Последовательность сборки системного блока компьютера производится в следующем порядке

Желательно соблюдать следующую последовательность сборки системного блока компьютера:

• Установка накопителей данных.
• Установка материнской платы в сборе с процессором, кулером и планкой памяти.
• Подключение кабелей выключателей и индикаторов передней панели.
• Подключение кабелей данных накопителей.
• Установка блока питания.
• Подключение разъема питания ПК материнской платы.
• Подключение разъема питания дисковых накопителей.
• Установка платы расширения, в том числе видеокарту.
• Проверка правильности сборки системного блока компьютера и всех компонентов в целом.
• Закрытие крышки системного блока компьютера.
• Подключение всех внешних кабелей.
• Включение системного блока компьютера и проверка его работоспособности.

 

1. Внутримашинный системный интерфейс.

Внутримашинный системный интерфейс – это система связи и сопряжения узлов и блоков ПК между собой, представляющая собой совокупность электрических линий связи (проводов), схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов.

Одним из простейших механизмов, позволяющих организовать взаимодействие различных устройств, является шина, к которой подсоединяются все системы. Доступ к такой шине разделяется между всеми устройствами. Подобная организация имеет два основных преимущества: низкая стоимость и универсальность. Поскольку шина является единственным местом подсоединения для разных устройств, то новые устройства могут быть легко добавлены.

Основным недостатком организации с единственной шиной является то, что шина ограничивает максимальную пропускную способность ввода/вывода. Если весь поток ввода/вывода должен проходить через центральную шину, такое ограничение пропускной способности весьма реально.

Максимальная пропускная способность шины главным образом лимитируется физическими факторами: длиной шины и количеством подсоединяемых устройств (нагрузкой на шину).

Традиционно шины делятся на шины, обеспечивающие организацию связи МП с ОП, и шины ввода/вывода. Последние могут иметь большую протяженность, поддерживать подсоединение многих типов устройств, и обычно следуют одному из шинных стандартов. Шины процессор-память сравнительно короткие, обычно высокоскоростные.

С целью снижения стоимости в первых моделях ПК использовалась единственная шина для памяти и устройств ввода/вывода, называемая системной. Такая шина строится в соответствиии со стандартами ISA, EISA или MCA.

Необходимость сохранения баланса производительности по мере роста быстродействия МП привела к двухуровневой организации шин в ПК на основе локальной шины.

Локальная шина – это шина, электрически выходящая непосредственно на контакты МП. Она обычно объединяет МП, ОП, схемы буферизации для системной шины и ее контроллер, а также некоторые вспомогательные схемы. Примерами локальных шин являются VL-Bus и PCI.

Важным понятием в организации обмена между устройствами является понятие «транзакции», под которой понимается сообщение, передаваемое в систему. Шинная транзакция включает в себя две части: посылку адреса и прием (или посылку) данных. Шинные транзакции обычно определяются характером взаимодействия с памятью: транзакция типа «Чтение» передает данные из памяти (либо в МП, либо в устройство ввода/вывода), транзакция типа «Запись» записывает данные в память. В транзакции типа «Чтение» по шине сначала посылается в память адрес вместе с соответствующими сигналами управления, индицирующими чтение. Память отвечает, возвращая на шину данные с соответствующими сигналами управления. Транзакция типа «Запись» требует, чтобы МП или устройство в/в послало в память адрес и данные и не ожидает возврата данных. Обычно МП вынужден простаивать во время интервала между посылкой адреса и получением данных при выполнении чтения, но часто он не ожидает завершения операции при записи данных в память.

Главное устройство шины – это устройство, которое может инициировать транзакции чтения или записи. МП, например, всегда является главным устройством шины. Шина может иметь несколько главных устройств, если имеется несколько МП или когда устройства ввода/вывода могут инициировать транзакции на шине. Если имеется несколько таких устройств, то требуется схема арбитража, чтобы решить, кто следующий захватит шину.

В настоящее время используются два типа шин, отличающиеся способом коммутации: шины с коммутацией цепей (circuit-switched bus) и шины с коммутацией пакетов (packet-switched bus). Шина с коммутацией пакетов при наличии нескольких главных устройств шины обеспечивает значительно большую пропускную способность по сравнению с шиной с коммутацией цепей за счет разделения транзакции на две логические части: запроса шины и ответа. Транзакция чтения разбивается на транзакцию запроса чтения, которая содержит адрес, и транзакцию ответа памяти, которая содержит данные.

