Файл: Локальные и глобальные сети эвм основы компьютерной коммуникации. Принципы построения сетей. Компьютерная сеть.pdf

83
Рисунок 1 – Блок-схема персонального компьютера
Системный блок
Системная материнская плата
Сопроцессор
Процессор
КЭШ
ОЗУ
BIOS
Системная магистраль данных (шины)
Контроллер клавиатуры
Клавиатура
Блок питания
Видео
Контрол
- леры доп устройств
Адаптеры портов
Контрол
- леры дисков
НГМД
CD
Жесткий диск
Монитор
Устройства
, подключаемые через контроллеры
Устройства
, подключаемые через порт
Устройства
, охлаждения
CMOS

84
−
дисководы для накопителей на гибких магнитных дисках (НГМД или floppy disk);
−
дисководы для оптических и СD – дисков;
−
блок питания;
−
устройства охлаждения.
Сверхоперативную память компьютера и системную память принято называть внутренней памятью компьютера. Жесткий магнитный диск, НГМД и компакт или оптические диски называют внешней памятью компьютера.
Системная
материнская плата (System board, Mother board)
Системная
(материнская) плата – основная плата компьютера, связывающая все его электронные компоненты и обеспечивающая их взаимодействие.
На материнской плате размещаются различные микросхемы и имеются разъемы для подключения микросхем.
Необходимые электрические соединения отдельных элементов на системной плате выполняется предварительным травлением медной фольги, нанесенной на подложку из стеклотекстолита. Системная плата представляет собой большую печатную плату, при помощи которой части компьютера, объединяются в единое целое. Внешний вид системной материнской платы с подключенными на ней основными компонентами компьютера показан на рисунке 23.

85
Рисунок 2 – Системная (материнская) плата
Конструктивные особенности современных системных плат определяются ее Форм-фактором.
Все основные функции системной платы, к которым относится организация взаимодействия процессора, памяти, шины и периферийных устройств, реализуются с помощью набора специальных контроллеров -
чипсета
Параметры микропроцессорного комплекта (чипсета) в наибольшей степени определяют свойства и функции материнской платы.
Современные чипсеты развиваются сразу в нескольких направлениях.
Первое – это совершенствование основных функций, стимулированное возрастанием производительности процессоров и периферийных устройств и затрагивающее контроллеры памяти и шины AGP, IDE контроллер, IEEE
1394.
Второе - это дифференциация решений с учетом особенностей отдельных сегментов рынка.
И третье – интеграция дополнительных устройств: графических и звуковых ускорителей, портов ввода-вывода, сетевых контроллеров и других.

86
В современном сленге, если котроллер встроен в чипсет материнской платы, то говорят, что он на борту. (Звук на борту, видео на борту).
Разъемы
для установки процессора (одного или нескольких) различны для разных процессоров.
Микросхема
BIOS (Basic Input Output System – базовая система ввода- вывода) содержит программное обеспечение платы – драйверы низкого уровня для обслуживания основных устройств ввода-вывода, программу начального загрузчика, выполняющую функцию загрузки операционной системы с диска, и программу POST (Power on Self Test), осуществляющую тестирование устройств ПК при включении питания. Раньше для микросхем
BIOS использовалась нестираемая память, а теперь используется пере- записываемая память.
Микросхема
CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Для того чтобы начать работу с конкретным оборудованием, программы, входящие в состав BIOS, должны знать, где найти нужные параметры.
Специально для этого на материнской плате есть микросхема энергонезависимой памяти, по технологии изготовления называемая CMOS
(Complementary Metal Oxide Semiconductor), микросхемы, выполненные по этой технологии, как известно, отличаются малым энергопотреблением.
Данные в нее можно заносить и стирать самостоятельно, в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав вычислительной системы. Эта микросхема постоянно подпитывается от небольшой батарейки, расположенной на материнской плате. Заряда этой батарейки хватает на то, чтобы микросхема не теряла данные, даже если компьютер будет отключен несколько лет.
В микросхеме CMOS хранится аппаратная конфигурация компьютера данные о гибких и жестких дисках, о процессоре, о некоторых других устройствах материнской платы. При включении питания текущая конфигурация сравнивается с сохраненной ранее. Если найдены отличия, то содержимое CMOS-памяти обновляется и, если это необходимо,

