Урок 2. Системный блок (состав и назначение)

Персональный компьютер – это комплекс взаимосвязанных устройств, каждому из которых поручена определенная функция.

Архитектура ПК – это общее описание структуры и функций.

Принцип, на основе которого организована взаимосвязь устройств ПК, называется принципом открытой архитектуры. Компьютер имеет модульное построение узлов и блоков, что позволяет расширять его возможности.

Принцип открытой архитектуры был введен немецким математиком – Джоном фон Нейманом в 1945 году.

1. Принцип программного управления – программа состоит из команд, которые выполняются последовательно.

2. Принцип однородности памяти – программы и данные хранятся в одной и той же памяти.

3. Принцип адресности – память состоит из нумерованных ячеек.

По типу ПК бывают стационарные (настольные) и переносные (блокноты, карманные секретари, электронные записные книжки)

Независимо от типа в каждом ПК можно выделить две части:

• базовую (обязательную), которая имеется в любой модели ПК;
• дополнительные устройства (ввода/вывода).

Базовая конфигурация ПК – минимальный комплект аппаратных средств, достаточный для начала работы с ПК.

В системном блоке находятся все основные узлы компьютера:

· системная (материнская) плата;

· электронные схемы (процессор, контроллеры устройств, память и т.д.);

· блок питания;

· системная шина;

· дисководы (накопители);

· разъёмы для дополнительных устройств.

Принцип работы ПК:

Входные данные (команды) с внешних носителей через устройства ввода попадают в процессор, где они расшифровываются, а затем выполняются. Результат выполнения команды записывается в память. Для выполнения арифметических (сложение, вычитание, умножение и деление) и логических (сравнение) операций процессор имеет арифметико-логическое устройство (АЛУ), это основной блок процессора. Задачу управления работой ПК решает устройство управления (УУ), которое является составной частью работы ПК. УУ контролирует все процессы обработки информации, выполняемые в ПК, координирует работу всех устройств, подключенных к ПК.

 

 

                                                     …….

 

Шины

В основу архитектуры современных ПК положен магистрально-модульный принцип. Модульность позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию и производить ее модернизацию. Модульная организация опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

Связь блоков осуществляется с помощью системной шины (bis), которая является каналом связи между МП, основной памятью и периферийными устройствами.

Входные данные (команды) с внешних носителей через устройства ввода попадают в процессор, где они расшифровываются, а затем выполняются. Результат выполнения команды записывается в память.

Системная шина – группа электрических линий, выполняющая функцию взаимодействия и обмена информацией между всеми устройствами ПК. Находится в системном блоке.

Производительность шины – объем информации, которую по ней можно передать за одну секунду.

Разрядность шины – определяет количество бит, передаваемых одновременно от одного устройства к другому (16, 32, 64).

К магистрали, которая представляет собой три различные шины, подключаются процессор и ОП, а также периферийные устройства ввода/вывода, хранения информации, которые обмениваются информацией в форме последовательностей нулей и единиц, реализованных электрическими импульсами.

По шине данных происходит обмен данными между центральным процессором, картами расширения и памятью. Разрядность шины данных варьируется от 8-ми битов (сейчас не используется) до 64-х битов в материнских платах современных PC.

По адресной шине происходит адресация ячеек памяти, в которые производится запись данных.

По шине управления или системной шине происходит передача управляющих сигналов между центральным процессором и периферией.

 

В настоящее время существует несколько стандартов шин:

PCI (Peripheral Component Interconnect) – для подключения видеоплаты к северному мосту. Ускоренная шина взаимодействия периферийных устройств. Пропускная способность этой шины может достигать 32 Гбайт/с. К видеоплате с помощью аналогового разъема VGA или цифрового разъема DVI подключается электронно-лучевой или жидкокристаллический монитор или проектор.

USB (Universal Serial BUS) – для подключения принтеров, сканеров, цифровых камер и других периферийных устройств. Пропускная способность – до 60 Мб/с и обеспечивает одновременное подключение к ПК до 127 ПУ.

SATA – устройства внешней памяти (жесткие диски, CD- и DVD-дисководы) подключаются к южному мосту - последовательная шина подключения накопителей. Скорость передачи данных может достигать 300 Мбайт/с.

FSB (системная шина) – данные передаются между северным мостом и процессором. Частота такой шины от 400 МГц. Однако между северным мостом и процессором эффективная частота передачи данных в 4 раза выше (1600 МГц). Разрядность системной шины = 64 бита.

В процессоре используется внутреннее умножение частоты (частота процессора в несколько раз больше, чем частота системной шины). В современных ПК этот коэффициент=8, это значит, что процессор за один такт шины способен генерировать 8 своих внутренних тактов.

DDR3 (шина памяти) – обмен данными между северным мостом и ОП. Частота ОП в 4 раза выше частоты системной шины. Разрядность шины памяти = 64 бита.

Модули памяти маркируются своей пропускной способностью: PC4200, РС8500…

Быстродействие процессора, ОП и ПУ существенно различается. Быстродействие устройства зависит от тактовой частоты обработки данных (измеряется в МГц) и разрядности, т.е. количества битов данных, обрабатываемых за один такт.

Такт – промежуток времени между подачами электрических импульсов, синхронизирующих работу устройств ПК.

Частота шины данных - это количество операций в секунду, для обмена данными между процессором и системной шиной компьютера.

Соответственно, скорость передачи данных (пропускная способность) соединяющих эти устройства шин также должны различаться. Пропускная способность шины (измеряется в бит/с) равна произведению разрядности шины (измеряется в битах) и частоты шины (измеряется в герцах – Гц, 1 Гц=1 такт в секунду):

пропускная способность шины=разрядность шины*частота шины

Магистраль данных

Магистрали данных, возможно, не так легко увидеть, но, так же, как и шины, они повсюду. И подобно шинам, магистрали данных позволяют обмениваться данными двум точкам. Однако в отличие от шин, магистрали данных:

• Работают по более простому протоколу (или вообще без него)
• Характеризуются меньшим количеством или отсутствием стандартов механической части

Причина этих отличий в том, что магистрали данных обычно расположены внутри определённых компонентов системы и не предназначены для соединения различных компонентов. Поэтому магистрали данных сильно оптимизированы именно для такого использования, когда скорость и низкая цена лучше, чем более медленная и дорогая универсальная гибкость.

Примерами типичных магистралей данных являются:

• Магистраль данных от процессора к внутреннему кэшу
• Магистраль от графического процессора к видеопамяти

Материнская плата (определение, схема устройства)

Материнская (системная) плата является центральной частью любого компьютера, на которой размещаются:

1. центральный процессор,
2. сопроцессор,
3. контроллеры, обеспечивающие связь центрального процессора с периферийными устройствами,
4. оперативная память (Random Access Memory), постоянная память (Read Only Memory), кэш-память,
5. аккумуляторная батарея,
6. кварцевый генератор тактовой частоты
7. слоты (разъемы) для подключения других устройств.

Это основная плата в персональном компьютере, так называемый фундамент для построения ПК. Именно от материнской платы зависит производительность, стабильность и масштабируемость, то есть дальнейший апгрейд вашего компьютера, возможность установки более мощного процессора, большего количества памяти и так далее.

Многие необходимые дополнительные устройства интегрированы в современные материнские (системные) платы: сетевая карта, внутренний модем, сетевой адаптер беспроводной связи Wi-Fi, контроллер IEEE1394 для подключения цифровой видеокамеры, звуковая плата и др. Раньше эти устройства подключались к материнской плате с помощью слотов и разъемов.

Такие платы называются «интегрированные системные платы».

Достоинства интеграции устройств:

1. Освобождение слотов.

2. Удешевление компьютера.

Недостатки интеграции устройств:

1. Встроенные компоненты имеют посредственные параметры.

2. Скорость совершенствования графических карт и аудиоустройств выше (примерно в 2 раза), чем системных, поэтому встроенные устройства быстро морально устаревают.

3. При модернизации встроенный контроллер становится мертвым капиталом.

Основными параметрами системной платы являются:

1. Чипсет – набор микросхем, обеспечивающих согласованную работу устройств компьютера. Чипсет обычно состоит из двух микросхем, а именно:

• North Bridge (NB, северный мост) – обслуживает центральный процессор, память и графическую карту AGP.
• South Bridge (SB, южный мост) – содержит контроллеры устройств ввода/вывода и стандартных перифирийных устройств, таких как дисководы для гибких дисков, клавиатура, последовательные и параллельный порты и т.д.

К Северному мосту подключены все основные шины компьютера: процессорная, шина оперативной памяти, графическая, шина соединения с южным мостом.

Южный мост отвечает за периферийные устройства и различные внешние шины. Так, к нему подключены: слоты расширения, порты USB, IDE-контроллер, дополнительные IDE-, SATA-или FireWire-контроллеры.

Двухчиповая архитектура является классической, однако не исключены и одночиповые решения. Большинство современных наборов логики представляет собой одночиповое решение, однако архитектуры, с точки зрения техники, это не меняет. В данном случае один чип сочетает в себе возможности и южного, и северного мостов, которые, в свою очередь, связаны между собой.

1. Форм-фактор (ФФ) платы. Определяет совместимость с корпусом и типом электропитания. ФФ включает в себя размер, тип питания и конструктивное исполнение системной платы.

В настоящее время в домашних компьютерах применяются два семейства ФФ (внутри каждого семейства модели отличаются форматами).

• Морально устаревшее семейство AT (Baby AT – BAT). Платы данного семейства менее совершенны, но более дешевые.
• Семейство ATX. Исправляет недостатки семейства BAT.

Платы семейства ATX имеют существенное преимущество над платами BAT по питанию, охлаждению, легкости доступа и замены устройств.

В настоящее время материнские платы стандарта ATX выпускаются в двух форматах: ATX и Mini ATX. Форм-фактор накладывает ограничения на размеры платы и, соответственно, на количество слотов, расположенных на материнской плате. Современная материнская плата формата ATX обладает примерно следующим набором слотов: 2-4 слота для установки модулей памяти, один слот графической шины AGP или PCI Express для установки видеокарты, 5-6 слотов шины PCI или 2-3 слота шины PCI и 2-4 слота шины PCI Express для установки дополнительных плат расширения (модем, ТВ-тюнер, сетевая карта). Выбор между ATX и Mini ATX должен основываться на ваших требованиях, предъявляемых к ПК.

Микропроцессор

1959 г Роберт Нойс (основатель фирмы Intel) изобрел метод получения чипа (микросхемы).

В 1971 году фирма Intel разработала первый процессор – устройство обработки информации.

Современный микропроцессор выполнен в виде одной или нескольких больших интегральных схем (БИС), которая содержит сотни миллионов микропереключателей и представляет собой маленькую полупроводниковую пластину площадью в несколько квадратных сантиметров, заключенную в плоский корпус с рядами металлических штырьков (контактов).

МП выпускаются так же фирмами IBM, NEC, Cyrix, AMD и др.

Процессор устанавливается в специальный разъем на системной плате.

Назначение: выполняет арифметические и логические операции над данными и управляет работой всех устройств.

Функции процессора:

· обработка данных по заданной программе (выполнение над ними арифметических и логических операций) – функция АЛУ (арифметико-логического устройства);

· программное управление работой устройств ПК – функция УУ (устройства управления).

Обязательные компоненты МП:

· арифметико-логическое устройство;

· устройство управления;

· КЭШ - память;

· для промежуточного хранения данных и результатов их обработки в процессоре имеется ряд регистров.

Арифметико-логическое устройство – отвечает за выполнение арифметических и логических операций;

Устройство управления – координирует работу всех компонентов ПК.

Кэш-память – предназначена для ускорения работы МП.

В состав процессора входят также регистры (процессорная память) – ряд специальных запоминающих ячеек. Регистры выполняют две функции:

1. кратковременное хранение числа или команды;
2. выполнение над ними некоторых операций.

МП в своем составе может иметь математический сопроцессор для выполнения специальных математических функций и команд с плавающей точкой (дробные числа).

МП вычисляет адрес очередной команды программы, по которому она находится в ОП и выполняет действие, указанное в этой команде.

Характеристики МП:

Тип МП, линейка – определяет поколение, серию.

Тактовая частота – количество элементарных тактов, посылаемых генератором за 1 секунду. Показатель уровня синхронизации работы всех устройств ПК, определяет скорость работы ПК. (Количество машинных циклов, производимых процессором в единицу времени). Измеряется в МГц. С момента появления увеличилась в 37000 раз (с 0.1 МГц до 3700 МГц). Однако с увеличением тактовой частоты возрастает и энергопотребление, а также выделение тепла, которое нужно как-то отводить от чипа (иначе процессор будет работать нестабильно). Заметим, что тактовая частота является только одним из факторов, определяющих производительность современного процессора, но не единственным. Поэтому «гонка частот» пошла на спад, и современные процессоры по частотным характеристикам недалеко продвинулись по сравнению с моделями двух- и трехлетней давности: тактовые частоты топовых ЦП едва превысили отметку в 3 ГГц.

Разрядность – количество двоичных разрядов, обрабатываемых процессором одновременно. Измеряется в битах. За 40 лет увеличилась в 16 раз (от 4 до 64 битов).

Машинное слово – число бит (8, 16 или 32) к которым процессор имеет одновременный доступ. Чем больше объем слова, тем больший объем информации обрабатывает МП за 1 такт.

Разрядность определяет и объем памяти, с которым может работать МП.

В последнее время наиболее часто используются Pentium II, Pentium III, Pentium IV