12. Аппаратное обеспечение современного компьютера

• Информатика в начальных классах. Персональный компьютер

• ЧАРЛЬЗ БЭББИДЖ

• Тематическое планирование учебного материала по информатике. 5-6 классы. (1 час в неделю, 68 часов)

• Тематическое планирование учебного материала. 4-6 классы. (1 час в неделю, 102 часа)

• СТРАНА ИНФОРМИКА. ЗНАКОМСТВО С КОМПЬЮТЕРОМ

I. Аппаратные средства – физические компоненты компьютера («железо»). Минимальная конфигурация компьютера включает в себя системный блок, монитор и клавиатуру.

Обычно используют также мышь, принтер, сканер и другие устройства.

1. Системный блок – модуль компьютера, состоящий из материнской платы, центрального процессора,Iоперативного запоминающего устройства (ОЗУ), накопителей и других устройств.

Изобразить составные устройства системного блока можно в виде след схемы:

Рассмотрим эти устройства подробнее:

а) Материнская плата – основной аппаратный компонент компьютера, где реализованы, в частности магистраль обмена, разъемы для центрального процессора, оперативной памяти, слоты расширения для установки контролеров внешних устройств.

Упомянутая магистраль обмена служит для организации обмена данными между центральным процессором, оперативной памятью, устройствами ввода-вывода и др. устройствами. Она представляет собой совокупность трёх шин: шины данных, шины адреса и шины управления.

Б) Центральный процессор –пРоцессор, устанавливаемый в разъем материнской платы и управляющий работой всех компонентов компьютера.

В) ОЗУ – быстродействующая часть памяти компьютера в виде набора чипов, с помощью которой можно записывать данные и считывать их.

При выключении компьютера все данные, внесенные в ОЗУ, пропадают.

Г) Накопитель – устройство для записи информации на магнитные или лазерные диски и считывания информации с них.

Среди накопителей в первую очередь мы назовём жесткий диск(или винчестер, или накопитель на несъемном магнитном диске). На этом накопителе, или носителе, находится основной объем информации в компьютере. Далее – накопитель на съемном магнитном диске(или дисковод). С помощью дисковода мы можем записывать и считывать информацию с дискеты. Сейчас более распространены накопители на лазерном или оптическом диске – CD-ROM-ы, DVD-ROM-мы – которые считывают информацию с лазерных дисках. Лазерные диски бывают 3-х видов:

· Диски только для чтения;

· Диски с одноразовой записью: CD-R, DVD-R;

· Диски с многоразовой записью: CD-RW, DVD-RW.

Самые объемные – жесткие диски; лазерные диски (CD и DVD) вмещают до 6 Гбайт памяти, дискеты все стандартные –примерно 1,44 Мбайт памяти. Более популярны сейчас флэш-карты памяти, так называемые флэшки, они разного объема – вмещают до 16 Гбайт.

2. Монитор или Дисплей – модуль компьютера, на экране которого отображается текстовая и графическая информация.

С помощью монитора мы видим на экране результаты деятельности компьютера или своей работы.

3. Манипулятор Мышь – устройство для работы с графическим интерфейсом Windows.

В зависимости от способа определения величины перемещения мыши по коврику и её указателя на экране монитора мыши делятся на оптические(лазерные) или механические

Существуют мыши с 2-мя, 3-мя или 4-мя кнопками.

Приемы работы с основными клавишами мыши

1) Щелчок левой кнопкой мыши

2) Щелчок правой кнопкой мыши

3) Двойной щелчок левой кнопкой мыши

4) Перетаскивание объекта благодаря перемещению мыши при нажатой левой или правой кнопке

4. Клавиатура – модуль компьютера, используемый для ввода различных данных и команд в компьютер

Все клавиши на клавиатуре делятся на несколько групп.

Назначение управляющих клавиш

Клавиша	Назначение
Enter	Ввод набранной команды или текста
Esc	Отмена текущего действия
Tab	Установка курсора на определенную позицию
Caps Lock	Режим прописных букв
Shift, Ctrl, Alt	Самостоятельного действия не имеют, действуют только при совместном нажатии с буквенной или управляющей клавишей
Backspace	Удаление символа слева от курсора
Delete	Удаление символа справа от курсора
Number Lock	Переключение режимов работы малой цифровой клавиатур

Кратко перечислим другие аппаратные средства, которые не являются основными, но которые облегчают жизнь пользователя и функционально полезны.

1) Принтер – устройство, выводящее числовую, текстовую и графическую информацию на бумагу(существуют матричные, струйные и лазерные принтеры).

