Общее устройство компьютера



Скачать 394.86 Kb.

Дата04.04.2017
Размер394.86 Kb.
Просмотров153
Скачиваний0
ТипГлава

Глава 1
Общее устройство компьютера
Прежде чем приступить к изучению параметров BIOS, следует ближе познакомиться с устройствами, находящимися в системном блоке, и с их взаимодействием между собой.
Что находится внутри системного блока
Внутри системного блока находятся устройства для обработки и хра- нения информации (рис. 1.1). В зависимости от конфигурации компью- тера они могут быть различными, но в большинстве случаев в ком- пьютере присутствуют следующие устройства.
Блок питания. Вырабатывает стабилизированные напряжения для питания всех устройств, находящихся в системном блоке.
Системная, или материнская, плата. Базовое устройство ком- пьютера для установки процессора, оперативной памяти и плат рас- ширения. К ней подключаются устройства ввода/вывода, дисковые накопители и др. Системная плата обеспечивает их взаимодействие, используя специальный набор микросхем системной логики, или
чипсет.
Процессор. «Сердце» компьютера, служит для обработки инфор- мации по заданной программе.
Оперативная память. Используется для работы операционной системы, программ и для временного хранения текущих данных.
Она выполнена в виде модулей, установленных на системную плату, и может хранить информацию только при включенном питании.
Видеоадаптер. Обычно выполняется в виде платы расширения и служит для формирования изображения, которое потом выводит- ся на монитор.

8
Глава 1. Общее устройство компьютера
Жесткий диск. Основное устройство для хранения информации в компьютере.
Дисковод. Хотя дискеты уже морально устарели, однако они при- сутствуют в большинстве компьютеров.
Привод для CD или DVD. Компакт-диски широко используются для распространения информации, поэтому приводы есть почти в каждом компьютере.
Платы расширения. При необходимости в системный блок можно установить дополнительные устройства, выполненные в виде плат или карт расширения. Примерами таких устройств могут быть мо- демы, сетевые платы, ТВ-тюнеры и многие другие.
Рис. 1.1. Системный блок типичного персонального компьютера
Процессор и его параметры
Современный процессор — это микросхема с несколькими сотнями вы- водов, которая устанавливается в специальный разъем на системной плате; сверху на нем закрепляется радиатор с вентилятором для охлаж-
дения (его также называют кулером). В современных компьютерах могут использоваться процессоры производства двух компаний.
Intel. Компания выпускает процессоры под марками Pentium, Ce- leron, Core 2 и др. Современные процессоры Intel устанавливаются в специальный разъем LGA 755 на системной плате, а для моделей прежних лет выпуска использовались разъемы Socket 7, Socket 370 и Socket 478.
AMD. Основные марки этой фирмы — Athlon, Sempron и Phenon.
Для современных моделей используется разъем AM2, а модели пре- жних лет устанавливались в разъемы Socket A, Socket 754, Socket 939 и Socket 940.
Работа процессора заключается в последовательном выполнении команд из оперативной памяти, и чем быстрее процессор выполняет команды, тем выше производительность компьютера в целом. Скорость работы процессора зависит от нескольких параметров.
Тактовая частота. Параметр, показывающий реальную частоту работы ядра процессора, которая может составлять 1,5–4 ГГц.
Тактовая частота определяется умножением частоты внешней шины процессора на коэффициент умножения. Внешняя шина использу- ется для обмена данными с другими устройствами и может иметь обозначение FSB (Front Side Bus). Например, для процессора Intel
Core 2 Duo E6600 частота FSB — 266,6 МГц, множитель — 9, в ре- зультате тактовая частота будет равна 2400 МГц.
ПРИМЕЧАНИЕ
Во всех современных системах используются технологии, умножающие скорость обмена данными по системной шине. Поэтому частота FSB может указывать- ся уже с учетом умножения. Например, в большинстве процессоров семейства
Intel Core 2 используется четырехкратное умножение, и для уже упомянутого процессора Intel Core 2 Duo E6600 частота FSB с учетом умножения будет рав- на 266,6 · 4 = 1066 МГц.
Количество ядер. Поскольку тактовые частоты современных про- цессоров приблизились к физическому пределу, для повышения их производительности применяется объединение нескольких процес- соров в одном корпусе. На момент написания книги процессоры с одним ядром (одноядерные) устанавливались только в компьюте- ры начального уровня, в большинстве новых компьютеров исполь- зовались двухъядерные процессоры, а наиболее производительные системы собирались на основе четырехъядерных процессоров.
Процессор и его параметры
9

