Curs 4 "Calculator personal: placa de baza"
Un computer este un sistem tehnic universal capabil să execute în mod clar secvența de operații a unui anumit program. Un computer personal (PC) poate fi utilizat de o singură persoană fără ajutorul personalului de întreținere. Interacțiunea cu utilizatorul are loc în mai multe medii, de la dialog alfanumeric sau grafic prin afișare, tastatură și mouse la dispozitivele de realitate virtuală.
Configurația PC-ului poate fi modificată după cum este necesar. Dar, există conceptul de configurație de bază, care poate fi considerat tipic:
Computerele sunt de asemenea disponibile într-o versiune portabilă (implementare laptop sau notebook). În acest caz, unitatea de sistem, monitorul și tastatura sunt situate într-o carcasă: unitatea de sistem este amplasată sub tastatură, iar monitorul este integrat în capac.
Unitatea de sistem este componenta principală a PC-ului, în mijlocul căreia sunt cele mai importante componente. Dispozitivele aflate în mijlocul unității de sistem sunt numite interne, iar dispozitivele conectate din exterior sunt numite externe. Dispozitivele externe suplimentare destinate introducerii și ieșirii informațiilor sunt de asemenea numite periferice.
În aparență, blocurile de sistem diferă sub forma incintei, care poate fi executată pe orizontală sau pe verticală. Cazurile de execuție verticală pot avea dimensiuni diferite: dimensiune completă (BigTower), mărime medie (MidiTower), mărime mică (MiniTower). Cazurile de execuție orizontală sunt de două formate: înguste (Full-AT) și foarte înguste (Baby-AT). Cazurile PC au diferite caracteristici de proiectare și elemente suplimentare (elemente pentru blocarea accesului neautorizat, comenzi pentru temperatura internă, perdele de praf).
Carcasele sunt furnizate împreună cu sursa de alimentare, puterea căreia este unul dintre parametrii incintei. Pentru modelele de masă, puterea suficientă este de 200-250 wați.
Principalele componente ale unității de sistem sunt:
- panouri electrice care controlează funcționarea calculatorului (microprocesor, memorie RAM, controlori de dispozitiv etc.);
- Unitate hard disk (hard disk), concepută pentru a citi sau a scrie informații;
- unități (dischete) pentru dischete (dischete).
Placa principală PC este placa de bază (MotherBoard). Acesta este situat:
- procesor - microcircuitul de bază, care efectuează operații matematice și logice;
- chipset (set de microprocesoare) - un set de cipuri care controlează funcționarea dispozitivelor interne ale PC-ului și determină funcționalitatea principală a plăcii de bază;
- Busul - un set de conductori, prin care există un schimb de semnal între dispozitivele interne ale computerului;
- RAM (memorie de acces aleatorie) - un set de cipuri destinate stocării temporare a datelor în timp ce computerul este pornit;
- ROM - un microcip conceput pentru stocarea pe termen lung a datelor chiar și atunci când calculatorul este oprit;
- Conectori pentru conectarea dispozitivelor suplimentare (sloturi).
Procesorul este microcircuitul principal al calculatorului, "creierul" acestuia. Acesta permite executarea codului de program care este în memorie și direcționează funcționarea tuturor dispozitivelor de pe computer. Viteza de funcționare determină viteza calculatorului. Structurally, procesorul este un cristal siliconic de dimensiuni foarte mici. Procesorul are celule speciale, numite registre. Este în registre că sunt plasate comenzile care sunt executate de procesor, precum și datele pe care le operează comenzile. Lucrarea procesorului constă în alegerea din memorie într-o anumită secvență de comenzi și date și executarea acestora. Aceasta este baza pentru executarea programelor.
În PC trebuie să existe un procesor central (Unitatea centrală de procesare - CPU), care efectuează toate operațiunile de bază. De multe ori PC echipat cu coprocesor suplimentare orientate spre performanță efectivă a funcțiilor specifice, cum ar fi un coprocesor matematic pentru procesarea datelor numerice în format punct, coprocesor grafic plutitoare pentru grafica de prelucrare, I / O coprocesor pentru efectuarea operațiunilor de interacțiune cu dispozitivele periferice.
Parametrii principali ai procesoarelor sunt:
- viteza ceasului,
- cifră,
- tensiune de operare,
- coeficientul de multiplicare intern al frecvenței ceasului,
- memoria cache-ului de memorie.
