Файл: Устройство персонального компьютера (Понятие персонального компьютера и его архитектуры).pdf

Многие материнские платы также имеют небольшой чип Super I / O, который отвечает за низкоскоростные порты, такие как LPT и PS / 2. Южный мост и контроллер Super I / O соединены специальной шиной.

Изготовление чипсета – это высокотехнологичный процесс, немного менее сложный, чем производство процессоров, поскольку качество чипсета и набор функций, которые он поддерживает, зависит от характеристик компьютера, а также от его бесперебойной работы. Поэтому в мире сейчас не так много их производителей этих чипсетов – как правило, это компании, производящие сами процессоры – Intel и AMD, а также NVIDIA, VIA и SIS [19].

В настоящее время разработано множество разных моделей чипсетов. Как правило, определенные модели чипсетов предназначены для работы с конкретными процессорами или процессорами линейки. Если вы хотите узнать название модели чипсета вашей материнской платы, то вам следует помнить, что название модели чипсета написано на чипе северного моста.

Наличие северного и южного мостов – классическая, общепринятая схема построения чипсета, на котором базируется системная плата. Производятся также и схемы, которые отличаются от традиционных. Это касается в первую очередь компьютеров на базе современных процессоров, содержащих в себе элементы, в большей или меньшей степени выполняющие функции северного моста (чаще всего – контроллер оперативной памяти, интегрированное графическое ядро). На системных платах с такими процессорами северный мост существенно упрощают.

Качество и возможности системной логики определяют производительность и стабильность работы компьютера. При выборе материнской платы учитывают в первую очередь то, какой чипсет был взят за основу при ее изготовлении. Основными производителями чипсетов сейчас являются компании Intel, NVidia, ATI/AMD и др., в то время как материнские платы производятся ASUS, MSI, Gigabyte, ASRock, Zotac и др. Системные платы с одинаковым чипсетом у разных производителей называются по-разному, также могут существенно отличаться по цене. При выборе, как правило, отдают предпочтение материнской плате с более «продвинутым» чипсетом от менее известного производителя, чем наоборот.

Процессор питается от материнской платы через специальный 4-контактный разъем (на схеме он обозначен как «P4»), а сама материнская плата – через 24-контактный разъем, на фото он находится в самом низу. Кроме того, энергия требуется для различных вентиляторов и кулеров, которых может быть более 3. Процессорный кулер подключается через 4-контактный разъем, расположенный ближе всего к разъему. Остальные вентиляторы питаются от 3-контактных разъемов, которые «прилипают» к плате.

В нижнем левом уголу имеется маленькая круглая батарея, без которой все настройки BIOS, включая текущее время и дату, будут удалены. Срок службы такой батареи редко превышает порог в 7 лет, если на компьютерео бнаружилась похожая проблема (каждый раз при включении компьютера время и дата не обносляются), сначала необходимо заменить батарею.

Кроме того, все виды интегральных схем расположены по всей материнской плате, в том числе:

• Аудио чип.
• Контроллеры портов (1394 и SATA).
• Супер I / O чип.
• Чип FirmWare Hub (FWH).
• Беспроводной чипсет.

Любые порты должны иметь свой собственный контроллер, иначе они не будут работать. Контроллер USB-порта встроен в южный мост. FWH отвечает за BIOS. Чип Super I / O выполняет ряд функций, он содержит: контроллер дискеты (который «конкретно» устарел и больше не используется), датчик температуры и скорость вращения вентилятора (кулера), а также он отвечает за инфракрасный порт и клавиатура с мышью, только не usb, а ps / 2. На материнской плате можно найти чип Super I / O по названию производителя, в частности: Fintek, ITE, National Semiconductor, Nuvoton, SMSC, VIA и Winbond.

Порт 1394 (также известный как FireWire) используется для подключения различных мультимедийных устройств, таких как ip-камеры, и работает намного быстрее, чем USB.

