Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Организация и устройство ПК

1.Системный блок персональной ЭВМ. Корпус, блок питания, органы управления.Стандарты AT,ATX, NLX.Основные элементы системного блока,их функциональное назначение.

2.Назначение оперативной памяти PC.Структурная схема и принцип работы динамической памяти.Основные характеристики микросхем памяти.Разновидности динамической памяти.Модули памяти.

3.Шины.Назначение линий шины,разрядность,пропускная способность,интерфейс.Системные шины.Шины ввода/вывода,разновидности,иерархия,сравнительные характеристики.

1. СИСТЕМНЫЙ БЛОК:

Системный блок персонального компьютера представляет собой прямоуголь-

ный каркас(корпус), в котором размещены основные узлы компьютера:

материнская (системная) плата,

контроллеры,

дисковод для гибких дисков(они же дискеты или флоппи-диски),

один или два дисковода (накопителя) на жестком магнитном диске (его чаще называют винчестер),

кнопки управления (выключатель электропитания, переключатель тактовой частоты, кнопка сброса RESET, индикаторы питания и режимов работы), а также в большинстве современных моделей ПК – дисковод для компакт-дисков.

С тыльной стороны системного блока находятся штепсельные разъемы для подключения шнуров питания и кабелей связи с внешними (устанавливаемыми вне системного блока) устройствами. Каркас накрывается крышкой или кожухом.

В настоящее время распространены три типа системного блока – “башня” (tower), “мини-башня” (mini-tower) и плоский (desktop). Внутри системного блока предусмотрена возможность установки новых устройств, не входящих в стандартную поставку, для расширения функциональных возможностей компьютера. Для этой цели служат специальные разъемы-гнезда (слоты) на материнской плате для подключения адаптеров, плат расширения и других устройств. Корпус типа Tower

MiniTower, MidiTower, BigTower – корпуса, представляющие собой вертикально расположенные параллелепипеды. Особенностью этих типов является вертикальное расположение материнской платы внутри корпуса. Размеры MidiTower больше, чем MiniTower. В свою очередь BigTower больше , чем MidiTower. Корпуса этих типов выполняются в соответствии со стандартами AT или ATX.

Desktop, Slimline, UltraSlimline – этим типам соответствуют корпуса, представляющие собой горизонтально расположенные параллелепипеды (высота меньше остальных измерений). В таких корпусах материнские платы устанавливаются горизонтально. Вариант корпуса Slimline имеет меньшую высоту, чем Desktop. Основным отличием этих двух типов корпусов является то, что электронные платы (видеокарта, звуковая карта, модем и т. д.) при подключении к материнской плате устанавливаются для корпуса Desktop вертикально и непосредственно в материнскую плату, а для Slimline – горизонтально одна над другой в специальную кросс-плату, содержащую слоты PCI и ISA. Сама кросс-плата устанавливается вертикально в материнскую плату. В результате получается, что в корпусах типа Desktop электронные платы и материнская плата расположены под углом 90 градусов друг к другу, а в корпусах Slimline – параллельно.

В корпусах типа Slimline возможны варианты использования одной или двух кросс-плат. В Slimline могут быть установлены только те материнские платы, для которых расположение кросс-платы и слота (для кросс-платы) на материнской плате соответствует друг другу.

БЛОК ПИТАНИЯ

В настольных системах, как правило, используются стандартные источники питания ATX.

К важнейшим техническим характеристикам стандартных источников питания ATX относятся:

надежность и безопасность;

электрические параметры (мощностные показатели, эффективность, защита на выходе и т.д.);

механические параметры (габариты, создаваемый воздушный поток);

электромагнитная совместимость (электромагнитные помехи).

Для надежной работы системы выходная мощность блока питания должна превышать максимальную суммарную мощность, требуемую для планируемой системы. В стандартных настольных системах мощность блока питания обычно меньше, чем суммарная мощность всех компонентов системы.

Причина этого в том, что одновременно использовать все компоненты с мак- симальной мощностью фактически невозможно. Поэтому следует принимать во внимание коэффициент нагрузки компонентов.

Эмпирическая формула предлагает рассчитывать минимальную выходную мощность блока питания как мощность, потребляемую процессором, плюс 80% общей мощности, потребляемой остальными компонентами системы.

Для рабочих станций и серверов лучше всего рассчитывать мощность источника питания исходя из полной нагрузки.

Сначала необходимо узнать мощность, потребляемую процессором. В качестве ориентира допустимо использовать максимальную рассеиваемую тепловую мощность. Затем следует оценить потребляемую мощность остальных компонентов системы, «привязанных» к блоку питания (в скобках указаны типовые значения в ваттах):

системная плата (25),

вентиляторы блока питания (3),

системный вентилятор (2),

вентилятор процессора (3),

модули памяти DDR и DDR II (30),

видеокарта (30-210), жесткий диск (30),

оптические приводы CD-ROM/RW/DVD (по 20) и прочие компоненты. Для обычной настольной офисной системы с одним жестким диском суммарная мощность компонентов не превышает 200 Вт. При уровне загрузки 80% получаем мощность 160 Вт. Прибавив к ним мощность процессора (около 80 Вт), оцениваем общую мощ- ность системы в 240 Вт. Для навороченной системы (несколько жестких дисков, спутниковый тюнер, мощная видеокарта и прочие ресурсоем- кие компоненты) потребляемая мощность может доходить до 450-550 Вт. В среднем можно считать, что блок питания мощностью в 350 Вт покроет потребности для примерно 90% вариантов конфигураций настольных ситем.

Таблица расчета мощности системы

Таблица расчета мощности системы

При выборе блока питания следует учитывать тот факт, что не так давно появились блоки питания категории EPS (Enhanced Power Supply). Ранее такие блоки питания применялись исключительно в серверной технике. Эти блоки питания обеспечивают более качественное электропитание компьютера. По внешнему виду они отличаются лишь ATX-коннектором.

Стандартный блок питания форм-фактора ATX имеет 20-контактный АТХ-коннектор, а блоки питания ATX EPS – 24-контактный коннектор. Разъем ATX EPS отличается от разъема АТХ тем, что содержит дополнительные контакты № 11, 12, 23 и 24.

АТХ коннектор блока питания должен соответствовать коннектору на самой материнской плате. Чаще всего в блоке питания установлен один вытяжной вентилятор размером 80х80 мм.

Иногда встречаются блоки питания с двумя вентиляторами – например, блок питания Gembird 600W, в котором один вентилятор нагнетает воздух в блок питания, второй вентилятор является вытяжным. Встречаются так же блоки питания с одним нагнетающим вентилятором размером 120х120 мм, например, блок питания FSP 12 cm fan. Вентилятор такого блока питания является менее шумным по сравнению с вентиляторами размером 80х80 мм.

AT (Baby AT), ATX, NLX, LPX – спецификации конструкции корпуса системного блока компьютера. Эти стандарты определяют также типоразмеры материнских плат.

В настоящее время наибольшее распространение получили корпуса стандарта ATX (AT eXtension – расширение формата AT). Эта спецификация имеет следующие особенности по сравнению с AT:

учтены новые требования к тепловому режиму, введение интегрированных портов уменьшило количество кабелей внутри корпуса, все порты ввода/вывода размещены на задней стенке корпуса (и, соответственно, материнской платы), разъемы HDD и FDD размещены рядом с местами установки соответствующих компонентов, установлен блок питания нового поколения.

В корпусе ATX материнская плата (стандартного размера 305x244 мм) располагается длинной стороной вдоль задней стенки. Процессор на плате устанавливается в непосредственной близости от разъема питания для минимизации длины питающих цепей и охлаждения от встроенного вентилятора блока питания. Некоторые блоки имеют автоматическую регулировку скорости вращения вентилятора в зависимости от температуры.

Блок питания ATX, кроме стандартных для AT напряжений и сигналов, вырабатывает также напряжение 3.3 В, что избавляет от необходимости формировать это напряжение на материнской плате. Кроме того, он поддерживает управление питанием по сигналу с материнской платы, которая имеет для этого программный интерфейс.

Важной является проблема охлаждения работающих устройств внутри корпуса. Задача эта решается с помощью вентилятора блока питания.

В блоке питания корпуса AT используется “вытяжной” вентилятор. Воздух засасывается внутрь корпуса через имеющиеся щели или специально предусмотренные отверстия и, аккумулировав тепло имеющих более высокую температуру компонентов, выбрасывается наружу. Как правило, в корпусах стандарта AT каких-либо специальных мер по распределению потока охлаждающего воздуха не предусмотрено.

В блоках питания корпусов типа ATX, как правило, используется вентилятор нагнетающего типа. Наружный воздух захватывается крыльчаткой вентилятора и подается внутрь корпуса через прорези в блоке питания. Многие корпуса стандарта ATX спроектированы с учетом перераспределения поступающего потока воздуха к отдельным компонентам – процессору, винчестерам, электронным платам. Однако иногда в корпусах ATX применяются блоки питания с вытяжными вентиляторами. Обычно в таких конструкциях не предусмотрены дополнительные меры по охлаждению.

Расширением спецификации ATX для корпуса и материнской платы явился стандарт NLX, разработанный совсем недавно и еще не успевший получить широкое распространение.

Другой стандарт, определяющий конструкцию корпуса и, одновременно, типоразмер материнских плат, получил название LPX и используется в сверхнизких корпусах Slim.

Стандарт NLX

Технические требования NLX, также разработанные Intel, определяют низкопрофильную системную плату, во многом похожую на ATX. Однако в этом стандарте используется меньший формфактор. Как в предыдущих системах Slimline, системная плата NLX использует выносную плату для разъемов расширения. Системная плата NLX также разработана для упрощения доступа и обслуживания; системную плату легко выдвинуть из блока. Формфактор NLX предназначен для замены LPX (как формфактор ATX функционально заменил Baby-AT).

Технические требования NLX не определяют новый формфактор источника питания, но существует отдельный документ, в котором приведены рекомендации для источника питания NLX. Чтобы источник питания поместился в корпус NLX, он должен соответствовать размерам формфактора LPX, но в нем должны использоваться разъем с 20 контактами, сигналы напряжения, в соответствии со спецификацией ATX (и даже вентилятор должен быть расположен как в блоке питания ATX). Хотя иногда можно приспособить источник питания для LPX, некоторые изготовители начали производить источники питания, специально созданные для использования в системах NLX.

ОСНОВНЫМИ ЭЛЕМЕНТЫ ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ СИСТЕМНОГО БЛОКА :

материнская (системная) плата, на которой размещены основные узлы компьютера: микропроцессор,

оперативная память,

контроллеры дисковых устойств,

видеоадаптер (он же видеокарта, видеоконтроллер),

микросхемы поддержки,

шина данных с контроллером и несколько разъемов-гнезд, которых называют также слотами (slot - щель). Служат они для установки устройств, в том числе и для расширения функциональных возможностей компьютера. Часть слот в исходной конфигурации остаются свободными.

Микропроцессор представляет собой по существу миниатюрную электронно-

вычислительную машину, размещенную в сверхбольшой интегральной схеме (СБИС). На одном кристалле сверхчистого кремния с помощью сложного, многоступенчатого, высокоточного технологического процесса создано несколько миллионов транзисторов и других схемных элементов, соединительные провода и точки их подключения внешних выводов.

Микропроцессор состоит из ряда логических блоков. В состав блоков входит арифметико-логическое устройство (АЛУ) и устойство управления (УУ). Устройство управления осуществляет координацию работы всех устройств компьютера – микропроцессора, оперативной памяти, дисковых запоминающих усройств и т.д.

АЛУ – это та часть микропроцессора, в которой выполняются арифметические операции (+, - , / , *) , а также логические операции (и, или, если, не, истина, ложь, >, <, = , <=, >= , <> и т.д.).

Aдрес – номер ячейки памяти для хранения информации.

Регистр – область временного хранения данных, инструкций и кованд.

Память состоит из ячеек, Ее основу составляют два принципа – возможность произвольного доступа к ячейкам и возможность сохранения программ. Компью-

тер на каждом такте своей работы может обращаться к любым ячейкам памяти, как для чтения так и для записи, по соответствующим адресам.

Компьютер выполняет программу, которая представлена в цифровой форме и хранится в той же памяти, что и данные, подлежащие обработке по той же программе. Перед началом решения задачи, программа вводитсяв отведенные ячейки памяти и хранится там до окончания выполнения.

Таким образом, ячейка это упорядоченная последовательность разрядов, каждый из которых служит для хранения соответствующего символа. Число таких разрядов в ячейке называют разрядностью. Она отражает длину машинного слова. Разряды, в которых могут быть записаны 0 или 1 называют двоичными или битами. Разрядность компьютера кратна 8 битам.

Разрядность является универсальной характеристикой, она касается микро-

процессора, шины обмена данных, операционной системы и других компонентов компьютера.

Таким образом, в оперативной памяти краткосрочно (временно) хранятся входные данные и промежуточные результаты. В этот вид памяти можно записывать (или считывать из нее) элементы данных и программ, хранящихся в произвольном месте этой памяти по заданному адресу.

Мировая промышленность выпускает микропроцессоры различных моделей. Основным производителем до настоящего времени считалась фирма Intel. Выпускаемые нею микропроцессоры имели обозначение i8086, i80286, i80386, i80486. В последние годы на компьютерном рынке появились новые модели, разработанные этой фирмой, – Pentium, PentiumPro, PentiumMMX, PentiumII, а также аналоги Pentium других фирм-производителей, например, K6-2 фирмы AMD, Cyrix 6x86 фирмы Cyrix и т.п.

Оперативная память (она же ОЗУ – оперативное запоминающее устройство, она же RAM (Random Access Memory)) также реализована на СБИС. Скорость доступа для считывания или записи данных в ОЗУ измеряется в нанасекундах и составляет в современных модулях памяти от 8 до 70 нс (одна нанасекунда равна 10-9с).

Кроме оперативной памяти, в компьютере, на системной плате, установлены:

КЭШ – память, служащая для хранения часто повторяющихся данных и команд управления;

BIOS -- аппаратного устройства (ROM-памяти), называемого базовой системой ввода-вывода, является аппаратной составляющей операционной системы, обслуживающей компьютер;

CMOS RAM – это энерго независимая память, подпитываемая от батарейки или аккумулятора, служит для хранения информации о конфигурации после выключения компьютера; тот же источник энергии питает и схему встроенных кварцевых часов, непрерывно отсчитывающих текущую дату и время.

Шина обмена данных (она же системная магистраль данных) служит для передачи данных, адресов и сигналов между различными компонентами компьютера. Шина характеризуется разрядностью. В различных моделях ПК устанавливались 8, 16, 32, 64-разрядные шины обмена данных. Чем выше разряднось шины, тем производительнее работает компьютер (аналог разрядности шины – ширина автострады, диаметр нефтепровода).

Адаптеры и контроллеры.

Для обеспечения взаимодействия различных устройств компьютера с микропроцессором и оперативной памятью, а также преобразования сигналов управления, используются устройства называемые контроллерами или адаптерами. Эти устройства выполняются в виде плат. Они, с одной стороны, снабжены специальными разъемами для подключения к общей шине, а с другой, имеют стандартный разъем для связи с подключаемым к компьютеру устройством (накопителем, модемом, дисплеем и т.п.). Устройство для подключения дисплея называют видеоадаптером, для включения компьютера в локальную сеть – сетевым адаптером.

По мере совершенствования комплектующих устройств и микропроцесоров, многие функции контроллеров и адаптеров перераспределяются на электронные схемы и логические блоки последних,что приводит к исключению их из конфигурации компьютера. Однако в настоящее время они, как правило, присутствуют в конфигурации современных компьютеров: видеоадаптеры(они же видеоплаты, видеоконтроллеры, видеокарты), сетевые адаптеры (сетевые карты), звуковые карты (звуковые платы, аудиокарты) и т.д. Современные компьютеры снабжены видеоадаптерами SVGA и имеют разрешающую способность 800 х 600, 1024 х 768 пикселей и выше.

Суть преобразования изображения на дисплее видеоадаптером.Известно, что изображение на экране, как и в бытовом телевизоре, формируется электронным лучом. В отличие от телевизора на экране монитора воспроизводится, как отмечено выше, растр, состоящий из отдельных точек. С помощью видеоадаптера изменяется яркость и цвет каждой точки экрана, называемой пикселем. Изображение на экране сканируется на

экране минимум 66-100 и более раз в секунду. Эта смена не воспринимается глазом человека.

Кроме видеоадаптеров, в конфигурации компьютера присутствуют контрол-

леры дисковых накопительных устройств, ориентированные на соответствующие носители информации, а также контроллеры портов ввода-вывода (они же адаптеры портов). Такие устройства как манипулятор мышь, принтер, джойстик подключаются к компьютеру посредством схемных элементов называемых портами.

Сетевой адаптер предназначен для обмена данными между компьютерами локальной сети. Сопряжение компьютеров в локальной сети осуществляется с помощью специального сетевого коаксиального кабеля.

Дисковод для гибких дисков(они же дискеты или флоппи-диски),

один или два дисковода (накопителя) на жестком магнитном диске (его чаще называют винчестер),

Накопители являются устройствами, предназначенными для длительного хранения информации. Они создаются на базе различных носителей информации: гибких дисков (дискет) и жестких дисков (винчестеров), оптических и магнитооптических дисков, ZIP-дисков и компакт-дисков (для дисководов CD-ROM).

2.Назначение оперативной памяти ПК. Структурная схема и принцип работы динамической памяти .Основные характеристики микросхем памяти. Разновидности динамической памяти. Модули памяти.

Основная память (ОП) содержит оперативное (RAM — Random Access Memory) и постоянное (ROM — Read Only Memory) запоминающие устройства.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) предназначено для хранения информации (программ и данных), непосредственно участвующей в вычислительном процессе в текущий интервал времени. ОЗУ — энергозависимая память: при отключении напряжения питания информация, хранящаяся в ней, теряется. Основу ОЗУ составляют микросхемы динамической памяти DRAM. Это большие интегральные схемы, содержащие матрицы полупроводниковых запоминающих элементов — полупроводниковых конденсаторов. Наличие заряда в конденсаторе обычно означает «1», отсутствие заряда — «0». Конструктивно элементы oпeративной памяти выполняются в виде отдельных модулей памяти — небольших плат с напаянными на них одной или, чаще, несколькими микросхемами. Эти модули вставляются в разъемы — слоты на системной плате. На материнской плате может быть несколько групп разъемов — банков — для установки модулей памяти; в один банк можно ставить лишь блоки одинаковой емкости, например, только по 16 Мбайт или только по 64 Мбайт; блоки разной емкости можно устанавливать только в разных банках.

ТИПЫ ОПЕРАТИВНОЙ ПАМЯТИ:

Различают следующие типы оперативной памяти:

FPM DRAM;
RAM EDO;
BEDODRAM;
SDRAM;
DDR SDRAM;
DRDRAM и т. д.

FPM DRAM

FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM) — динамическая память с быстрым страничным доступом, активно используется с микропроцессорами 80386 и 80486. Память со страничным доступом отличается от обычной динамической памяти тем, что после выбора строки матрицы и удержании RAS допускает многократную установку адреса столбца, стробируемого CAS. Это позволяет ускорить блочные передачи, когда весь блок данных или его часть находятся внутри одной строки матрицы, называемой в этой системе страницей. Существуют две разновидности FPM DRAM, различающиеся временем обращения: 60 и 70 не. Ввиду своей медлительности они не эффективны в системах с процессорами уровня Pentium II. Модули FPM DRAM в основном выпускались в конструктиве SIMM.

RAM EDO

RAM EDO (EDO — Extended Data Out, расширенное время удержания (доступности) данных на выходе) фактически представляет собой обычные микросхемы FPM, к которым добавлен набор регистров-«защелок», благодаря чему данные на выходе могут удерживаться в течение следующего запроса к микросхеме. При страничном обмене такие микросхемы работают в режиме простого конвейера: удерживают на выходе содержимое последней выбранной ячейки, в то время как на их входы уже подается адрес следующей выбираемой ячейки. Это позволяет примерно на 15% по сравнению с FPM ускорить процесс считывания последовательных массивов данных. При случайной адресации такая память никакого выигрыша в быстродействии не дает. Память типа RAM EDO имеет минимальное время обращения 45 не и максимальную скорость передачи данных по каналу процессор-память 264 Мбайт/с. Модули RAM EDO выпускались в конструктивах SIMM и DIMM.

BEDO DRAM

BEDO DRAM (Burst Extended Data Output, EDO с блочным доступом). Современные процессоры благодаря внутреннему и внешнему кэшированию команди данных обмениваются с основной памятью преимущественно блоками слов максимальной длины. Этот вид памяти позволяет обрабатывать данные пакетно (блоками) так, что данные считываются блоками за один такт. В случае памяти BEDO отпадает необходимость постоянной подачи последовательных адресов на входы микросхем с соблюдением необходимых временных задержек — достаточно стробировать переход к очередному слову блока. Этот метод позволяет BEDO DRAM работать очень быстро. Память BEDO DRAM поддерживают некоторые чипсеты фирм VIA Apollo (580VP, 590VP, 680VP) и Intel (i480TX и т. д.) на частоте шины не выше 66 МГц. Активную конкуренцию этому виду памяти составляет память SDRAM, которая постепенно ее и вытесняет. BEDO DRAM представлена модулями и SIMM и DIMM.

SDRAM

SDRAM (Synchronous DRAM — синхронная динамическая память), память с синхронным доступом, увеличивает производительность системы за счет синхронизации скорости работы ОЗУ со скоростью работы шины процессора. SDRAM также осуществляет конвейерную обработку информации, выполняя внутреннее разделение массива памяти на два независимых банка, что позволяет совмещать выборку из одного банка с установкой адреса в другом банке. SDRAM также поддерживает блочный обмен. Основная выгода от использования SDRAM состоит в поддержке последовательного доступа в синхронном режиме, где удается исключить дополнительные такты ожидания. Память SDRAM может устойчиво функционировать На высоких частотах: выпускаются модули, рассчитанные на работу при частотах 100 МГц (спецификация РС100) и 133 МГц (РС133). В начале 2000 года фирма Samsung объявила о выпуске новых интегральных микросхем (ИС) SDRAM с рабочей частотой 266 МГц. Время обращения к данным в этой памяти зависит от внутренней тактовой частоты МП и достигает 5-10 не, максимальная скорость передачи данных «процессор-память» при частоте шины 100 МГц составляет 800 Мбайт/с (фактически равна скорости передачи данных по каналу процессор-кэш). Память SDRAM дает общее увеличение производительности ПК примерно на 25%. Правда, эта цифра относится к работе ПК без кэш-памяти, — при наличии мощной кэш-памяти выигрыш в производительности может составить всего несколько процентов. SDRAM обычно выпускается в 168-контактных модулях типа DIMM и имеет 64-разрядную шину данных. Используется не только в качестве оперативной памяти, но и как память видеоадаптеров, где она полезна при просмотре живого видео и при работе с трехмерной графикой.

DDR SDRAM

DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM - SDRAM II). Вариант памяти SDRAM, осуществляющий передачу информации по обоим фронтам тактового сигнала. Это позволяет удвоить пропускную способность по сравнению с традиционной памятью SDRAM (до 1,6 Гбайт/с при частоте шины 100 МГц). Кроме того, DDR SDRAM может работать на более высокой частоте — в начале 2000 года были выпущены 143, 166 и 183 МГц 64-мегабитовые модули DDR SDRAM. Модули DDR DRAM конструктивно совместимы с традиционными 168-контактными DIMM. Используются не только в качестве элементов оперативной памяти, но и в высокопроизводительных видеоадаптерах. Сейчас они ориентированы в первую очередь на рынок видеоадаптеров. В конце 2001 года компания Hynix Semiconductor представила образец 128 Мбит DDR SDRAM (0,16 мкм).

DRDRAM

DRDRAM (Direct Rambus DRAM — динамическая память с прямой шиной для RAM) — перспективный тип оперативной памяти, позволивший значительно увеличить производительность компьютеров. Высокое быстродействие памяти Direct RDRAM достигается рядом особенностей, не встречающихся в других типах. В частности, применением собственной двухбайтовой шины Rambus с частотой 800 МГц, обеспечивающей пиковую пропускную способность до 1,6 Гбайт/с. Контроллер памяти Direct RDRAM управляет шиной Rambus и обеспечивает преобразование ее протокола с частотой 800 МГц в стандартный 64-разрядный интерфейс с частотой шины до 200 МГц. Фирма Intel выпустила чипсеты i820, i840, i850 с поддержкой DRDRAM. Модули Direct RDRAM — RIMM внешне подобны модулям DIMM.

Организация и устройство ПК 📙 Реферат → 🆔 176060