10
Глава 1. Общее устройство компьютера
Внутренняя архитектура процессора. Современные процессоры умеют выполнять за один такт сразу несколько команд, и этот показа- тель постоянно увеличивается. При одинаковых значениях тактовой частоты и количестве ядер процессоры с более современной архи- тектурой будут работать быстрее. Например, процессор Celeron 420 c тактовой частотой 1600 МГц работает приблизительно в 2 раза быстрее старых моделей Celeron с частотами 1700–2000 МГц.
Объем кэш-памяти. Процессор работает значительно быстрее, чем оперативная память, и при обращении к ней процессору приходит- ся некоторое время простаивать в ожидании результата. Чтобы сни- зить простои, непосредственно на кристалле процессора устанавли- вается небольшой объем очень быстрой памяти, называемой кэш-
памятью.
Современные процессоры имеют двухуровневую организацию ин- тегрированной кэш-памяти. У кэш-памяти первого уровня (L1) наи- высшая скорость и небольшой объем (обычно 16–64 Кбайт). Кэш- память второго уровня (L2) обладает несколько меньшим быстро- действием, а ее объем может составлять от 128 Кбайт до нескольких мегабайт в зависимости от модели процессора. В некоторых процес- сорах также встречается кэш-память третьего уровня (L3) объемом от 1 Мбайт.
При маркировке современных процессоров обычно указывают название модели, по которому можно определить принадлежность процессора к определенному семейству, количество ядер и числовой рейтинг производительности, который позволяет сравнить скорость работы процессоров. Например, маркировка AMD Athlon 64 X2 4800 обозначает процессор фирмы AMD семейства Athlon 64, который явля- ется двухъядерным (X2) и имеет рейтинг производительности 4800.
При маркировке процессоров могут указываться и дополнительные параметры, например тип разъема для установки, частота FSB, объем кэш-памяти L2 и др.
В современных процессорах также используются дополнительные функции и технологии, расширяющие возможности процессоров:
для работы с мультимедиа и большими объемами данных исполь- зуются технологии 3DNow!, MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSE4;
для защиты от некоторых вирусов в процессорах AMD применяется технология NX-bit (No Execute), в процессорах Intel — XD (Execute
Disable Bit), а в новых процессорах Intel появилась технология без- опасности Intel Trusted Execution;
для снижения энергопотребления существуют технологии Cool’n’Quiet
(в AMD), TM1/TM2, C1E, EIST (в Intel);
для выполнения 64-битных инструкций используются AMD64 или
EMT64 (Intel);
для увеличения производительности при использовании виртуаль- ных машин применяются специальные технологии аппаратной вир- туализации.
Системная плата и чипсет
Наиболее важные компоненты компьютера располагаются на системной плате (рис. 1.2). Основа любой системной платы — чипсет, то есть набор микросхем, которые обеспечивают взаимодействие между процессором, памятью, накопителями и другими устройствами. В его состав входят два основных чипа, которые обычно называются северным (Northbridge) и южным (Southbridge) мостами. В чипсетах для процессоров Intel се- верный мост обозначается MCH (Memory Controller Hub), южный — ICH
(Input/Output Controller Hub).
Рис. 1.2. Системная плата
Системная плата и чипсет
11