Шина с коммутацией цепей не делает расщепления транзакций, любая транзакция на ней есть неделимая операция. Главное устройство запрашивает шину, после арбитража помещает на нее адрес и блокирует шину до окончания обслуживания запроса.

Если шина синхронная, то она включает сигналы синхронизации, которые передаются по линиям управления шины, и фиксированный протокол, определяющий расположение сигналов адреса и данных относительно сигналов синхронизации. Обычно шины процессор-память синхронные.

Асинхронная шина, с другой стороны, не тактируется. Вместо этого обычно используется старт-стопный режим передачи и протокол «рукопожатия» (handshaking) между источником и приемником данных на шине. Эта схема позволяет гораздо проще приспособить широкое разнообразие устройств и удлинить шину без беспокойства о перекосе сигналов синхронизации и о системе синхронизации.. Шины ввода/вывода обычно асинхронные.

Обычно количество и типы устройств ввода/вывода в вычислительных системах не фиксируются, что позволяет пользователю самому подобрать необходимую конфигурацию. Шина ввода/вывода компьютера может рассматриваться как шина расширения, обеспечивающая постепенное наращивание устройств ввода/вывода.

В табл. 2 представлены характеристики нескольких стандартных шин.

Таблица 2.

	VME bus	FutureBus	Multibus II	IPI	SCSI
Ширина шины (кол-во сигналов)
Мультиплексирование адреса/данных	Нет	Да	Да	(	(
Разрядность данных	16/32 бит	32 бит	32 бит	16 бит	8 бит
Размер пересылки (слов)	Одиночная или групповая	Одиночная или групповая	Одиночная или групповая	Одиночная или групповая	Одиночная или групповая
Количество главных устройств шины	Несколько	Несколько	Несколько	Одно	Несколько
Расщепление транзакций	Нет	Доп. возможность	Доп. возможность	Доп. возможность	Доп. возможность
Полоса пропускания (время доступа - 150 нс - 1 слово)	12.9 Мб/c	15.5 Мб/c	10.0 Мб/c	25.0 Мб/c	5.0 Мб/c
Максимальное количество устройств
Максимальная длина шины	0.5 м	0.5 м	0.5 м	50 м	25 м
Стандарт	IEEE 1014	IEEE 896.1	ANSI/IEEE 1296	ANSIX3.129	ANSIX3.131

Одной из популярных шин первых ПК была системная шина IBM PC/XT, обеспечивавшая передачу 8 бит данных. Эта шина включала 20 адресных линий, которые ограничивали адресное пространство пределом в 1 Мбайт. Для работы с внешними устройствами в этой шине были предусмотрены также 4 линии аппаратных прерываний (IRQ) и 4 линии для требования внешними устройствами прямого доступа к памяти (DMA). теоретическая скорость передачи данных достигала немногим более 4 Мбайт/с.

Системная шина ISA (Industry Standard Architecture –. Эта системная шина отличалась наличием второго, 36-контактного дополнительного разъема для соответствующих плат расширения. За счет этого количество адресных линий достигло 24 (это позволяет обращаться к 16 Мбайт системной памяти), а данных – 16. Количество линий аппаратных прерываний в этой шине было увеличено до 15, а каналов прямого доступа - до 7. скорости передачи 16 Мбайт/с.

С появлением процессоров i386, i486 и Pentium шина ISA стала узким местом персональных компьютеров на их основе. Новая системная шина EISA (Extended Industry Standard Architecture), появившаяся в конце 1988 года, обеспечивает адресное пространство в 4 Гбайта за счет 32-разрядной шины адреса, 32-битовую передачу данных (в том числе и в режиме DMA), улучшенную систему прерываний и арбитраж DMA, автоматическую конфигурацию системы и плат расширения. Устройства шины ISA могут работать на шине EISA. скорость передачи данных 33 Мбайт/с. К шине может подключаться до 15 устройств.

Шина МСА (Micro Channel Architecture) -32-разрядная шина, созданная фирмой IBM в 1987 г. для машин PS/2, пропускная способность 76 Мбайт/с, рабочая частота 10-20 МГц. По своим прочим характеристикам близка к шине EISA, но не совместима ни с ISA, ни с EISA.

В связи со стремительным ростом быстродействия МП, а также появлением программ, требующих выполнения большого количества интерфейсных операций разработчики интерфейсов пошли по пути создания локальных шин, подключаемых непосредственно к шине МП,

Появились стандарты универсальных локальных шин.