2) Сканер – устройство для оптического ввода фотографий, рисунков, слайдов, текстовых документов.

3) Колонки, наушники – устройства для вывода звуковой информации.

4) Микрофон – устройства для ввода звуковой информации.

5) Модем – устройство преобразования цифрового сигнала при его передаче по телефонным линиям. Существуют внутренние модемы(вставляются в слоты расширения материнской платы компьютера) и внешние.

II. Хранение информации.

Поговорим подробнее об устройствах хранения информации. Информацию необходимо хранить в памяти. Всю память компьютера условно разделим на внешнюю и внутреннюю.

Несмотря на то, что жесткий диск несъемный, он относится к внешней памяти, поскольку он тоже является переносимым и относится к внешней памяти.

Жесткий диск – это устройство, предназначенное для постоянного хранения часто используемых программ и данных. Состоит из пакета тонких круглых пластин, изготовленных из алюминия, или пластмассы, или стекла и покрытых тонких ферромагнитным слоев. У каждой пластины пакета имеется своя головка записи-считывания. При записи используется явление намагничивания ферромагнитного слоя, при считывании – явление электромагнитной индукции.

К внешней памяти также относятся вышеупомянутые дискеты, лазерные диски и флэш-карты.

К внутренней же части относятся оперативное запоминающее устройство, кроме него – постоянное запоминающее устройство(ПЗУ), кэш-память и т. д. Эти устройства представляют собой наборы микросхем.

В ПЗУ хранится информация, необходимая для самотестирования компьютера и начальной загрузки программы-загрузчика оперативной системы(о которой мы поговорим позже). При выключении компьютера все данные, внесенные в ПЗУ сохраняются благодаря наличия автономного питания.

Кэш-память – это сверхоперативная память запоминающего устройства, позволяющая увеличить быстродействие компьютера.

Таким образом, мы рассмотрели аппаратное обеспечение компьютера, т. е. его аппаратные средства.

13.Системные платы. Назначение, устройство и принцип работы

Если вы когда-либо заглядывали внутрь компьютера, то не могли не обратить внимания на важнейшую его деталь, объединяющую все остальные компоненты в единое целое – системную (материнскую) плату. Благодаря этой плате все части компьютера снабжаются электропитанием и получают возможность обмениваться данными.  За последние 20 лет системные платы прошли длинный эволюционный путь. В самом начале они содержали лишь малую толику из тех компонентов, которые обычно имеются на современных системных платах. На первой системной плате IBM PC имелись только гнезда для сменных плат и процессор. В эти гнезда пользователи вставляли определенные компоненты компьютера, например, платы контроллеров дисковода гибких дисков и платы оперативной памяти. Современные системные платы обычно выполняют множество функций и оказывают непосредственное влияние на функциональные возможности компьютера, а также определяют потенциал его обновления.  В этой статье рассматриваются важнейшие компоненты системной платы. Кроме того, приводится подробный анализ пяти характеристик, оказывающих решающее влияние на возможности компьютера.  Конструктивные параметры Системная плата сама по себе бесполезна, но она нужна для обеспечения работы компьютера. Она предназначается в первую очередь для размещения кристалла микропроцессора компьютера и подключения к нему всех остальных компонентов. Все компоненты, обеспечивающие работу компьютера или расширяющие его функциональные возможности, являются частью системной платы либо подключаются к ней с помощью специальных гнезд или портов.  Форму системной платы и расположение на ней элементов называют форм-фактором (form factor). Форм-фактором определяется расположение отдельных компонентов и форма корпуса компьютера. Есть несколько общепринятых разновидностей форм-факторов, которых придерживаются при изготовлении большинства системных плат, поэтому все такие платы хорошо подходят к стандартным корпусам. Если возникла необходимость сравнить форм-факторы ранее выпускавшихся и современных компьютеров, можете посетить сайт Motherboards.org.  Форм-фактор – только один из многих стандартов, касающихся системных плат. Перечислим некоторые другие стандарты:   Конструкцией сокета для микропроцессора определяется тип центрального процессора, который можно использовать на системной плате.   Микропроцессорный набор ("чипсет") представляет собой часть логической схемы системной платы и обычно состоит из двух частей – северного моста и южного моста. Эти два "моста" соединяют центральный процессор с другими частями компьютера.   Микросхема базовой системы ввода / вывода (Basic Input/Output System, BIOS) управляет большинством основных функций компьютера и при каждом включении осуществляет самопроверку. В некоторых системах имеется две системы BIOS для обеспечения резервирования в случае отказа одной из них или при возникновении ошибки в ходе обновления.   Микросхема часов реального времени (real time clock chip) с питанием от отдельной батареи. В ней хранятся основные настройки и производится отсчет системного времени.  Системная плата снабжена следующими разъемами (слотами) и портами:   Слот расширения (стандарта) PCI для периферийных компонентов – предназначается для подключения платы видеоадаптера (видеокарты), звуковой платы и платы видеозахвата, а также сетевых адаптеров.   Ускоренный графический порт (Accelerated Graphics Port, AGP) – специализированный порт для подключения видеоадаптеров.   Интерфейсы дисковых устройств IDE – для управления приводами жестких дисков.   Универсальная последовательная шина, или шина FireWire – для подключения внешних периферийных устройств.   Слоты для подключения оперативной памяти.  В некоторых системных платах используются новейшие технологические усовершенствования:   Благодаря контроллерам массивов независимых дисков с избыточностью (Redundant Array of Independent Discs, RAID), компьютер распознает несколько жестких дисков как один диск.   Функционирование шины новейшего протокола PCI Express больше напоминает работу сети, а не шины. Использование такого протокола позволяет обходиться без других портов, включая порт AGP.   В некоторых случаях, вместо того, чтобы использовать съемные платы, устройства обработки звука и видео, а также средства, предназначенные для работы в сети или для поддержки других периферийных устройств, располагают прямо на системной плате.