Frecvența ceasului determină numărul de operații elementare (cicluri) pe care procesorul le efectuează pe unitate de timp. Viteza ceasului procesoarelor moderne este măsurată în MHz (1 Hz corespunde unei operații pe secundă, 1 MHz = 106 Hz). Cu cât frecvența ceasului este mai mare, cu atât mai multe comenzi poate fi executate de un procesor și cu atât mai mult este performanța acestuia. Primele procesoare care au fost utilizate în PC au lucrat la frecvența de 4.77 MHz, iar frecvențele de lucru ale procesoarelor moderne ating nivelul de 2 GHz (1 GHz = 103 MHz).
Dimensiunea procesorului arată câte biți de date poate primi și procesa în registrele sale pentru un ciclu de ceas. Dimensiunea procesorului este determinată de lățimea magistralei de comandă, adică numărul de conductori din magistrală, peste care sunt transmise comenzile. Procesoarele familiale Intel de familie sunt de 32 de biți.
Tensiunea de operare a procesorului este asigurată de placa de bază, astfel încât placile de bază diferite se întâlnesc cu plăci de bază diferite. procesor de tensiune de operare nu depășește 3 V. Reducerea tensiunii de operare permite procesoare pentru a reduce dimensiunea și de a reduce căldura în procesor, care permite creșterea capacității sale, fără pericol de supraîncălzire.
Coeficientul multiplicării interne a frecvenței ceasului este coeficientul prin care frecvența ceasului plăcii de bază trebuie multiplicată pentru a ajunge la frecvența procesorului. Procesorul recepționează semnalele ceasului de pe placa de bază, care, din motive pur fizice, nu pot funcționa la frecvențe atât de înalte ca procesorul. Astăzi viteza de ceas a plăcilor de bază este de 100-133 MHz. Pentru a obține frecvențe mai mari, procesorul se multiplică printr-o multiplicare internă cu un factor de 4, 4,5, 5 sau mai mare.
Memoria cache. Schimbul de date în interiorul procesorului este mult mai rapid decât schimbul de date între procesor și RAM. Prin urmare, pentru a reduce numărul de accesuri la memoria principală, în interiorul procesorului este creată o așa-numită memorie super-operativă sau cache. Când un procesor are nevoie de date, acesta accesează mai întâi cache-ul și numai atunci când nu există date necesare este accesat în memoria RAM. Cu cât dimensiunea memoriei cache este mai mare, cu atât este mai mare probabilitatea ca datele necesare să fie acolo. Prin urmare, procesoarele de înaltă performanță au mărite dimensiuni de memorie cache.
Distinge memoria cache a primului nivel (efectuat pe un cip cu procesor și are un volum de ordinul a câteva zeci de kilobytes), al doilea nivel (efectuat pe un cip separat, dar limitele procesor, cu un volum de o sută sau mai mulți octeți) și al treilea strat (realizat pe individ chips-uri de mare viteză cu un aranjament pe placa de bază și are o capacitate de una sau mai multe MB).
Procesoarele Intel utilizate în PC-urile comunitare IBM au mai mult de o mie de echipe și aparțin procesoarelor cu un sistem de comandă extins - CISC-Complex Instruction Set Computing (CISC). În schimb, procesoarele bazate pe CISC au dezvoltat arhitectura RISC cu un sistem redus de comandă (RISC - Reduced Instruction Set Computing). Cu această arhitectură, numărul de comenzi este mult mai mic și fiecare comandă este mai rapidă. Astfel, programele constând din comenzi simple sunt realizate mult mai rapid pe procesoarele RISC. Dezavantajul sistemului de comenzi abreviat este acela că operațiile complexe trebuie să fie emulate de departe nu întotdeauna o succesiune eficientă de comenzi mai simple. Prin urmare, procesoarele CISC sunt utilizate în sistemele informatice universale, iar procesoarele RISC sunt utilizate în cele specializate. Pentru platforma PC IBM PC sunt dominante CISC-procesoare firmele Intel, deși în ultimii ani, AMD produce procesoare de familie AMD-K6, care au o arhitectură hibrid (miezul interior al acestor procesoare este realizată de RISC-arhitectura, iar structura externă - pe arhitectura CISC).