Шина VLВ (VESA Local Bus -локальная шина VESA), предложенная в 1992 г. ассоциацией VESA (Video Electronics Standard Association), предназначалась для увеличения быстродействия видеоадаптеров и контроллеров дисковых накопителей для того, чтобы они могли работать с тактовой частотой до 40 МГц. Шина VLВ является расширением внутренней шины МП для связи с видеоадаптером и реже с винчестером, платами мультимедиа, сетевым адаптером. Разрядность шины – 64 бита (32 бита адреса и 32 бита данных), скорость передачи данных по VLB – 132 Мбайт/с. После появления процессора Pentium ассоциация VESA приступила к работе над новым стандартом VLВ-2, который предусматривает использование 64-битовой шины данных и увеличение количества разъемов расширения. Ожидаемая скорость передачи данных - до 400 Мбайт/с.

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect – соединение внешних устройств) разработана в 1993 г. фирмой Intel. Имеет свой адаптер, позволяющий ей настраиваться на работу с любым МП, позволяет подключать 10 устройств самой разной конфигурации с возможностью автоконфигурирования, имеет свой «арбитраж», средства управления передачей данных. Разрядность PCI - 64 бита, теоретическая пропускная способность - 263 Мбайт/с (реальная вдвое ниже).

Шина РСI, являясь локальной, выполняет и многие функции шины расширения, в частности, шины расширения ISA, EISA, MCA (а она совместима с ними) при наличии шины PCI подключаются не непосредственно к МП (как это имеет место при использовании шины VLB), а к самой шине PCI (через интерфейс расширения).

Вариант схемы реализации внутримашинного интерфейса современных ПК показан на рис. 3.

Процессор и кэш-память связаны между собой самой скоростной и наиболее широкой шиной. Именно эта часть ПК является системной шиной. Микросхемы чипсета выполняют функции мостов (bridge) между шинами. Отдельно выделяется специальная шинаAGP, предназначенная для подключения видеоадаптера.

Основные характеристики шин приведены в табл. 3.

Таблица 3.

Параметр	ISA	EISA	MCA	VLB	PCI
Разрядность шины, бит Данных Адреса			32;64	32;64	32; 64
Рабочая частота, МГц		8-33	10-20	до 33	до 33
Пропускная способность, Мбайт/с теоретическая практическая					132;264 50;100
Число подключаемых устройств, шт.

Локальные шины IDE (Integrated Device Electronics), EIDE (Enhanced IDE) используются чаще всего в качестве интерфейса только для внешних запоминающих устройств.

Шина VME приобрела большую популярность как шина ввода/вывода в рабочих станциях и серверах на базе RISC-процессоров. Эта шина высоко стандартизована, имеется несколько версий этого стандарта. В частности, VME32 - 32-битовая шина с производительностью 30 Мбайт/с, а VME64 - 64-битовая шина с производительностью 160 Мбайт/с.

Одной из наиболее популярных шин ввода-вывода в настоящее время является шина SCSI (Small Computer System Interface - интерфейс малых вычислительных систем) - набор стандартов, разработанных Национальным институтом стандартов США (ANSI) и определяющих механизм реализации магистрали передачи данных между системной шиной компьютера и периферийными устройствами. На сегодняшний день приняты стандарты SCSI-1, SCSI-2, SCSI-3.

Начальный стандарт SCSI-1 определяет рабочие спецификации протокола шины, набор команд и электрические параметры. В 1992 г. этот стандарт был пересмотрен с целью устранения недостатков первоначальной спецификации (особенно в части синхронного режима передачи данных) и добавления новых возможностей повышения производительности, таких как «быстрый режим» (fast mode), «широкий режим» (wide mode) и помеченные очереди. Этот пересмотренный стандарт получил название SCSI-2 и в настоящее время используется большинством поставщиков вычислительных систем.

Характерной чертой SCSI является простота, особенно в части обеспечения гибкости конфигурирования периферийных устройств без изменения организации основного процессора. Главной особенностью подсистемы SCSI является размещение в периферийном оборудовании интеллектуального контроллера.

Стандарт SCSI-1 определяет построение периферийной шины на основе 50-жильного экранированного кабеля, описывает методы адресации и электрические характеристики сигналов. Шина данных SCSI-1 имеет разрядность 8 бит, а максимальная скорость передачи составляет 5 Мбайт/сек. Fast SCSI сохраняет 8-битовую шину данных и тем самым может использовать те же самые физические кабели, что и SCSI-1. Он отличается только тем, что допускает передачи со скоростью 10 Мбайт/сек в синхронном режиме. Wide SCSI удваивает либо учетверяет разрядность шины данных (либо 16, либо 32 бит), допуская соответственно передачи со скоростью либо 10, либо 20 Мбайт/сек. В комбинации Fast-and-Wide SCSI возможно достижение скоростей передачи 20 и 40 Мбайт/сек соответственно.

Однако поскольку в обычном 50-жильном кабеле просто не хватает жил, комитет SCSI решил расширить спецификацию вторым 66-жильным кабелем (так называемый B-кабель), имеющем дополнительные линии данных и ряд других сигнальных линий.

В реализации режима Wide SCSI предложена также расширенная адресация, допускающая подсоединение к шине до 16 устройств (вместо стандартных восьми). Это значительно увеличивает гибкость подсистемы SCSI.

 

1. Структура МП.

См вопр 17

микропроцессорная память (МПП) — служит для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины. МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины, ибо основная память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора. Регистры — быстродействующие ячейки памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП, имеющих стандартную длину 1 байт и более низкое быстродействие);

интерфейсная система микропроцессора — реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной. Интерфейс (interface) — совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие. Порт ввода-вывода (I/O — Input/Output port) — аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору другое устройство ПК.

Процессоры классифицируются по базовому типу, называющемуся семейством. С целью преемственности программного обеспечения последующие модели и модификации процессоров, как правило, содержат всю систему команд своих предшественников. Существует большое количество различных семейств процессоров, среди которых можно выделить семейство Intel и совместимых с ними AMD и Cyrix, на которых базируется значительная часть ПК. Фирмой Intel был создан процессор Pentium и его модификации Pentium Pro, Pentium II, Pentium III, Pentium IV. Процессоры фирмы Motorola, применяемые в компьютерах фирмы Apple, относятся к другому семейству.

Основными характеристиками процессора являются:

быстродействие — количество операций, производимых в 1 секунду, измеряется в бит/сек. Каждая последующая модель имеет более высокую производительность по сравнению с предыдущей. Современные процессоры обладают расширением ММХ (MultiMedia eXtention — расширение мультимедиа);

тактовая частота — количество тактов, производимых процессором за 1 секунду. Операции, производимые процессором, не являются непрерывными, они разделены на такты. Эта характеристика определяет скорость выполнения операций и непосредственно влияет на производительность процессора. Процессор Pentium и его модификации имеют тактовые частоты от 60 МГц до 1,5 ГГц (1,5 миллиарда операций в секунду);

разрядность — количество двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Указывая разрядность процессора 64, имеют в виду, что процессор имеет 64-разрядную шину данных, т.е. за один такт он обрабатывает 64 бита.

Логика управления организует взаимодействие всех узлов процессора, перенаправляет данные, синхронизирует работу процессора с внешними сигналами, а также реализует процедуры ввода и вывода информации.

Таким образом, в ходе работы процессора схема выборки команд выбирает последовательно команды из памяти, затем эти команды выполняются, причем в случае необходимости обработки данных подключается АЛУ. На входы АЛУ могут подаваться обрабатываемые данные из памяти или из внутренних регистров. Во внутренних регистрах хранятся также коды адресов обрабатываемых данных, расположенных в памяти. Результат обработки в АЛУ изменяет состояние регистра признаков и записывается во внутренний регистр или в память (как источник, так и приемник данных указывается в составе кода команды). При необходимости информация может переписываться из памяти (или из устройства ввода/вывода) во внутренний регистр или из внутреннего регистра в память (или в устройство ввода/вывода).

Внутренние регистры любого микропроцессора обязательно выполняют две служебные функции:

определяют адрес в памяти, где находится выполняемая в данный момент команда (функция счетчика команд или указателя команд);

определяют текущий адрес стека (функция указателя стека).

В разных процессорах для каждой из этих функций может отводиться один или два внутренних регистра. Эти два указателя отличаются от других не только своим специфическим, служебным, системным назначением, но и особым способом изменения содержимого. Их содержимое программы могут менять только в случае крайней необходимости, так как любая ошибка при этом грозит нарушением работы компьютера, зависанием и порчей содержимого памяти.

Содержимое указателя (счетчика) команд изменяется следующим образом. В начале работы системы (при включении питания) в него заносится раз и навсегда установленное значение. Это первый адрес программы начального запуска. Затем после выборки из памяти каждой следующей команды значение указателя команд автоматически увеличивается (инкрементируется) на единицу (или на два в зависимости от формата команд и типа процессора). То есть следующая команда будет выбираться из следующего по порядку адреса памяти. При выполнении команд перехода, нарушающих последовательный перебор адресов памяти, в указатель команд принудительно записывается новое значение — новый адрес в памяти, начиная с которого адреса команд опять же будут перебираться последовательно. Такая же смена содержимого указателя команд производится при вызове подпрограммы и возврате из нее или при начале обработки прерывания и после его окончания.

 

1. ОЗУ. Модули памяти.

Модули памяти характеризуются такими параметрами:

• Объем
• число микросхем
• паспортная частота
• время доступа к данным
• число контактов

Модули оперативной памяти изготавливаются на основе прямоугольных печатных плат с односторонним или двухсторонним расположением микросхем. Они отличаются формфактором и имеют различную конструкцию: SIMM (Single In-line Memory Module — модуль памяти с однорядными контактами); DIMM (Dual In-line Memory Module — модуль памяти с двухрядными контактами); SO DIMM (Small Outline DIMM — малый размер DIMM). Контакты разъемов модулей памяти покрывают золотом или сплавом никеля и палладия.

Модули SIMM представляет собой плату с плоскими контактами вдоль одной стороны; в разъем материнской платы их устанавливают под углом с последующим поворотом в рабочее (вертикальное) положение с помощью защелок. Существуют два типа модулей SIMM: 30-контактные с разрядностью 9 бит (8 бит данных и 1 бит контроля четности); 72-контактные с разрядностью 32 бит (без контроля) или 36 бит (с контролем четности). Поэтому для 32-битной шины требовалось использовать четыре банка 30-контактных модулей SIMM или один 72-контактный модуль; для 64-разрядной шины — два банка 72-контактных модулей.

Модули DIMM бывают двух типов: 168-контактные (для установки микросхем SDRAM) и 184-контактные DIMM (для микросхем DDR SDRAM). Они одинаковы по установочным размерам, вставляются в разъем системной платы вертикально и фиксируются защелками. В переходный период материнские платы оснащались разъемами для обоих типов DIMM-модулей, но в настоящее время в ПЭВМ модули SIMM и 168-контактные DIMM устарели и не используются.

Модули SO DIMM с 72- и 144-контактными разъемами применяются в портативных ПЭВМ. В материнскую плату их устанавливают аналогично модулям SIMM.

В настоящее время наиболее востребованы модули DIMM с микросхемами DDR SDRAM, DDR2 SDRAM и DDR3 SDRAM.

Модули DIMM на основе микросхем DDR SDRAM выпускаются со 184 контактами (рис. 1).

Рис. 1. Плата 184-контактного модуля DIMM:

1 — микросхемы DDR SDRAM; 2 — микросхема буферной памяти и контроля ошибок; 3 — вырезы для крепления платы; 4 — ключ; 5 — разъем

Ключом на модуле памяти является вырез в плате, который в сочетании с соответствующим выступом в разъеме системной платы не позволяет установить модуль не той стороной. Кроме того, ключ у несовместимых модулей ОЗУ может иметь разное размещение (сдвигаться между контактами в одну или другую сторону), указывая номинал напряжения питания (2,5 или 1,8 В) и защищая от электрического повреждения.

Микросхемы памяти типа DDR2, DDR3, приходящие на смену DDR, производятся в виде 240-контактных модулей DIMM.

Современные модули памяти для ПЭВМ поставляются в вариантах 512 Мбайт, 1,2 и 4 Гбайт.

На момент написания этой статьи на рынке доминируют модули памяти DDR третьего поколения или DDR3. Память типа DDR3 имеет более высокие тактовые частоты (до 2400 мегагерц), пониженное примерно на 30-40% (по сравнению с DDR2) энергопотребление и соответственно меньшее тепловыделение.

Однако, до сих пор, можно встретить память стандарта DDR2 и морально устаревшую (а потому местами жутко дорогую) DDR1. Все эти три типа полностью несовместимы друг с другом как по электрическим параметрам (у DDR3 меньше напряжение), так и физическим (смотрите изображение).