12
Глава 1. Общее устройство компьютера
Основная задача северного моста — обеспечить связь процессора с оперативной памятью и видеосистемой. Данные между процессором и северным мостом обмениваются с помощью шины FSB, между север- ным мостом и оперативной памятью — с помощью специальной шины памяти, между северным мостом и видеосистемой — с помощью шины
AGP или PCI Express.
Южный мост обменивается данными с северным мостом и различ- ными периферийными устройствами, и большинство контроллеров периферийных устройств интегрировано непосредственно в южный мост. Вот функциональный состав типичного южного моста:
контроллер IDE;
контроллер Serial ATA/RAID;
контроллер дисковода;
контроллер шин PCI и ISA;
USB-контроллер;
звуковой контроллер;
сетевой интерфейс;
контроллеры портов ввода/вывода.
Кроме того, южный мост взаимодействует с микросхемами BIOS и CMOS. Во многих современных чипсетах микросхема CMOS интег- рирована в состав южного моста.
Оперативная память
Оперативная память — один из важнейших компонентов системы, она необходима для работы операционной системы и приложений, для об- работки и временного хранения данных. Для оперативной памяти мо- жет использоваться обозначение ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) или RAM (Random Access Memory — память с произволь- ным доступом).
Во всех современных компьютерах используется так называемая
динамическая память, или DRAM (Dynamic RAM); подобное обозначение можно встретить в названиях некоторых параметров BIOS. Динамичес- кая память бывает различных типов, но в последние годы применяют- ся следующие.
SDRAM (Synchronous DRAM). Этот тип памяти использовался в уже устаревших системах класса Pentium I/II/III и в аналогичных моделях с процессорами AMD.

DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM), или просто DDR.
В отличие от обычной SDRAM, в DDR за один такт передается два пакета данных, поэтому эта память работает в два раза быстрее.
Она применялась в системах на базе процессоров Pentium IV (Celeron)
AMD Athlon (Sempron), но с 2008 года системные платы с памятью
DDR уже не выпускаются. Модули DDR могут иметь обо значения
DDR266 (PC2100), DDR333 (PC2700), DDR400 (PC3200).
DDR2. Эта память являет собой дальнейшее развитие технологии
DDR: в ней за счет усовершенствования внутренней архитектуры модуля достигается уже четырехкратное увеличение объема пере- даваемых данных за один такт в сравнении с SDRAM. Модули па- мяти DDR2 широко используются в современных компьютерах и выпускаются в нескольких вариантах, которые различаются так- товой частотой. Модули DDR2 могут иметь обозначения DDR2-400
(PC2-3200), DDR2-533 (PC2-4200), DDR2-677 (PC2-5300), DDR2-800
(PC2-6400), DDR2-1066 (PC2-8500).
DDR3. Память этого стандарта позволяет передавать уже 8 пакетов данных за такт, и на момент написания книги она поддерживалась только некоторыми новейшими чипсетами, например Intel P35.
Оперативная память SDRAM, DDR/DDR2/DDR3 выполняется в ви- де модулей DIMM — небольшой платы с несколькими чипами памяти, которая устанавливается в соответствующий разъем на системной пла- те (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Модуль памяти DIMM: DDR2 (сверху), DDR (снизу)
Модули различных типов несовместимы между собой, а их кон- струкция различается местом расположения ключевого выреза.
Оперативная память
13

14
Глава 1. Общее устройство компьютера
Шины
Несомненное преимущество ПК — открытая архитектура, позволяющая в широких пределах изменять конфигурацию компьютера, адаптируя его для решения определенных задач. Для этого на системной плате есть периферийная шина с несколькими разъемами, в которые можно встав- лять необходимые платы расширения. Существует несколько основных типов шин.
ISA. Была единственной периферийной шиной для компьютеров
1980-х годов, в 1990-х существовала параллельно с шиной PCI.
В современных платах разъемов шины ISA уже нет.
PCI. Разработана в 1992 году компанией Intel для замены медленной шины ISA. Пожалуй, ее наиболее важное преимущество — под- держка технологии Plug and Play, позволяющей автоматически на- страивать все подключаемые устройства. Несмотря на почтенный возраст, несколько разъемов этой шины присутствуют и на совре- менных платах.
AGP. Скоростной вариант шины PCI, специально оптимизирован- ный для работы видеоадаптера. В современных платах заменен на
PCI Express.
PCI Express (PCI-E). Новая шина, предназначенная для замены шин PCI и AGP. В современных платах шина PCI Express чаще всего используется для подключения видеоадаптеров.
Порты
К портам подключаются периферийные устройства ввода/вывода.
Разъемы портов обычно устанавливаются прямо на системную плату и выносятся на заднюю стенку компьютера. Их также называют интер- фейсами.
В современных компьютерах можно встретить следующие порты
(интерфейсы).
Последовательный порт (COM). Присутствует в компьютерах вот уже более двух десятков лет, однако в последнее время применяется не очень часто, в основном для подключения модемов.
Параллельный порт (LPT). К нему подключаются некоторые устаревшие модели принтеров, сканеров и другие устройства.

Игровой порт. К нему подключаются в основном устаревшие джойстики, рули и другие игровые манипуляторы. На новых ком- пьютерах этого порта нет, а современные игровые устройства под- ключаются с помощью USB.
Порт PS/2. В большинстве компьютеров есть два таких специали- зированных порта: первый для подключения клавиатуры, второй — для мыши.
USB. Наиболее популярный интерфейс для самых разнообразных периферийных устройств. Позволяет подсоединять устройства при включенном питании и автоматически их настраивать.
IEEE 1394 (FireWire). Высокоскоростной последовательный порт для цифровых видеоустройств.
HDMI (High-Definition Multimedia Interface). Мультимедийный интерфейс для передачи высококачественного цифрового видео и звука.
eSATA. Порт для подключения внешних накопителей Serial ATA.
Инфракрасный порт (IrDA). Позволяет подключать периферий- ные устройства (мобильные телефоны и др.) без проводов, при этом информация передается с помощью инфракрасного излуче- ния.
Bluetooth. Беспроводной интерфейс с характеристиками лучшими, чем у инфракрасного порта.
На рис. 1.4 показана задняя панель типичной системной платы с разъемами портов. Подробнее о настройке портов см. гл. 8.
Рис. 1.4. Разъемы портов на задней панели системной платы
Порты
15

16
Глава 1. Общее устройство компьютера
Жесткие диски
Жесткий диск, или винчестер, — основное место хранения информации в компьютере. Сейчас можно встретить жесткие диски с тремя различ- ными интерфейсами подключения.
IDE, или ATA. Согласно этому интерфейсу жесткие диски подклю- чаются к контроллеру с помощью 40- или 80-жильного шлейфа.
К одному шлейфу можно подключить сразу два устройства, но для этого нужно верно выставить перемычки на накопителе и проверить параметры этого накопителя в BIOS (см. гл. 6). Интерфейс IDE (ATA) поддерживается всеми системными платами, но постепенно вытес- няется более совершенным интерфейсом Serial ATA.
Serial ATA, или SATA. Этот интерфейс имеет более высокую ско- рость, чем ATA, и поддерживается всеми современными системны- ми платами. В отличие от IDE, данные передаются последовательно по
7-жильному кабелю, а накопители конфигурируются автоматически.
SCSI. Производительный параллельный интерфейс, применяющий- ся в серверных системах. Системные платы со встроенной под- держкой SCSI встречаются очень редко, поэтому для подключения
SCSI-дисков обычно приходится устанавливать дополнительный
SCSI-контроллер.
Устройства со сменными носителями
Дисководы. Устаревшее средство хранения информации, но в не- которых случаях они могут еще понадобиться, например для обнов- лении BIOS.
Приводы для CD и DVD. CD и DVD — наиболее популярное сред- ство распространения прикладных программ, игр, фильмов, музыки и другой цифровой информации, поэтому практически каждый ком- пьютер оснащается приводом для работы с ними. CD/DVD-приводы подключаются аналогично жестким дискам с помощью интерфейсов
IDE или SATA.
Устройства на основе flash-памяти. Flash-память — средство хра- нения данных, которое завоевало широкую популярность благода- ря надежности, компактности и удобству использования. Накопи- тели с интерфейсом USB на основе flash-памяти являются хорошей альтернативой CD и DVD.