IBM PC-urile folosesc procesoare dezvoltate de Intel sau procesoare compatibile cu aceștia din alte companii legate de familia x86. Strămoșul acestei familii a fost un procesor de 16 biți Intel 8086. procesoare Intel 80286 emise Ulterior, Intel 80386, Intel 80486 cu modificări, model diferit Intel Pentium, Pentium MMX, Pentium Pro, Pentium II, Celeron, Pentium III. Cel mai nou model al Intel este procesorul Pentium IV. Printre alți producători de procesoare, AMD ar trebui să fie remarcat cu modelele AMD-K6, Athlon, Duron și Cyrix.
Cu alte dispozitive, și în primul rând cu RAM, procesorul este conectat prin grupuri de conductori, care sunt numite autobuze. Pneurile principale sunt trei:
Command autobuz. În acest autobuz, comenzile de la procesor provin din memoria RAM. Comenzile sunt reprezentate ca octeți. Comenzile simple sunt puse într-un octet, dar există și comenzi pentru care aveți nevoie de doi, trei sau mai mulți octeți. Majoritatea procesoarelor moderne au o magistrală de comandă pe 32 de biți, deși există procesoare pe 64 de biți cu un bus de comandă.
Anvelopele de pe placa de baza sunt folosite nu numai pentru comunicarea cu procesorul. Toate celelalte dispozitive interne ale plăcii de bază, precum și dispozitivele care se conectează la aceasta, interacționează între ele prin intermediul autobuzelor. Arhitectura acestor elemente depinde în mare măsură de performanța PC-ului ca întreg.
Interfețe principale de bus ale plăcilor de bază:
ISA (Arhitectura Standard Industrie). Permite interconectarea tuturor dispozitivelor unității de sistem și oferă, de asemenea, o conectare simplă a dispozitivelor noi prin sloturi standard. Lățimea de bandă este de până la 5.5 MB / s. În computerele moderne pot fi utilizate numai pentru a conecta dispozitive externe care nu necesită mai multă lățime de bandă (carduri de sunet, modemuri etc.).
EISA (Extended ISA). Extinderea standardului ISA. Lățimea de bandă a crescut la 32 MB / s. Ca și standardul ISA, acest standard și-a epuizat capabilitățile, iar în viitor, lansarea plăcilor de bază care suportă aceste interfețe va înceta.
PCI (interconectarea componentelor periferice). Standardul pentru conectarea dispozitivelor externe, introdus într-un PC bazat pe un procesor Pentium. În esență, aceasta este o interfață locală de autobuz cu conectori pentru conectarea componentelor externe. Această interfață suportă o viteză a magistralei de până la 66 MHz și oferă performanțe de până la 264 MB / s, indiferent de numărul de dispozitive conectate. O importantă inovație a acestui standard este susținerea mecanismului plug-and-play, esența căruia, după conectarea fizică a dispozitivului extern la conectorul pentru magistrală PCI, acest dispozitiv configurează automat.
FSB (Front Side Bus). Începând cu un procesor Pentium Pro pentru comunicarea cu memoria RAM, se utilizează o magistrală specială FSB. Această magistrală funcționează la o frecvență de 100-133 MHz și are o lățime de bandă de până la 800 MB / s. Frecvența busului FSB este parametrul principal, este specificat în specificația plăcii de bază. În spatele busului PCI a existat o singură funcție de a conecta noi dispozitive externe.
USB (Universal Serial Bus). Standardul Universal Serial Bus definește un nou mod de a interacționa computerul cu echipamentele periferice. Vă permite să conectați până la 256 de dispozitive diferite cu o interfață serială, iar dispozitivele pot fi conectate printr-un lanț. Performanța magistralei USB este relativ mică și este de 1,55 Mbps. Printre avantajele acestui standard se numără capacitatea de conectare și deconectare a dispozitivelor în modul "fierbinte" (fără repornirea computerului), precum și capacitatea de a combina mai multe computere într-o rețea simplă fără a utiliza hardware și software special.
Memoria internă
Sub memoria internă se înțelege toate tipurile de dispozitive de stocare aflate pe placa de bază. Acestea includ RAM, memorie permanentă și memorie nevolatilă.
Memorie RAM (memorie cu acces aleatoriu)
Memoria RAM este o serie de celule de cristal capabile să stocheze date. Se utilizează pentru schimbul rapid de informații (comenzi și date) între procesor, memoria externă și sistemele periferice. Din acesta, procesorul primește programe și date pentru procesare, înregistrează rezultatele. Numele "operativ" vine din faptul că funcționează foarte rapid și procesorul nu trebuie să aștepte în timp ce citește date din memorie sau de scris. Cu toate acestea, datele sunt stocate doar temporar atunci când computerul este pornit, altfel ele dispar.