Перемычки (Jumpers), это переключатели – они выполняют несколько задач одновременно. С их помощью можно запустить аварийное восстановление BIOS, переключить и настроить звуковой чип, сбросить настройки BIOS и многое другое. Все зависит от производителя материнской платы. Если говорить о игровых моделях, то они могут содержать перемычки, которые позволяют «разогнать» ОЗУ или саму материнскую плату, изменить приоритеты загрузки жестких дисков и т. д [9].

«FPanel», или по-другому разъемы лицевой панели – здесь важно соблюдать определенную последовательность соединений, иначе все кнопки и индикаторы не будут работать. Там связаны: кнопка включения и перезагрузки компьютера, индикатор жесткого диска, встроенный динамик (пищалка).

Общий вид материнской платы с обозначенными элементами представлен на рисунке 2.2 [9].

Рисунок 2.2 – Материнская плата

Сокет или разъем процессора на материнской плате самый большой. Модели процессорных разъемов отличаются по внешнему виду, расположению и количеству контактов.

Сокет, от анг. «гнездо» – это прямоугольный или квадратный соединитель с множеством контактных отверстий, расположенных по его периметру. Монтируется процессор в такой слот горизонтально.

Рисунок 2.3 – разъем процессора на материнской плате

2.3 Основы микропроцессора

Процессор является основной микросхемой компьютера, в которой выполняются все расчеты.

Микропроцессор представляет собой полупроводниковый кристалл или набор кристаллов, на которых реализован процессор центрального компьютера, то есть комбинация арифметического логического устройства и центрального устройства управления [20].

Конструктивно процессор состоит из ячеек, похожих на ячейки ОЗУ, но в этих ячейках данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние процессорные ячейки называются регистрами. Данные в некоторых регистрах рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных из других регистров. Среди регистров процессора есть также те, которые, в зависимости от их содержимого, могут изменять выполнение инструкций. Таким образом, управляя данными, отправляемыми в разные регистры процессора, можно управлять обработкой данных [2].

Микропроцессор характеризуется такими свойствами:

• простота производства (с использованием единой технологии);
• бюджет;
• небольшие размеры;
• высокая надежность;
• низкое энергопотребление.

Рисунок 2.4 – Упрощенная структурная схема процессора

Архитектура микропроцессора – это набор функциональных возможностей, доступных пользователю, работающему на уровне машинных инструкций.

Концепция архитектуры является комплексной и включает в себя [7]:

1) структурная схема МП;

2) количество и названия программно-доступных регистров (модель регистра);

3) емкость машинного слова;

4) система команд;

5) формат команды;

6) объем доступной памяти V (V = 2n, где n – ширина адресной шины);

7) режимы адресации памяти и внешних устройств;

8) организация стека;

9) организация прерываний (обработка аварийных ситуаций, исключений);

10) организация интерфейса (межфазное – согласование, согласование).

При разработке программного обеспечения для микропроцессора программист должен знать его архитектуру и технические характеристики.

Рисунок 2.5 – Этапы эволюции микропроцессорной архитектуры

Описание архитектуры MP с точки зрения пользователя включает описание возможностей пользовательского программирования (в частности, состав регистра MP), системы команд, методов адресации, (логической) организации памяти, средств и типов ввода-вывода. обработанных данных. С этой точки зрения архитектуры MP считаются одинаковыми, если последние способны выполнять одни и те же программы. В контексте аппаратного обеспечения термин «архитектура MP» относится к принципу работы MP, конфигурации (компоновки) и взаимосвязи его основных узлов.

В соответствии с составом системы команд различают [2]:

1) МП с архитектурой CISC (CISC – компьютер со сложным набором команд – компьютер со сложной системой команд);

2) MP с RISC-архитектурой (RISC – компьютер с сокращенным набором команд – компьютер с сокращенной системой команд).

Рисунок 2.6 – Классификация микропроцессоров

Микропроцессоры первого типа являются традиционными, и их система команд включает в себя большое количество команд для выполнения арифметических и логических операций, команд управления, передачи и ввода-вывода данных.

В микропроцессорах второго типа система команд упрощена и сокращена до такой степени, что каждая команда выполняется за один цикл (одним тактовым импульсом). Такой подход позволяет упростить структуру микропроцессора и тем самым увеличить скорость его работы.

По функциональному назначению, определенному системой команд, микропроцессоры делятся на универсальные и специализированные.

Универсальные микропроцессоры могут реализовывать любой алгоритм, который предварительно закодирован в системе команд этого микропроцессора. Они используются в качестве основных процессоров микрокомпьютеров. Следует отметить, что большинство универсальных микропроцессоров поддерживают только целочисленную арифметику в аппаратном обеспечении. Арифметика с плавающей точкой реализуется на них программно.

Специализированные микропроцессоры используются для решения задач определенного класса. Устройства этого типа используются в качестве сопроцессоров, дополняя основные процессоры, и действуют как ускорители. Сопроцессор расширяет набор компьютерных команд. Когда главный процессор получает команду, которая не является частью его рабочего набора, он передает управление сопроцессору для его выполнения.

Некоторые из наиболее развитых микропроцессоров обеспечивают сочетание выполнения нескольких последовательно расположенных команд во времени, организуя конвейерную обработку данных. Эта архитектурная особенность оказывает существенное влияние на скорость выполнения линейных участков программ [2].

На чипе микропроцессора могут быть размещены дополнительные устройства, в том числе:

• система управления;
• кеш-память;
• инструменты поддержки виртуальной памяти;
• защита памяти.

Дополнительные устройства способствуют повышению производительности компьютеров, уменьшению их размеров, предотвращению несанкционированного доступа и расширению функциональности микропроцессора.

Архитектура микропроцессора и компьютера в целом определяют приемлемые режимы работы машины. Важнейшим фактором в этом являются возможности микропроцессора.

Процессор должен оперативно реагировать на различные события, происходящие на компьютере в результате действий пользователя или без его ведома. Примеры таких событий включают нажатие клавиши на клавиатуре, отсутствие бумаги в принтере, попытку деления на ноль, сбой питания или отключение питания и т. д. Необходимая реакция на события обеспечивается системой прерываний. Прерывание – это ситуация, которая требует какого-либо действия (реакции) ЦП при возникновении определенного события. Под системой прерываний понимается комплекс аппаратного и программного обеспечения, который обеспечивает идентификацию и обработку прерываний.

2.4 Основная память персонального компьютера

Оперативная память ПК – это запоминающее устройство, напрямую подключенное к процессору и предназначенное для хранения исполняемых программ и данных, непосредственно участвующих в операциях [2]. Имеет довольно высокую производительность, но ограниченный объем. ОП подразделяется на различные типы, основными из которых являются оперативная память (RAM) и постоянная память (ROM).

На логическом уровне память представляет собой набор ячеек определенной битовой емкости (как правило, 1 байт), доступ к содержимому которого (с помощью операций чтения или записи) можно получить, указав их адреса.

Запоминающие устройства характеризуются следующими основными показателями [15]:

1) время доступа (скорость);

2) вместимость;

3) стоимость;

4) энергопотребление (потребляемая мощность).

Время доступа – это период времени, в течение которого содержимое ячейки памяти может быть записано или прочитано после предоставления ее адреса и соответствующего управляющего сигнала.

Емкость – определяет количество ячеек или битов в устройстве памяти.

Стоимость – измеряется денежными затратами на единицу объема памяти.

ПЗУ – будучи энергонезависимым, обеспечивает надежное хранение и выдачу информации. Содержимое ПЗУ не может быть изменено. Он хранит часто используемые (универсальные) программы и данные, такие как части ОС, а также интерпретаторы и компиляторы языков программирования. Существуют также полупостоянные запоминающие устройства или стираемые ПЗУ [12].