Системные ресурсы
Современный компьютер состоит из большого количества разнообраз- ных устройств; и для нормальной работы они должны поддерживаться процессором, им нужны доступ к оперативной памяти и возможность обмена данными с периферией. Необходимо также, чтобы устройства не мешали друг другу, что достигается распределением между ними системных ресурсов. Их несколько.
Прерывания. С их помощью устройства используют процессор, чтобы обработать возникшие в этих устройствах события. Далее мы рассмотрим распределение прерываний более подробно.
Каналы прямого доступа к памяти (DMA). Используются для обмена данными между устройством и оперативной памятью без участия процессора, для чего на системной плате есть специальный контроллер DMA.
Порты ввода/вывода. Служат для обмена данными между устрой- ством и процессором. Для этих портов выделен диапазон в 64 Кбайт, большая часть которого свободна, поэтому конфликты с их исполь- зованием очень редки.
Области оперативной памяти, специально выделенные для опре- деленного устройства. Как и в случае с портами ввода/вывода, кон- фликты с областями памяти встречаются редко.
Прерывания
В работе компьютера часто возникают ситуации, когда процессору не- обходимо отложить на время выполнение основной программы и об- работать нажатие клавиши на клавиатуре, щелчок мыши или другое событие, произошедшее в одном из устройств. Для реализации этой задачи во всех компьютерах используется механизм прерываний. Пре-
рывание (INT) — приостановка процессором выполнения основной программы для обработки события, поступившего от внешнего устрой- ства. В стандартном компьютере обычно доступны 16 прерываний, ко- торые распределяются следующим образом:
0 — системный таймер;
1 — клавиатура;
2 — контроллер прерываний;
3 и 4 — последовательные порты COM 2 и COM 1;
Системные ресурсы
17

18
Глава 1. Общее устройство компьютера
6 — контроллер дисковода;
7 — параллельный порт;
8 — часы реального времени (RTC);
12 — PS/2-мышь;
13 — математический сопроцессор;
14 и 15— первичный и вторичный каналы IDE-контроллера.
Прерывания с номерами 5, 9, 10, 11 изначально свободны и могут назначаться любому устройству. Прерывания 3, 4, 6, 7, 12, 14 и 15 в не- которых случаях могут быть переназначены другим устройствам, а пре- рывания 0, 1, 2, 8 и 13 — системные и изменить их невозможно.
В современных компьютерах используется так называемый расши- ренный контроллер прерываний (APIC), который разрабатывался для многопроцессорных систем. APIC ускоряет обработку прерываний и увеличивает их количество до 24.
Технология Plug and Play
В старых компьютерах ресурсы для некоторых плат расширения на- страивались вручную, при этом нередко возникали конфликты, особен- но после установки новой платы расширения. Решить проблему рас- пределения ресурсов позволила технология Plug and Play, которая ав- томатически конфигурирует подключаемые устройства.
Чтобы воспользоваться всеми преимуществами Plug and Play, необ- ходима поддержка этой технологии со стороны BIOS, операционной системы и подключаемого устройства. На сегодняшний день она пол- ностью применяется как в аппаратном, так и программном обеспечении, а устройства без ее поддержки уже редкость.


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©nethash.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал