединение мостом в системной шине, минуя CPU;

д) PCI 5.0 64-разрядная, на дополнительные контакты подаётся напряжение 3,3 В, а на нём работает большинство микросхем;

е) система PCI использует принцип временного мультиплексирования – для передачи данных и адресов используется одни и те же линии;

ж) обладает свойством интеллектуальности, так как она в состоянии распознать аппаратные средства и анализировать конфигурации системы в соответствии с технологией Plug & Play. Для них созданы свои карты расширения.

Для работы с видеоданными лицензированы ^ PCI Express x1, х2, x4, х8, x16 и х32-канальные версии (266, 532, 1066, 2132, 4200 и 8400 Мбайт/с). Их главное преимущество состоит в том, что данные через шину передаются без помех в обоих направлениях, а в режиме дуплексной передачи цифры выше удваиваются. На видеоплату можно подать мощность до 75 Вт без дополнительных разъёмов. Новые видеоплаты на базе PCI Express х8 и x16 обладают высоким качеством изображения, которое не уступает платам с AGP 8x.

  1. Шина AGP (Accelerated Graphics Port) является каналом передачи данных между видеоадаптерами и RAM. Эта высокоскоростная, локальная шина ввода/вывода предназначена для нужд видеосистем. Она связывает 3D-акселератор видеосистемы (ускоряет обращение) с системной памятью PC. Только один слот AGP, в него подключается одно устройство, а потому нет проблем с арбитражем, что повышает скорость обмена данными. Она 32-разрядная, отличается от PCI следующим:

а) использует более высокие тактовые частоты (режим 2, 4);

б) режим демультиплексирования (SBA) – по очереди адрес и данные;

в) пакетная передача данных;

г) режим прямого исполнения в системной памяти DIME. Здесь обработка текстур ведётся предварительно в системной памяти, а в локальную память загружается уже результат. Её пропускная способность для режима 1х равна 66 * 32 = 2 112 бит/с = 264 Мбайт/с, в режиме 2х передача идёт по переднему и заднему фронтам, а потому цифра удвоится – 528 Мбайт/с – используется в Pentium с 64-разрядной внешней шиной. В режиме 4х (с пониженным напряжением питания) за 1 такт удаётся передать 32-разрядную команду. Скорость передачи около 1 Гбайт/с, но современные прогрессивные технологии 0,25 мкм и 0,18 мкм устойчиво работают и на частоте 133 МГц вместо 100 МГц, а тактовая частота AGP = 66% от 133 МГц, т.е. 100 МГц.

Слоты AGP бывают с напряжением питания:

а) 3,3 В (имеет ключ-перемычку на материнской плате и одну прорезь на плате, режим 2х);

б) 1,5 В (тоже с ключом-перемычкой, с 2 прорезями на плате, режим 4х);

в) универсальный слот (использует любое напряжение без перемычки, на плате 2 прорези, режим 4х).

Сейчас используется шина AGP 8х. Для технологии 0,09 мкм используется уже частота 400 МГц и выше, скорость передачи 4 Гбайт/с.

Есть шины, подключающие периферийные устройства вне корпуса РС кабелем. Рассмотрим их.

  1. Шина USB (Universal Serial Bus). Разрабатывалась фирмами Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC и Northern Telecom. Обмен по интерфейсу – пакетный, скорость обмена 12 Мбит/с. На новых материнских платах есть разъём для подключения концентратора USB. USB позволяет подсоединить к компьютеру периферийные устройства (клавиатуру, мышь, джойстик, принтер), не выключая питания, т.к. поддерживает технологию Plug & Play. Его конфигурирование осуществляется автоматически. Все устройства должны быть с разъёмом USB и подключаться к РС через USB-хаб или концентратор, который позволяет подключать до 127 периферийных устройств.

Шины USB 1.1 и USB 2.0. Разъёмы выведены на заднюю стенку, их может быть до 4. На USB 2.0 пропускная способность уже до 480 Мбит/с. Реализуется как синхронный (для телеконференций), так и асинхронный режимы передачи данных, поддерживается дополнительный подканал для подключения клавиатуры, мыши, модема со скоростью обмена 1,5 Мбит/с.