În conformitate cu principiul fizic al funcționării, se disting DRAM de memorie dinamică și memorie statică SRAM.
Celulele de memorie dinamică pot fi reprezentate ca microconductoare capabile să acumuleze sarcină electrică. Dezavantajele DRAM: scrierea mai lentă și citirea datelor necesită reîncărcare constantă. Avantaje: ușurința implementării și costul redus.
Celulele memoriei statice pot fi reprezentate ca urme de electronice - declanșatoare constând din tranzistori. În declanșator nu este memorat, ci starea (pornit / oprit). Avantajele memoriei SRAM: viteza mult mai mare. Dezavantaje: Procesul de fabricație mult mai complex din punct de vedere tehnologic și, prin urmare, un cost mai mare.
Cipurile de memorie dinamice sunt utilizate ca memorie principală, iar chips-urile statice sunt utilizate pentru memoria cache.
RAM-ul din computer este plasat pe panouri standard, numite module. Modulele RAM sunt inserate în conectorii corespunzători de pe placa de bază. Structurally, modulele de memorie au două execuții - un singur rând (module SIMM) și două rânduri (module DIMM). Pe calculatoarele cu procesoare Pentium, modulele cu un singur rând pot fi utilizate numai în perechi (numărul de conectori pentru instalarea lor pe placa de bază este întotdeauna uniform). Modulele DIMM pot fi instalate unul câte unul. Combinați diferite module pe aceeași placă.
Principalele caracteristici ale modulelor RAM:
Modulele SIMM au un volum de 4, 8, 16, 32, 64 megaocteți; DIMM - module - 16, 32, 64, 128, 256, 512 MB. Timpul de acces arată cât timp este necesar pentru a accesa celulele de memorie, cu atât mai puțin, cu atât mai bine. Se măsoară în nanosecunde. Module SIMM - 50-70 ns, module DIMM - 7-10 ns.
Memorie permanentă ROM (Read Only Memory)
Scopul principal al acestor programe este de a testa compoziția și capacitatea de lucru a sistemului și de a asigura interacțiunea cu tastatura, monitorul, discurile dure și flexibile.
Memorie CMOS non-volatile
Funcționarea unor astfel de dispozitive standard ca o tastatură poate fi întreținută de programele BIOS, dar astfel de mijloace nu pot fi furnizate unui robot cu toate dispozitivele posibile (datorită diversității lor uriașe și prezenței unui număr mare de parametri diferiți). Dar pentru munca lor, programele BIOS necesită toate informațiile despre configurația actuală a sistemului. Din motive evidente, această informație nu poate fi stocată nici în memoria RAM, nici în memoria permanentă. În special pentru aceste scopuri pe placa de bază există un cip de memorie nevolatilă, numit CMOS. Acesta diferă de memoria RAM prin faptul că conținutul său nu dispare atunci când calculatorul este oprit, dar diferă de memoria permanentă prin faptul că datele pot fi introduse acolo și schimbate independent, în funcție de echipamentul inclus în sistem.
Cipul de memorie CMOS este alimentat în mod constant de o baterie mică situată pe placa de bază. În această memorie sunt stocate date despre unități flexibile și hard disk, procesoare etc. Faptul că computerul urmărește în mod clar data și ora este, de asemenea, legat de faptul că aceste informații sunt în mod constant stocate (și actualizate) în memoria CMOS. Astfel, programele BIOS citesc datele despre compoziția sistemului informatic din chip-ul CMOS, după care pot accesa hard disk-ul și alte dispozitive.
Întrebări de test
- Ce este o placă de bază? Care sunt componentele calculatorului personal pe acesta?
- Care este executia programelor de catre CPU?
- Care sunt parametrii principali ai procesorului? Ce caracterizează frecvența ceasului și în ce unități se măsoară?
- Ce este o memorie cache? Nivelurile cache-ului?
- Pentru ce sunt anvelopele? Care sunt tipurile de anvelope?
- Ce interfețe de autobuz ale plăcii de bază știi?
- Care este diferența dintre memoria RAM și memoria permanentă?
- Ce sunt procesoarele RISC? Care este diferența lor față de procesoarele CISC?
- În ce memorie sunt stocate programele BIOS?
- Ce informații sunt stocate în memoria nevolatilă?
- Ce fel de RAM știi? Care este diferența dintre ele?
Lista recomandărilor recomandate
Alte prelegeri
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: