Аппаратное обеспечение. Материнская плата, BIOS

Матер. плата – осн. компонент ПК, ее называют главной или системной платой. Мат. плата управляет внутренними связями и с пом. системы прерываний взаимодействует с внеш. устройствами. Система прерываний обеспечивает немедленную реакцию комп-ра на запрос пользователя. Материнская плата (системная) представляет собой печатную плату, на которой расположены контроллеры и соединители и на которую устанавливаются другие системные компоненты.

На мат. плате расположены осн. элементы: процессор, память, видеоадаптер, звуковая и сетевая карты, линии соединения.

Контроллеры – устройство ввода и вывода информации, имеющее механический принцип действия. Чтобы освободить процессор от простоя при ожидании окончания работы таких устройств, в компьютер вставляются специализированные микропроцессоры-контроллеры (от англ. controller -- управляющий). Получив от центрального процессора компьютера команду на вывод информации, контроллер самостоятельно управляет работой внешнего устройства.

Материнская плата управляет внутренними связями компьютера и с помощью системы прерываний взаимодействует с внешним устройством. При выборе материнской платы необходимо учитывать ФОРМ-ФАКТОР- стандарт определяющий размер материнской платы, место ее крепления к корпусу, расположения на ней интерфейсов шин, портов ввода-вывода, разъемов для оперативной памяти. Наиб распростр ATX, mini ATX, BTX. Большой размер платы(BTX) позволяет производителям интегрировать на нее много функций, разъемов. Небольшой размер ограничивает потенциал для расширения.

BIOS — Базовая система ввода-вывода ("встроена" в материнскую плату компьютера). Включает в себя обширный набор программ ввода-вывода, благодаря которым операционная система и прикладные программы могут взаимодействовать с различными устройствами, как самого компьютера, так и подключенными к нему.

BIOS содержит также тест функционирования компьютера, проверяющий работу памяти и устройств компьютера при включении электропитания. Тестируются основные компоненты, такие как процессор, память, вспомогательные микросхемы, приводы дисков, клавиатуру и видеоподсистему. Если при включении питания компьютера возникают проблемы, BIOS сообщит об этом звуковыми сигналами.

BIOS позволяет производить загрузку ОС через интерфейсы, изначально для этого не предназначенные, например, USB и IEEE 1394. Также возможна загрузка по сети.

Место для хранения системы BIOS — флэш-память. Это позволяет легко модифицировать старые или добавлять дополнительные функции для поддержки новых устройств, подключаемых к компьютеру.

BIOS содержит множество настроек, изменение которых может повысить быстродействие компьютерной системы в целом. Настройка BIOS вызывается нажатием клавиши DEL при начальной загрузке компьютера.

Процессор

Основным устройством ПЭВМ является процессор, кот. обеспечивает выполнение различных операций, содержащихся в программе. Процессор характеризуется: а) тактовой частотой, которая выражается в МГц. За 1 с компьютер выполняет столько млн. элементарных операций, сколько в процессоре МГц; б) разрядностью, т.е. кол-вом двоичных разрядов, кот. процессор обрабатывает за один такт. Чем больше тактовая частота и разрядность, тем выше производительность процессора.

Степень интеграции микросхемы - кол-во транзисторов на единице площади.

Внутренняя разрядность данных - кол-во бит, которое процессор обрабатывает за 1 этап (сегодня 64)

Внешняя разрядность данных - кол-во данных, Которыми процессор может обменяться с устройствами по системной шине. Разрядность процессора определяется внутренней разрядностью.

Тактовая частота - сколько элементарных операций может выполнить процессор в секунду (ГГц). Увеличение тактовой частоты системной шины дает больше положительный эффект, чем у процессора. Когда говорят о тактовой частоте системы имеют ввиду системную шину, т.к. тактовая частота основных компонентов кратна тактовой частоте системной шины.

Кол-во ядер - кол-во основных элементов процессора, выполняющее команды (сегодня 4)

Объем кэш памяти

Адресация памяти - процессор находится в постоянном контакте с ОЗУ, где временно хранятся данные. Ширина адресной шины определяет кол-во ячеек, где может образоваться процессор для чтения или записи (V=64 Гб)

Системная шина. Хар-ки шины

С истемная шина — главная магистраль, по которой происходят обмен информацией внутри компьютера и связь компьютера с периферийными устройствами.

Различают следующие шины: шину данных, шину адресов и шину управления.

Шина передачи данных обеспечивает: запись/чтение данных из оперативной памяти и из внешних запоминающих устройств, чтение данных с устройств ввода, пересылку данных на устройства вывода. Данные по шине данных могут передаваться как от процессора к какому-либо устройству, так и в обратную сторону, т. е. шина данных является двунаправленной.

Выбор абонента по обмену данными производит процессор, который формирует код адреса данного устройства, а для ОЗУ — код адреса ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине, сигналы передаются в одном направлении.

По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией, и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств, участвующих в обмене информацией.

Внешние устройства к шинам подключаются посредством интерфейса. Под интерфейсом понимают совокупность различных характеристик какого-либо периферийного устройства ПК, определяющих организацию обмена информацией между ним и центральным процессором.

Чтобы устройства, входящие в состав компьютера, могли взаимодействовать с центральным процессором, в IBM-совместимых компьютерах предусмотрена система прерываний (Interrupts). Система прерываний позволяет компьютеру приостановить текущее действие и переключиться на другие в ответ на поступивший запрос, например, на нажатие клавиши на клавиатуре. Ведь с одной стороны, желательно, чтобы компьютер был занят возложенной на него работой, а с другой — необходима его мгновенная реакция на любой требующий внимания запрос. Прерывания обеспечивают немедленную реакцию системы.

Хар-ки шины:

1. разрядность (ширина) шины – определяется кол-вом данных, параллельно проходящих через нее

2. Тактовая частота - кол-во данных передаваемых за 1 такт.

3. пропускная способность шины– опред-ся кол-вом бит информации, передаваемых по шине за секунду. (3=2*1)

Шины:

1. ISA (Промышленная стандартная архитектура) самая старая в системе шин. Бывают 8 и 16 разрядные. Данные по такой шине не могли передаваться с той же скоростью, с какой их обрабатывал процессор.

2. Шина USB-последовательный интерфейс передачи данных. В настоящее время действуют USB стандарта 2,0, кот. предоставляет 3 скорости работы(низкую=10-1500 Кбит/с, среднюю=0,5-1,2 Мбит/с и высокую=25-480 Мбит/с - видео устройство с накопителем информации)

Память

Аппаратное обеспечение включает в себя все физические части компьютера (ЭВМ), но не включает информацию (данные), кот. он хранит и обрабатывает, и программное обеспечение, которое им управляет: материнская плата, системная шина, память, микропроцессор, накопители информации, видеоподсистема, аудиоподсистема, устройства ввода, устройства вывода, устройства связи. Производительность ПК зависит от памяти, с которой она работает. Память - внутренняя память компьютера, кот классифицируется:

1) ОЗУ (RAM) - оперативное запоминающее устройство. Предназначена для хранения данных команд, необходимых процессору для выполнения операций. Данные процессору передаются либо непосредственно, либо через кэш-память. ОЗУ является энергозависимым.

2) ПЗУ (ROM) - постоянное запоминающее устройство. Энергетически независимая память для хранения информации длительное время. Существует несколько разновидностей ПЗУ:

а) ROM изготовлен фабричным методом. В дальнейшем изменить данные нет возм.сти.

b) PROM - программируемые ПЗУ. На данную микросхему памяти данные м.б.только один раз. Данные записываются с помощью специального устройства.

c) EPROM - перепрограммируемые ПЗУ. Специальный тип памяти PROM, данные с которой м.б.удалены с помощью УФ.

d) EEPROM - электрическое стираемое перепрограммируемое ПЗУ.

Данные м.б.удалены несколько десятков тысяч раз с помощью эл заряда. Спец тип - флэш-память. Разница м/у флэш и EEPROM в том, что EEPROM способен считывать или записывать данные побайтно, а флэш-память - блоками, т. е. флэш более быстрая. Предназначена для хранения информации и/или переноса м/у мобильными устройствами и ПК. Для исполнения программы на ПК в моменты программирования и стирания флэш-памяти требуется ОЗУ. Подобно ОЗУ, флэш-память модифицируется электрически внутрисистемно, но подобно ПЗУ, flash-память энергонезависима и хранит данные даже после отключения питания. Наибольшее распространение получили карты памяти и тип Boot Block. Flash-память типа Boot Block служит для хранения обновляемых программ и данных в сотовых телефонах (SIM-карта), модемах, BIOS-ах, системы управления автомобильными двигателями и т. п.

BIOS содержит множество настроек, кот. позволяют повысить не только быстродействие, но и его безопасность.

· Cashe-память (Кэш-память) - сверхоперативная память (СОЗУ), является буфером м/у ОЗУ и процессором (несколькими процессорами) и другими абонентами системной шины. В основе кэширования лежит правило 80:20. Это означает, что около 20% предложений и данных при вычислении исп только около 80% машинного времени. Для того, чтобы знабжать процессор наиболее востребованными командами и используют кэш-память

· Характеристики памяти.

1. Тип памяти. Обозначает статическая (SRAM - Static RAM) она или динамическая (DRAM - Dynamic RAM).
статическую память исп в качестве кэш-памяти. Ячейки статической памяти имеют малое время срабатывания, микросхемы на их основе имеют низкую удельную плотность данных и высокое энергопотребление. Поэтому статическая память используется в основном в качестве буферной (кэш-память).
динамическая память. Ячейки динамической памяти имеют большее время срабатывания, но большую удельную плотность и меньшее энергопотребление. Динамическая память используется в качестве основной.

2. Объем памяти. Показывает общую емкость микросхемы. Измеряется в Мб.

3. Структура памяти. Обозначает кол-во ячеек памяти и разрядность каждой ячейки. Разрядность памяти - это кол-во байт (или бит), с которыми операция чтения или записи м.б. выполнена одновременно. Разрядность основной памяти обычно согласуется с разрядностью внешней шины процессора.

4. Время доступа (время такта для синхронных устройств). Характеризует скорость работы микросхемы и обычно указывается в наносекундах (нс) через тире в конце наименования

5. Корпуса и форм-факторы микросхем памяти.

Printer Memory - 100pin DIMM - специальная память, предназначенная для принтеров. Имеет вырез (ключ) "со смещением", ответственным за контроль рабочего напряжения (3,3 вольт).

Память бывает основная и внешняя. Основная память состоит из двух компонентов: постоянного запоминающего устройства (ROM или ПЗУ) и оперативного запоминающего устройства (RAM или ОЗУ). Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) также бывают разных типов.