2. Шина SCSI-1 (Small Computer System Interfase). Шина разработана в 1986 году. Скорость передачи данных – 2 Мбайт/с, подключаются к одному разъёму до 8 устройств (винчестер, привод CD-ROM, сканер, фото- и видеокамеры). Она реализована в виде кабельного шлейфа. С шиной PC PCI соединяется через хост-адаптер (Host Adapter). Каждое устройство, подключенное к шине, имеет свой идентификационный номер (I.D.). У неё асинхронный режим работы, есть Narrow-канал. В 1989 году появилась SCSI-2 со скоростью передачи 10 Мбайт/с. Здесь используется синхронный режим и Wide-канал.

В 1995 году появился стандарт Ultra SCSI с пропускной способностью 8-разрядной шины 20 Мбайт/с, а 16-разрядной шины Ultra SCSI – 40 Мбайт/с, но уменьшилась длина кабеля. После разработки нового метода передачи данных LVD (Low Voltage Differential) появились в 1997 году модели со скоростью передачи 80 Мбайт/с в Ultra2 SCSI и в 1999 году 160 Мбайт/с в Ultra3 SCSI.

В сентябре 1998 года появилась спецификация Ultra 160. Её пропускная способность 160 Мбайт/с. Основные особенности Ultra 160:

а) двойная синхронизация при передаче данных;

б) контроль целостности данных за счёт использования циклического кода с избыточностью (CRC);

в) контроль окружения. Заключается в проверке возможностей соединительных кабелей, терминаторов, карт с целью обеспечения оптимальной производительности шины.

У Ultra 320 пропускная способность 320 Мбайт/с для 16-разрядной шины, поддерживает 16 устройств без определения длины кабеля. Устройства соединяются кабелями в цепочку, а на крайнем устанавливается терминатор для устойчивости работы шины. Есть пассивные терминаторы (резистор с сопротивлением 132 Ом) и активные (от 132 до 110 Ом), позволяющие менять входное сопротивление в зависимости от стандарта SCSI. Разъёмы для подключения могут быть внутренними и внешними 50- и 68-контактными.

В 2001 году появилась шина SAS 1.0 (Serial Attached SCSI) со скоростью 1 500 Мбайт/с. По ней данные передаются последовательно, а не параллельно, предварительно объединяясь в пакеты. Жёсткие диски подключаются по методу «точка-точка», потому пропускные способности у всех дисководов одинаковые, а не делятся. В 2004 году появилась SAS 1.1 со скоростью 3 000 Мбайт/с. В 2006 году должна появиться шина SAS 2.0 со скоростью 6 000 Мбайт/с.

3. Шина является частью нового стандарта Serial SCSI (SCSI-3) – это высокоскоростная, локальная, последовательная шина, разработанная фирмами Apple и Texas Instruments в 1995 году. Изменяемая структура и одноранговая топология делают её удобной для подключения жёстких дисков и устройств обработки аудио- и видеоинформации, а также для работы мультимедийных приложений в реальном времени. Шина может передавать данные со скоростью 12,5; 25; 50; 100, 200 и 400 Мбит/с, ожидается до 1600. Она позволяет одновременно работать нескольким устройствам, передающим информацию с разными скоростями. Шина использует простой 6-проводный кабель, поддерживает технологию Plug & Play, но её структура проще, чем у SCSI, а стоимость ниже. Используется пакетный режим передачи информации – скорость в нём до 1 Гбайт/с.

Она построена по разветвляющейся топологии и позволяет использовать до 63 узлов в цепочке, а к каждому узлу можно подключить до 16 устройств. Длина кабеля между двумя узлами не более 4,5 м, иначе информация может исказиться. К данной шине можно подключать все устройства, которые подключают к шине SCSI. Это позволяет объединять компьютер с бытовой электроникой. Есть две модели IEEE 1394 a и IEEE 1394 b.

В Windows’98 есть драйверы для портов этой шины, а в BIOS есть поддержка работы устройств этой шины.
2.4.3. Последовательные и параллельные порты

Параллельная и последовательная передача данных использует различные методы и принципы обмена информацией [5].

Параллельная связь означает, что биты данных пересылаются и передаются не один за другим, а все 8 бит (или 1 байт) одновременно, поэтому кабель состоит из 8 проводов.

Параллельные интерфейсы разрабатывает фирма Centronics, специализирующаяся на производстве матричных принтеров.

На этом интерфейсе передача, как правило, однонаправленная, но некоторые принтеры конфигурируются с помощью программного обеспечения, а потому нужен уже двунаправленный кабель.

Это 25- или 36-контактный разъём (если для принтера).

Параллельный интерфейс часто обозначают аббревиатурой LPT (Line Printer) или PRN (Printer). Первый подключаемый принтер обозначается как LPT 1, а второй – LPT 2.

В BIOS PC есть поддержка до трёх параллельных интерфейсов.

При односторонней передаче данных в стандартном интерфейсе LPT скорость передачи данных – от 120 до 200 Кбайт/с.

Порт EPP (Enhanced Parallel Port) – двунаправленный – передаёт 8 бит данных в обоих направлениях. У него есть буфер для хранения передаваемых данных, поэтому скорость передачи почти в 6 раз выше. Для него необходимо специальное программное обеспечение. Может подключать в цепочку до 64 периферийных устройств.

Есть ещё ECP (Extended Capability Port) с ещё более высокой скоростью передачи данных. Остальные параметры как у EPP, за исключением того, что можно подключать до 128 устройств. Можно передавать сжатую информацию, если порт, периферийные устройства и программа могут этот режим поддерживать.

Порты EPP и ECP включены в стандарт IEEE 1284. Многие лазерные принтеры тоже его используют. Кроме принтера, можно подключать стример, внешние дисководы, при этом скорость передачи данных – до
1 Мбайт/с. Эти порты используются при обмене данными между PC.

Для последовательных интерфейсов выбор подключаемых устройств шире. Разъёмы могут быть 9- и 25-контактными. В качестве стандартного обозначения используют COM (Communication – коммуникационный, последовательный) с протоколом RS-232 (Serial Interface или Serial Port).

Последовательная связь осуществляется побитно, обмен данными идёт в двух направлениях (асинхронный обмен). Напряжение на интерфейсе от
–12 В до +12 В, что позволяет использовать кабель длиной 50 м и более без потерь при передаче.

Последовательный интерфейс связывает два устройства.

Существуют номинальная скорость передачи и эффективная (реальная), в которой учитываются передача служебной информации и сжатие данных. Скорость измеряют в бодах (baud) или в bps (бит/с), но в бодах учитывают служебные биты, а в bps – нет.

Скорость передачи может быть 1 200, 2 400, 4 800, 9 600, 19 200 бод и выше (до 115 200 бит/с).

Если у устройств разные скорости, то передача ведётся по меньшей скорости.

Конфигурация COM-портов различная. В BIOS есть поддержка для 4 интерфейсов COM, но только для 2 есть адреса на платах, а остальным нужно подбирать адреса и номера линий прерывания.
^ 2.5. БАЗОВАЯ СИСТЕМА ВВОДА/ВЫВОДА ROM BIOS

Одним из основных компонентов, расположенных на материнской плате, является базовая система ввода/вывода ROM BIOS.

Аппаратно базовая система ввода/вывода представляет собой элемент памяти ёмкостью 64 Кбайт, установленный 28 ножками в DIP-разъём на материнской плате.

Ведущими изготовителями являются фирмы AMI, Award, Phoenix, но функции, выполняемые BIOS, не зависят от изготовителя.

В ROM BIOS (Read Only Memory Basic Input Output System) выполняются три основные функции (обозначение ROM расшифровывается, как «память для чтения»).

  1. Предоставление ОС аппаратных драйверов и осуществление сопряжения между материнской платой и остальными средствами РС.

  2. Содержится тестовая программа проверки системы POST (Power On Self Test), которая при включении РС проверяет все важнейшие компоненты.

  3. Содержится программа CMOS Setup (Complementary Metal Oxide Semiconductor – сокращённое название полупроводника) для установки параметров BIOS и аппаратной конфигурации РС.

В BIOS содержится набор основных функций управления стандартными внешними устройствами РС.

Все изменения в конфигурации записываются в CMOS RAM (Random Access Memory). Её емкость 100 – 129 байт. Она расположена в контроллере периферии, имеющем автономное питание.

Базовая система ввода/вывода BIOS является ключевым элементом системной платы, без которой её компоненты – набор железа, т.к. BIOS управляет всеми компонентами и ресурсами системной платы.

Используемая версия BIOS очень сильно привязана к чипсету и должна знать особенности используемых компонентов.

Код BIOS хранится в микросхеме энергозависимой постоянной памяти (ROM BIOS), но здесь тип носителя значения не имеет, хотя, с точки зрения модифицируемости, флэш-память имеет явное преимущество – возможность модернизации прямо в компьютере.

Тип носителя указан под наклейкой микросхемы:

а) 28 Fxxx – флэш-память с напряжением 12 В;

б) 29 Cxxx – флэш-память с напряжением 5 В;

в) 29 LVxxx – флэш-память с напряжением 3 В (редкая);

г) 28 Cxxx – EEPROM – близка по свойствам к флэш-памяти;

д) 27 Cxxx – EPROM, записываемая на программаторе и стираемая ультрафиолетом (если есть стеклянное окно);

е) PH 29 EE 010 – ROM фирмы SST, перезаписывается аналогично флэш-памяти;

ж) 29 EE 011 – флэш-память с напряжением 5 В фирмы Winbond;

з) 29 C 010 – флэш-память с напряжением 5 В фирмы Atmel.

Новую версию BIOS лучше получать от изготовителя системной платы во избежание сбоев. Если поставили новую микросхему с BIOS, и система не работает, то необходимо использовать ряд системных плат с режимом восстановления (Boot Block Recovery). Для этого на плате надо использовать переключатель или джампер. В режиме восстановления работает только дисковод, в который необходимо установить специальную дискету с файлом-образом ROM BIOS.

Иногда режим восстановления включается автоматически (Boot Block, получая управление в начале POST, оценивает корректность основного блока ПЗУ и при необходимости включает режим восстановления).

Но если это не спасает, то есть еще режим «горячей замены» ROM BIOS, т.е. из работоспособной системной платы извлекают BIOS и устанавливают вместо испорченной, включают и загружают компьютер, как для режима перезаписи BIOS.

Далее, не выключая питания, ставят неверно записанную микросхему и выполняют процедуру перезаписи. Компьютер должен работать, поскольку код BIOS исполняется из теневой области ОЗУ.

Содержимое BIOS может испортить вирус или отладчик DEBUG, т.к. парольная защита перезаписи может быть взломана, а надёжная аппаратная защита есть не у всех микросхем энергозависимой памяти и системных плат.
2.5.1. Тест начального включения

POST – это самостоятельный тест, который поможет при идентификации ошибок, если в РС установили новую материнскую плату.

При прохождении POST на экране монитора появляются два типа сообщений: информационное и сообщение об ошибках.

Первое сообщение указывает версию производителя BIOS и производителя материнской платы, Chipset, информацию об объёме установленной памяти, подключенных устройствах. Второе даёт сообщение об ошибке в устройстве в виде векторов прерываний.
2.5.2. Векторы прерываний системы BIOS

Каждая система BIOS в адресной области FEE00H – FFFD9H имеет определённые подпрограммы для конкретной используемой материнской платы, а потому система BIOS PC не взаимозаменяема.

В последнее время для хранения в BIOS используют микросхемы электрически стираемой программируемой постоянной памяти EEPROM.

Производитель может выпускать новую версию BIOS на дискете, а пользователь – загружать её в микросхему. Центральный процессор имеет доступ к BIOS через систему программных прерываний. Каждое прерывание даёт доступ к соответствующей подпрограмме BIOS.

Рассмотрим таблицу векторов прерываний системы BIOS табл. 2, которые используются в реальном режиме работы процессора.

Таблица 2

Таблица векторов прерываний системы BIOS в реальном режиме

Программное прерывание

ФункцияС
  1   2   3   4   5   6



Скачать файл (1240 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru