Основні компоненти материнської плати.
- Процесор, що встановлюється в спеціальний роз’єм. Як правило на процесор встановлюється радіатор з вентилятором.
- Мікросхеми кеш-пам’яті другого рівня (зовнішньої).
- Роз’єми (слоти) для встановлення модулів оперативної пам’яті. В даний час використовуються роз’єми з 72 контактами для модулів SIMM та 168 контактами для модулей DIMM, в залежності від типу материнської плати.
- Роз’єми (слоти) для встановлення карт розширення (роз’єми для карт стандарту ISA, PCI). Сучасні моделі обладнані слотом AGP.
- Мікросхема для перпрограмуємої пам’яті (EEPROM), в якій зберігаються програми BIOS, тестування ЗС, завантаження операційної системи, драйвери пристроїв, початкові установки (CMOS Setup) та ін.
- Роз’єми для підключення накопичувачів HDD, FDD, CD-ROM, послідовні порти для підключення периферійних пристроїв (миша, модем та ін.), паралельні порти для підключення принтера, сканерів деяких типів.
- Набір мікросхем (Chipset) для керування обміном даними між усіма компонентами РС.
- Акумуляторна батарея для живлення мікросхеми пам’яті CMOS, в якій зберігаються поточні настройки BIOS (CMOS Setup) і електронного таймера (системного годинника).
На деякі материнські плати фірми виробники встановлюють мікросхеми, що виконують функції відео адаптера, звукової картки, мереженої картки та ін. Це використовується з метою економії місця в корпус РС та збільшення кількості свобод них слотів. При покупці такої карти ви зберігаєте кошти, а з іншого боку лишаєте себе можливості модернізувати любий з цих компонентів.
|
|
|
Усі компоненти материнської плати з’єднані друг з другом системою провідників (ліній), по яким відбувається обмін інформацією. Цю сукупність ліній називають інформаційною шиною, або просто шиною (Bus). Вони, в залежності від даних, що передаються бувають 3 типів:
- Лінії даних (шина даних)
- Лінії адреси (шина адреси)
- Лінії керування (шина керування)
Взаємодія між компонентами та пристроями РС, що підключені до різних шин, виконується за допомогою мостів.
Головні пристрої комп’ютера і зв’язки між ними представлені на схемі жирними стрілками показані шляхи і напрями руху інформації, простими стрілками – шляхи і напрямки передачі керуючих сигналів.
Загальна схема комп’ютера
Архітектурою комп’ютера називається його опис на певному загальному рівні, що включає опис користувацьких можливостей програмування, системи команд, системи адресації, організації пам’яті тощо. Архітектура визначає принципи дії, інформаційні зв’язки і взаємне з’єднання головних логічних вузлів комп’ютера: процесора, оперативного ЗП, зовнішніх ЗП і периферійних пристроїв. Загальність архітектури різних комп’ютерів забезпечує їх сумісність з точки зору користувача.
|
|
|
Структура комп’ютера – сукупність його функціональних елементів і зв’язків між ними. Елементами можуть бути різні пристрої – від головних логічних вузлів комп’ютера до простіших схем. Структура комп’ютера графічно представляється у вигляді структурних схем, за допомогою яких можна дати опис комп’ютеру на будь-якому рівні деталізації.
Найбільш розповсюджені наступні архітектурні рішення:
- Класична архітектура (архітектура фон Неймана) – один арифметико-логічний пристрій (АЛП), через який проходить потік даних, і один пристрій управління (ПУ), через який проходить потік команд – програма. Це однопроцесорний комп’ютер. До цього типу архітектури відноситься і архітектура ПК з загальною шиною. Всі функціональні блоки зв’язані між собою загальною шиною, що називається також системною магістраллю.
Фізично магістраль – це багато провідникова лінія з гніздами для підключення електронних схем. Сукупність проводів магістралі розділяється на окремі групи: шину адреси, шину даних і шину управління.
Периферійні пристрої підключаються до апаратури комп’ютера через спеціальні контролери – пристрої управління периферійними пристроями.
|
|
|
Контролер – це пристрій, що зв’язує периферійне обладнання чи канали зв’язку з центральним процесором, звільняючи процесор від безпосереднього керування функціонуванням даного обладнання.
- Багатопроцесорна архітектура. Наявність в комп’ютері декількох процесорів означає, що паралельно може бути організовано багато потоків даних і багато потоків команд. Таким чином, паралельно можуть виконуватись декілька фрагментів однієї задачі. Структура такої машини, що має загальну оперативну пам’ять і декілька процесорів, наведена на малюнку.
Архітектура багатопроцесорного комп’ютера
- Багатомашинна обчислююча система. Тут декілька процесорів, що входять в обчислювальну систему, не мають загальної оперативної пам’яті, а мають кожен свою (локальну). Кожен комп’ютер в багатомашинній системі має класичну архітектуру, і така система застосовується достатньо широко. Але ефект від застосування такої обчислювальної системи може бути отриманий лише при розв’язанні задач, що мають дуже спеціальну структуру: вона має розбиватися на стільки слабко зв’язаних під задач, скільки комп’ютерів в системі. Перевага в швидкодії багатопроцесорних і багатомашинних обчислювальних систем перед одно процесорними очевидна.
|
|
|
- Архітектура з паралельними процесорами. Тут декілька АЛПпрацюють під управлінням одного ПУ. Це означає, що множина даних може оброблятися по одній програмі – тобто по одному потоку команд. Високу швидкодію такої архітектури можна отримати лише на задачах, в котрих однакові обчислювальні операції виконуються одночасно на різних однотипних наборах даних. Структура таких комп’ютерів представлена на малюнку.
Архітектура з паралельним процесором
В сучасних машинах часто присутні елементи різних типів архітектурних рішень. Існують і такі архітектурні рішення, що радикально відрізняються від розглянутих.
Центральний процесор
Центральний процесор (CPU, від англ. Central Processing Unit) – це головний компонент комп’ютера, який виконує арифметичні і логічні операції, задані програмою, управляє обчислювальним процесом та координує роботу всіх пристроїв комп’ютера.
ЦП в загальному випадку містить:
- арифметико-логічний пристрій;
- шини даних і шини адрес;
- регістри;
- лічильники команд;
- кеш – дуже швидку пам’ять малого обсягу (від 8 до 512 Кбайт);
- математичний співпроцесор.
Сучасні процесори виконуються у вигляді мікропроцесорів. Фізично мікропроцесор являє собою інтегральну схему – тонку пластинку кристалічного кремнію прямокутної форми площею в декілька квадратних міліметрів, на якій розміщені схеми, реалізуючі всі функції процесора (малий кремнієвий кристал з декількома мільйонами розміщених у ньому транзисторів).
Основними характеристиками процесора є:
- тактова частота (кількість виконуваних за секунду операцій);
- розрядність (максимальна кількість розрядів двійкового коду, що можуть оброблятися чи передаватися процесором одночасно).
- Центральний процесор працює за програмою. Процес виконання кожної команди складається із послідовної низки операцій. Спочатку із пам’яті видобувається двійковий код команди. Потім цей код перетворюється на внутрішній для процесора код – дешифрується. Нарешті, команда виконується. Для виконання багатьох команд додаються дії, що пов’язані із зчитуванням даних з пам’яті. Це збільшує витрати часу. Щоб прискорити роботу ЦП використовується механізм конвеєризації. Тобто, всі операції, пов’язані з підготовкою команди виконуються одночасно, тобто коли одна команда добувається з пам’яті, друга в цей час дешифрується, а третя виконується. Одночасно на конвеєрі може знаходитись 5-6 команд і кожна на своїй стадії опрацювання.
Сучасні комп’ютери мультизадачні (багатозадачні) – здатні виконувати декілька задач водночас.
Це визначається режимом роботи ЦП.
1) Реальний (стандартний) режим – задачі виконуються одна за одною. Це однозадачний режим. Задачі, розв’язувані у реальному режимі, можуть використовувати тільки основну і верхню пам’ять (1 Мбайт).
2) Захищений – одночасне виконання декількох задач в захищеному режимі, тобто процесор так організовує перемикання між задачами, щоб жодна не втратила даних і не зіпсувала дані іншої задачі. Задачі можуть використовувати як основну, так і розширену пам’ять комп’ютера.
3) Віртуальний режим – декілька задач розв’язуються одночасно, але це відбувається так, немов кожна з них розв’язується окремим процесором в реальному режимі і незалежно від інших задач.
Процесор працює лише з двійковими кодами, тобто цілими числами. Всі дробові числа в комп’ютері називаються дійсними. Для здійснення операцій з дійсними числами процесору доводиться виконувати десятки команд. Для прискорення їх виконання існує співпроцесор – пристрій, призначений для виконання операцій з дійсними числами.
Однією із функцій ЦП є забезпечення процесу введення і виведення інформації – взаємодія з периферійними пристроями. ПП приєднуються через адаптери, які знаходяться в системному блоці комп’ютера і визначають характер взаємодії зовнішніх пристроїв з комп’ютером. Взаємодія ПП з адаптером відбувається через порти введення виведення І/О.
Порти бувають послідовні та паралельні. Через послідовний порт інформація передається послідовно біт за бітом, для передачі інформації використовується лише один провід. Через паралельний порт кілька бітів інформації передаються водночас і для передачі використовуються декілька проводів.
Для здійснення ефективної взаємодії ЦП і ПП у сучасних комп’ютерах застосовується механізм переривання.
Він полягає в тому, що поточна робота процесора може бути зупинена на якийсь час одним із сигналів, який вказує на виникнення ситуації, що вимагає негайної обробки. Такі ситуації виникають при натисненні клавіші на клавіатурі, виходу з ладу пристрою, спробі ділення на нуль тощо.
Кожне переривання має свій унікальний номер і пов’язану з ним програму, призначену для обробки даної ситуації – оброблювач переривання.
При виникненні ситуації, відповідної перериванню з певним номером, ЦП зупиняє свою роботу й починає виконання програми-оброблювача переривання з цим номером. У кожного переривання є пріоритет, чим він вищий, тим швидше буде оброблятися саме це переривання, а всі інші, з меншим пріоритетом “маскуються” – стають в чергу на обробку.
Для того, щоб з’єднати між собою різні пристрої комп’ютера, вони повинні мати однаковий інтерфейс – засіб спряження двох пристроїв, в якомі всі фізичні і логічні параметри согласуються між собою.
Якщо інтерфейс є загальноприйнятим, то він називається стандартним.
Для узгодження інтерфейсів периферійні пристрої підключаються до шини не напряму, а через свої контролери (адаптери) і порти.
Контролери і адаптери являють собою набори електронних ланцюгів, якими укомплектовуються пристрої комп’ютера з метою сумісності їх інтерфейсів. Контролери, крім того, здійснюють безпосереднє управління периферійними пристроями по запитам мікропроцесора.
Порти пристроїв являють собою певні електронні схеми, що містять один або декілька регістрів введення/виведення і дозволяють підключати периферійні пристрої комп’ютера до зовнішніх шин мікропроцесора.
Портами також називають пристрої стандартного інтерфейса: послідовний, паралельний і ігровий порти (чи інтерфейси).
Послідовний порт обмінюється даними з процесором побайтно, а з зовнішніми пристроями – побітно.
Паралельний порт отримує і пересилає дані побайтно.
До послідовного порту зазвичай під’єднують повільно працюючі чи достатньо віддалені пристрої, такі як миша і модем.
До паралельного порту під’єднують більш “швидкі” пристрої – принтер і сканер.
Через ігровий порт під’єднується джойстік.
Клавіатура і монітор під’єднуються до своїх спеціалізованих портів, які являють собою просто роз’єми.
Головні електронні компоненти, що визначають архітектуру процесора, розташовуються на основній платі комп’ютера, яка називається системною чи материнською (MotherBoard). А контролери і адаптери додаткових пристроїв, чи самі ці пристрої, виконуються у вигляді плат розширення (DaughterBoard) і підключаються до шини за допомогою роз’ємів розширення, що також називаються слотами розширення.
Тема 3.2 Види пам’яті комп’ютера.
Пам’ять комп’ютера построєна із двійкових запам’ятовуючих елементів – бітов, об’єднаних в групи по 8 бітів, що називаються байтами. Всі байти пронумеровані. Номер байта називається його адресою.
Байти можуть об’єднуватись в комірки, які називаються також словами. Для кожного комп’ютера характерна певна довжина слова – два, чотири чи вісім байтів. Це не виключає використання комірок пам’яті іншої довжини (наприклад, на півслово, подвійне слово). Як правило, в одному машинному слові може бути представлене або одне ціле число, або одна команда.
Сучасні комп’ютери мають багато різноманітних запам’ятовуючих пристроїв, які сильно різняться між собою за призначенням, часовим характеристикам, обсягу інформації, що зберігається і вартості зберігання однакового обсягу інформації. Розрізняють два головні види пам’яті – внутрішню і зовнішню.
Оперативна пам’ять (ОЗП, англ. RAM, Random Access Memory — пам’ять з довільним доступом - процесор може звертатися до комірок пам’яті у довільному порядку, при цьому час читання/запису інформації для усіх комірок є однаковим і вимірюється мікросекундами) – це швидкий запам’ятовуючий пристрій не дуже великого обсягу, безпосередньо зв’язаний з процесором і призначений для запису, зчитування і зберігання програм, що виконуються і даних, які обробляються.
Оперативна пам’ять використовується лише для тимчасового зберігання даних і програм, так як, коли машина вимикається, все, що знаходилось в ОЗП, зникає. Доступ до елементів оперативної пам’яті прямий – це означає, що кожен байт пам’яті має свою індивідуальну адресу. Ця пам’ять використовується як для читання, так і для запису інформації.
Обсяг ОЗП зазвичай складає від 32 до 512 Мбайт або 2 Гбайт.
Зазвичай ОЗП виконується із інтегральних мікросхем пам’яті SDRAM (синхронний динамічний ОЗП). Кожен інформаційний біт в SDRAM запам’ятовується у вигляді електричного заряду малесенького конденсатора, утвореного в структурі напівпровідникового кристалу. Із-за струмів витікання такі конденсатори швидко розряджаються, і їх періодично (приблизно кожні 2 мілісекунди) під заряджають спеціальні пристрої. Цей процес називається регенерацією пам’яті (Refresh Memory). Мікросхеми SDRAM мають ємність 16-256 Мбіт і більше. Вони встановлюються в корпуси і збираються в модулі пам’яті.
Більшість сучасних комп’ютерів комплектуються модулями типуDIMM (Dual-In-line Memory Module — модуль пам’яті з дворядковим розташуванням мікросхем). В комп’ютерних системах на сучасних процесорах використовуються над швидкі модулі Rambus DRAM (RIMM) і DDR DRAM.
Модулі пам’яті характеризуються такими параметрами, як обсяг (16, 32, 64, 128, 256, 512 Мбайт, 1, 2Гбайт), число мікросхем, паспортна частота (100 або 133 МГц), час доступу до даних (6-7 наносекунд), число контактів (72, 168, 184).
Кеш-пам’ять
Кеш (англ. cache), чи надоперативна пам’ять – дуже швидкий ЗП невеликого обсягу, що використовується при обміні даними між мікропроцесором і оперативною пам’яттю для компенсації різниці в швидкості обробки інформації процесором і більш повільною оперативною пам’яттю.Кеш-па’яттю керує спеціальний пристрій – контролер, який, аналізуючи програму, що виконується, прагне передбачити, які дані і команди скоріш за все знадобляться в найближчий час процесору і підкачує їх в кеш-пам’ять. При цьому можливі як “потрапляння”, так і “промахи”. У випадку потрапляння, тобто, якщо в КЕШ підкачані потрібні дані, читання їх із пам’яті відбувається без затримки. Якщо ж потрібна інформація в кеші відсутня, то процесор зчитує її безпосередньо із оперативної пам’яті. Співвідношення потраплянь і промахів визначає ефективність кеширування. Кеш-пам’ять реалізується на мікросхемахстатичної пам’яті SRAM (Static RAM). Сучасні процесори мають вбудовану кеш-пам’ять, так званий кеш першого рівня розміром 8, 16, 32 Кбайт. Крім того, на системній платі може бути встановлений кеш другого рівня місткістю 256, 512 Кбайт і вище.
Спеціальна пам’ять
До пристроїв спеціальної пам’яті відносяться постійна пам’ять (ROM), постійна пам’ять, що перепрограмується (Flash Memory), пам’ять CMOS RAM, що живиться від батарейки, відеопам’ять і деякі інші види пам’яті.
Постійна пам’ять (ПЗП, англ. ROM, Read Only Memory – пам’ять лише для читання) – швидка, енергонезалежна пам’ять, використовується для зберігання даних, які ніколи не потребують змін. Вміст пам’яті в заводських умовах спеціальним чином “зашивається” в пристрої для постійного зберігання. Із ПЗП дані можна лише читати.
Постійна пам’ять, що перепрограмується (Flash Memory) – енергонезалежна пам’ять, що допускає багаторазовий перезапис свого вмісту з дискети.
По-перше, в постійну пам’ять записують програму управління роботою самого процесора. В ПЗП знаходяться програми управління монітором, клавіатурою, принтером, зовнішньою пам’яттю, програми запуску і зупинки комп’ютера, тестування пристроїв.
Найважливіша мікросхема постійної чи Flash-пам’яті – модуль BIOS. Роль BIOS подвійна – з одного боку це елемент апаратури, а з іншого – важливий модуль будь-якої операційної системи.
BIOS (Basic Input/Output System – базова система введення-виведення) – сукупність програм, призначених для автоматичного тестування пристроїв після увімкнення комп’ютера і завантаження операційної системи в оперативну пам’ять.
При вмиканні комп’ютера BIOS перевіряє працездатність пам’яті і підключеного до комп’ютера обладнання, шукає програму початкового завантаження і зчитує її в оперативну пам’ять. Потім BIOS запускає цю програму, яка вже завантажує файли операційної системи.
Різновид постійного ЗП - CMOS RAM.
CMOS RAM – пам’ять з невисокою швидкодією і мінімальним енергоспоживанням від батарейки. Використовується для зберігання інформації про конфігурацію і склад обладнання комп’ютера, а також про режими його роботи.
Вміст CMOS змінюється спеціальною програмою Setup, що знаходиться в BIOS.
Для зберігання графічної інформації використовується відеопам’ять.
Відеопам’ять (VRAM) – різновид ОЗП, в якому зберігаються закодовані зображення. Цей ЗП організований так, що його вміст доступний відразу двом пристроям – процесору і дисплею. Тому зображення на екрані змінюється одночасно з оновленням відео даних в пам’яті.
Зовнішня пам’ять
Зовнішня пам’ять є енергонезалежною і призначена для довготривалого зберігання програм і даних. На відміну від ОЗП, зовнішня пам’ять не має прямого зв’язку з процесором.
Інформація від ЗЗП до процесора і навпаки циркулює по ланцюжку:
 |
До складу зовнішньої пам’яті комп’ютера входять:
- накопичувачі на жорстких магнітних дисках;
- накопичувачі на гнучких магнітних дисках;
- накопичувачі на компакт-дисках та магніто-оптичних компакт-дисках;
- накопичувачі на магнітній стрічці тощо.
Суттєве значення мають такі їх показники, як інформаційна ємність, час доступу до інформації, надійність її зберігання, час безвідмовної роботи. Пристрої, в яких використовуються магнітні стрічки, належать до пристроїв із послідовним доступом, а там де магнітні і оптичні диски – з прямим доступом.
В основу запису, зберігання і зчитування інформації на пристроях зовнішньої пам’яті покладено два принципи – магнітний і оптичний, які забезпечують зберігання інформації.
В основі магнітного запису лежить цифрова інформація (у вигляді нулів і одиниць), перетворена на змінний електричний струм, що супроводжується змінним магнітним полем. Намагнічена ділянка відповідає 1, а не намагнічена – 0.
Дата добавления: 2019-02-13; просмотров: 412; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!