Принцип работы материнских плат компьютеров

Одним из основным составляющим компонентом материнской платы будь то компьютера либо ноутбука является Северный мост (англ. Northbridge; в отдельных чипсетах Intel, также — контроллер-концентратор памяти с английского Memory Controller Hub)

MCH является системным контроллером чипсета на материнской плате платформы x86, к которому в рамках организации взаимодействия подключено следующие оборудование:

1. через Front Side Bus — микропроцессор, если в составе процессора нет контроллера памяти, тогда через шину контроллера памяти подключена- оперативная память. 2. через шину графического контроллера — видеоадаптер (в материнских платах нижнего ценового диапазона, видеоадаптер часто встроенный. В таком случае северный мост, произведенный Intel, называется GMCH (от англ. Chipset Graphics and Memory Controller Hub). Название чипа как «Северный мост» можно объяснить представлением архитектуры чипсета в виде карты. В результате процессор будет располагаться на вершине карты, на севере.

Исходя из назначения, северный мост определяет параметры (возможный тип, частоту, пропускную способность): — системной шины и, косвенно, процессора (исходя из этого — до какой степени может быть разогнан компьютер); — оперативной памяти (тип — например SDRAM, DDR, DDR2, её максимальный объем); — подключенного видеоадаптера.

Во многих случаях именно параметры и быстродействие северного моста определяют выбор реализованных на материнской плате шин расширения (PCI, PCI Express) системы.

В свою очередь, северный мост соединён с остальной частью материнской платы через согласующий интерфейс и южный мост. Когда технологии производства не позволяют скомпенсировать возросшее, вследствие усложнения внутренней схемы, тепловыделение чипа, современные мощные микросхемы северного моста помимо пассивного охлаждения (радиатора) для своей бесперебойной работы требуют использования индивидуального вентилятора или системы жидкостного охлаждения, что в свою очередь увеличивает энергопотребление всей системы и требует более мощного блока питания.

Минуя северный мост согласно нашей схеме двигаясь на юг на материнской плате расположен южный мост.

Южный мост (от англ. Southbridge) (функциональный контроллер), также известен как контроллер-концентраторввода-вывода (от англ. I/O Controller Hub, ICH). Обычно это одна микросхема, которая связывает «медленные» (по сравнению со связкой «Центральныйпроцессор-ОЗУ») взаимодействия (например, Low Pin Count, Super I/O или разъёмы шин для подключения периферийных устройств) на материнской плате с ЦПУ через Северный мост, который, в отличие от Южного, обычно подключён напрямую к центральному процессору.

Если взять функциональность, то южный мост включает в себя: — контроллеры шин PCI, PCI Express, SMBus, I2C, LPC, Super I/O; — DMA контроллер; — контроллер прерываний; — PATA (IDE) и SATA контроллеры; — часы реального времени (Real Time Clock); — управление питанием (Power management, APM и ACPI); — энергонезависимую память BIOS (CMOS); — звуковой контроллер (обычно AC’97 или Intel HDA).