87 предлагается вызвать подпрограмму BIOS Setup для указания параметров вновь обнаруженных компонентов. Если же отличий в конфигурации нет, или же обновление конфигурации выполнено без участия пользователя, то осуществляются необходимые настройки
(конфигурирование) аппаратных компонентов компьютера. С помощью специальной подпрограммы BIOS Setup пользователю предоставляется возможность указать параметры и режимы функционирования отдельных компонентов компьютера. Там же, при необходимости, можно часть оборудования и отключить.
Таким образом, программы, записанные в BIOS, считывают данные о составе оборудования компьютера из микросхем CMOS, после чего они могут выполнить обращение к жесткому диску, а в случае необходимости и к гибкому, и передать управление тем программам, которые там записаны.
Тот факт, что компьютер четко отслеживает время и календарь даже в выключенном состоянии, тоже связан с тем, что показания системных часов постоянно хранятся и изменяются в CMOS.
Также на материнской плате имеются:
−
разъемы для модулей памяти;
−
разъемы для установки дочерних плат. Обычно имеется несколько
(4-6) слотов для плат с интерфейсом PCI и один слот для платы видеоадаптера с интерфейсом AGP. В современных платах редко встречаются слоты для подключения плат с интерфейсом ISA (EISA);
−
разъем для подключения питания;
−
разъемы подключения дисководов и внешних устройств;
−
вспомогательные микросхемы и устройства (преобразователь напряжения, тактовый генератор, таймер, контроллер прерываний и т. п.).
Аппаратный мониторинг. Средства для контроля за напряжениями питания, температурой и работой охлаждающих вентиляторов, встраиваются сейчас в большинство системных плат.

88
Регулировки. Большинство современных системных плат позволяет производить установку напряжения питания и частоты шины процессора программным путем, без использования механических переключателей.
Необходимое напряжение питания автоматически устанавливается с помощью VRM (Voltage Regulator Module) в соответствии со значениями,
«зашитыми» в процессор при изготовлении.
Современные системные платы изготавливают разные фирмы производители. Большинство этих фирм расположено на Тайване. В настоящее время доля Тайваня достигает более 80% от всех производимых в мире системных плат. Крупнейшим Тайваньским производителем является фирма ASUSTek. На российском рынке она представлена особенно широко.
Основные характеристики материнских плат:
−
модель чипсета;
−
тип используемого процессора (зависит от разъема для установки процессора);
−
формат;
−
число и тип разъемов для установки дочерних плат;
−
возможность обновления BIOS.
Процессор
, сопроцессор и КЭШ память.
СОП
(Сверхоперативная память компьютера)
Процессор, иначе, центральный процессор – Central Processing Unit
(CPU) – это основной элемент компьютера, в современных компьютерах представляет собой сверхбольшую интегральную схему, реализованную на одном полупроводниковом кристалле.
Процессор это программно управляемое устройство обработки информации, в котором производятся все вычисления.
Для современных процессоров характерно:

89

простота производства, что обеспечивается единой технологией производства;

низкая стоимость, так производство современных процессоров является массовым;

малые габариты, современный микропроцессор имеет площадь несколько квадратных сантиметров, размер одной стороны всего несколько миллиметров.

высокая надежность;

малое потребление энергии.
Конструктивно процессор состоит из ячеек, похожих на ячейки оперативной памяти. Внутренние ячейки процессора называют регистрами.
Важно также отметить, что данные, попавшие в некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных в регистрах. Среди регистров процессора есть и такие, которые в зависимости от содержания способны модифицировать исполнение команд.
Таким образом, управляя засылкой данных в разные регистры процессора, можно управлять обработкой данных. На этом и основано исполнение программ.
С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами. Основных шин три.
Адресная шина. Комбинация из нолей и единиц в этой шине образует адрес, указывающий на одну из ячеек оперативной памяти. В процессоре эта шина связана с регистром, который называют «программный счетчик».
Регистр «программный счетчик» всегда содержит адрес оперативной памяти, из которого считывается текущая, то есть выполняемая в данный момент процессором, команда.
Шина данных. По этой шине происходит копирование данных из оперативной памяти в регистры процессора для обработки, и после

90 выполнения над ними необходимых действий, запись их обратно из процессора в оперативную память.
Шина команд. Для того чтобы процессор мог обрабатывать данные, ему нужны команды. Он должен знать, что следует делать с теми байтами, которые хранятся в его регистрах. Эти команды поступают в процессор тоже из оперативной памяти, в регистр процессора, который называют «регистр команд». Команды тоже представлены в виде байтов.
В процессе работы процессор обслуживает данные. Находящиеся в его регистрах, в поле оперативной памяти, а также данные, находящиеся во внешних портах процессора.
Часть данных он интерпретирует непосредственно как данные, часть – как адресные данные, а часть – как команды. Совокупность всех возможных команд процессора, которые может выполнить процессор над данными, образует так называемую систему
команд процессора. Процессоры, относящиеся к одному семейству, имеют близкие системы команд.
Таким образом, в процессе работы процессор выполняет следующие функции:

чтение и дешифрация команд из основной памяти;

чтение данных из оперативной памяти и регистров на адаптерах внешних устройств;

прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств;

обработку данных и их запись в оперативную память и регистры адаптеров внешних устройств;

выработку управляющих сигналов для всех узлов и блоков персонального компьютера.
Часто различают процессоры CISC (Common Instruction Computer процессоры с полным набором команд) и RISC (Reduced Instruction Set
Computer - процессоры с сокращенным набором команд).

91
Разрядность процессора. Это число двоичных разрядов, одновременно обрабатываемых при выполнении одной команды. В настоящее время в основном работают 64-разрядные процессоры. Очевидно, что чем больше разрядность, тем выше производительность процессора.
Производительность процессора определяется также скоростью выполнения команд программы. Поскольку время исполнения разных команд существенно варьируется, то для характеристики производительности процессора используют тактовую частоту.
Тактовая частота. В основе работы процессора лежит тактовый принцип, что и в обычных часах. Тактовый период – это время, за которое в процессоре, в одной ячейке памяти (бите) может произойти смена данных
(т.е. ноль обратится в единицу или единица в ноль). Исполнение каждой команды занимает определенное количество тактов. В персональном компьютере тактовые импульсы задает одна из микросхем, входящая в микропроцессорный комплект (чипсет), расположенный на материнской плате. Чем выше частота тактов, поступающих на процессор, тем выше его производительность, но строгой зависимости нет.
Система команд. В составе команд современного процессора, как правило, присутствуют арифметические и логические команды над числами с фиксированной и плавающей запятой, а также дополнительные команды, реализующие обработку графических, видео- и аудиоданных.
В предшествующих моделях для реализации таких команд нужно было создавать программу, включающую несколько десятков или сотен машинных команд. За счет этого соответствующие действия выполняются намного быстрее.
Общее количество команд, реализуемых современным процессором, достигает нескольких сотен.
Наличие и характеристики кэш-памяти.
Кэш-память в процессорах используется для ускорения доступа к данным, размещенным в ОЗУ. Для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают буферную

92 область – так называемую кэш-память. В общем случае кэш-память – это
определенным способом организованная память - место, куда помещается
информация, подготовленная для использования каким - либо устройством.
(В данной ситуации это сверхоперативная память, но кэш может быть создан и другими микросхемами памяти, например кэш-память между оперативной памятью и жестким диском ускоряет обмен информацией между этими устройствами).
Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в кэш-память, и только если там нужных данных нет, происходит его обращение в оперативную память. Принимая блок данных из оперативной памяти, процессор заносит его одновременно и в кэш-память.
Обычно используется кэш-память первого и второго уровня. Кэш- память первого уровня имеет меньший объем, чем кэш-память второго уровня, но она размещается непосредственно в процессоре и потому намного быстрее.
С каждым новым поколением процессоров кэш-память увеличивается, и таким образом увеличивается производительность компьютера.
Параллельное исполнение команд.
Оно основано на том, что каждая команда исполняется процессором за несколько внутренних циклов работы. Поэтому, когда исполнение одной команды переходит к следующему циклу, процессор одновременно может начать обрабатывать другую команду. За счет организации конвейера команд скорость работы процессора намного возрастает. Но конвейер не всегда возможен. Поэтому активно развиваются научные исследования, связанные с оптимизацией построения конвейеров обработки команд.
Технология изготовления процессоров.
Чем меньше размеры процессора, тем он быстрее, потому что меньше расстояние между элементами и электроны проходят его быстрее. Поэтому все время идут работы по разработке технологий более плотного размещения элементов в процессорах. Одним из основных путей уменьшения размеров и