Опционально южный мост также может включать в себя контроллер Ethernet, RAID-контроллеры, контроллеры USB, контроллеры FireWire, аудио-кодек и др. Реже южный мост включает в себя поддержку клавиатуры, мыши и последовательных портов, но обычно эти устройства подключаются с помощью другого устройства — Super I/O (контроллера ввода-вывода).

Поддержка шины PCI включает в себя традиционную спецификацию PCI, но может также обеспечивать и поддержку шины PCI–X и PCI Express. Хотя поддержка шины ISA используется достаточно редко, она все-таки является неотъемлемой частью современного южного моста. Шина SM используется для связи с другими устройствами на материнской плате (например, для управления вентиляторами). Контроллер DMA позволяет устройствам на шине ISA или LPC получать прямой доступ к оперативной памяти, обходясь без помощи центрального процессора.

Контроллер прерываний обеспечивает механизм информирования ПО, исполняющегося на ЦПУ, о событиях в периферийных устройствах. IDE интерфейс позволяет «увидеть» системе жёсткие диски. Шина LPC обеспечивает передачу данных и управление SIO (это такие устройства, как клавиатура, мышь, параллельный, последовательный порт, инфракрасный порт и флоппи-контроллер) и BIOS ROM (флэш). APM или ACPI функции позволяют перевести компьютер в «спящий режим» или выключить его.

Системная память CMOS, поддерживаемая питанием от батареи, позволяет создать ограниченную по объёму область памяти для хранения системных настроек (настроек BIOS). Северный и южный мосты материнской платы вкупе составляют одно целое устройство управления всей системой так сказать глаза, уши, руки ЦП. Вкупе эти два чипа называются — чипсет.

Чипсет (англ. chipset) — набор микросхем, спроектированных для совместной работы с целью выполнения наборакаких-либо функций. Так, в компьютерах чипсет, размещаемый на материнской плате выполняет роль связующего компонента, обеспечивающего совместное функционирование подсистем памяти, центрального процессора (ЦП),ввода-вывода и других. Чипсеты так можно встретить и в других устройствах, например, в радиоблоках сотовых телефонов.

Чаще всего чипсет современных материнских плат компьютеров состоит из двух основных микросхем северного и южного моста (иногда объединяемых в один чип, т. н. системный контроллер-концентратор (англ. System Controller Hub, SCH).

Иногда в состав чипсета включают микросхему Super I/O, которая подключается к южному мосту по шине Low Pin Count и отвечает за низкоскоростные порты: RS232, LPT, PS/2.

Существуют и чипсеты, заметно отличающиеся от традиционной схемы. Например, у процессоров для разъёма LGA 1156 функциональность северного моста (соединение с видеокартой и памятью) полностью встроена в сам процессор, и следовательно, чипсет для LGA 1156 состоит из одного южного моста, соединенного с процессором через шину DMI.

Создание полноценной вычислительной системы для персонального и домашнего компьютера на базе, состоящих из столь малого количества микросхем (чипсет и микропроцессор) является следствием развития техпроцессов микроэлектроники развивающихся по закону Мура.

В создании чипсетов, обеспечивающих поддержку новых процессоров, в первую очередь заинтересованныфирмы-производители процессоров. Исходя из этого, ведущими фирмами (Intel и AMD) выпускаются пробные наборы, специально для производителей материнских плат, так называемые англ. referance-чипсеты. После обкатки на таких чипсетах, выпускаются новые серии материнских плат, и по мере продвижения на рынок лицензии (а учитывая глобализацию мировых производителей, кросс-лицензии) выдаются разным фирмам-производителям и, иногда, субподрядчикам производителей материнских плат.

14. Назначение чипсета

Posted in Какую работу выполняет чипсет | Комментариев нет

Чипсет на системной плате — основной исполнительный механизм от которого зависит, сможет ли процессор реализовать весь свой потенциал, сумеете ли вы использовать для работыпорты и шины тех или иных устройств ввода-вывода.

Микросхемы чипсета запаяны на системную плату, поэтому не допускают модернизации с помощью их замены.  Чипсеты разбиты на группы, главным образом, с учетом поколения и мощности компьютера.

Поскольку нам предстоит нелегкий выбор системной платы, изучите возможности и технические данные наборов системной логики.

В этой категории сайта будут рассмотрены технические данные и принцип работы чипсетов, которые монтируются на системные платы домашних персональных компьютеров.

Если микропроцессор и память представляют электронное ядро вычислительной системы, то на уровне управления находятся электронные компоненты представляющие системную логику.

Элементы управления системой интегрированы в один или несколько чипсетов (корпусов ИМС очень высокой степени интеграции) и распаяны на системной плате. Они объединены в один набор микросхем системной логики. Такой набор называется чипсетом.

Чипсет содержит следующие основные электронные модули.

■Контроллер памяти, обеспечивающий взаимодействие между микропроцессором и памятью.

■Системный контроллер — настраивает шины компьютера, т.е.микропроцессора, памяти, системы. От архитектуры и разрядности этих шин зависит быстродействие компьютера.

■Контроллер ввода-вывода — предназначен для подключения к системной шинепериферийных интерфейсов устройств ввода-вывода. На шину ввода-вывода подключаются все контроллеры внешних и периферийных устройств и чип BIOS.

Контроллеры получают все сигналы управления от микропроцессора и «интеллектуальных» устройств. В ответ на эти сигналы контроллеры вырабатывают сигналы управления, основное значение которых — настроить шины для реализации той или иной задачи: передачи данных междумикропроцессором и памятью, реализации процедуры ПДП или обработки запроса прерывания, выполнения ввода-вывода между процессором и внешним устройством, подключения периферии.

Контроллеры системной логики обслуживают микропроцессоры определенных семейств и поколений. Они определяют тип модулей памяти и возможность использования тех или иных устройств ввода-вывода. Взаимодействие этих компонентов на системной плате ограничивается рамками системной архитектуры.

Характеристики чипсета влияют на временные, скоростные, параметрические, физическиехарактеристики системной платы. Поэтому от типа чипсета зависит полнота ее функциональности с теми или иными устройствами и возможность расширения системы в будущем.

Контроллеры монтируются также в устройствах или на отдельных платах, например в модеме, вклавиатуре, на жестком и гибком дисках, на сетевой, аудио- или графической плате.

Карты, в которых монтируются контроллеры, называются адаптерами и вставляются в разъемы слотов расширения шин ввода-вывода.

Параметры чипсета и системы настраиваются программой Setup BIOS, которая запускается при включении компьютера. Код программы настройки параметров, тестирования и диагностики системы записан во флеш-память BIOS. Если этот код устарел, то его обновляют перепрограммированием (перепрошивкой) BIOS.

Для этой цели существуют программы перепрошившики, позволяющие выполнить эту операцию непосредственно на системной плате. Чип микросхемы (микросхем) BIOS также запаян на системную плату.

Для хранения кода данных настройки параметров конфигурации системы и установок часов реального времени используется память статического типа SRAM (Static RAM), которая называетсяRTC CMOS RAM.

Эта память экономична и энергонезависима, поскольку получает питание от отдельного источника — аккумулятора, расположенного на системной плате. Этот модуль также вмонтирован в чипсет. Код данных можно изменить в ручном режиме с помощью программы Setup или автоматически с помощью программного обеспечения.

Отметим основные показатели системы, на которые влияет выбор чипсета.

■Параметры архитектуры системных и периферийных шин. Например, значения тактовой частоты (в МГц) на внешней шине процессора должно соответствовать оптимальному режиму работы компьютерного ядра.

■Количество слотов расширения шин PCI, PCI-Exprcss и AGP.

■Тип, режим работы и емкость модулей памяти.

■Тип, семейство, поколение процессора, тип процессорного разъема.

■Количество интегрированных контроллеров ввода-вывода, например, видеоконтроллера, аудиоконтроллера, контроллера сети и т.д. Если чипсетом не предусмотрено обслуживание этих устройств, вам придется приобрести платы контроллеров и установить в один из слотов расширения.

■Параметры и режимы работы периферийных интерфейсов и портов — РАТА 100или 133, SATA, AGP, USB2.0 и т.д.

15. Принцип работы современного процессора

Опубликовано 18.06.2012 16:40

Современные компьютеры поражают разносторонностью своего использования. Если раньше они использовались, в основном, для математических расчетов, позднее для программирования работы автоматов и роботов, то сейчас любой пользователь может просматривать и редактировать на своем персональном компьютере изображения, видео, аудио, не говоря уже о сложном редактировании текстовых, табличных документов и баз данных.

Основной «рабочей лошадкой», обрабатывающей большие массивы данных, производящий миллионы операций в секунду – центральный процессор.

Из этого материала вы узнаете об устройстве и принципах работы современных процессоров, основных параметрах центральных процессоров (и какой из этих параметров важнее), факторов, ускоряющих и тормозящих его работу.