12. Конструктив атх рс и архитектура системной платы

Поскольку наиболее распространенным типом компьютеров, с которыми вам придется сталкиваться, будут персональные компьютеры, то мы ограничимся рассмотрением того конструктива, который используется при проектировании персональных компьютеров типа РС, как наиболее распространенного в настоящее время типа персональных компьютеров.

Основными конструктивными компонентами персонального компьютера являются:

• системный блок;

• монитор (дисплей);

• клавиатура.

В последнее время к этим компонентам стали добавлять также

• мышь (манипулятор);

• аудиосистему.

Системный блок (System box).

Системный блок является центральным блоком компьютера, определяющим его основные характеристики – производительность процессора, объем оперативной и дисковой памяти, графическую систему, аудиосистему и ряд других. Системный блок включает ряд обязательных компонентов:

• системную (материнскую) плату;

• дисководы НЖМД (HDD – Hard Disk Drive - винчестер);

• дисководы НГМД (FDD – Floppy (Flexible) Disk Drive);

• дисководы CD и DVD (Compact Disk и Digital Versatile Disk);

• блок питания с системой охлаждения;

• набор разъемов для подключения внешних устройств.

Спецификация размещения этих узлов в системном блоке современной конструкции была предложена еще в 1995 г. Этот стандарт системного блока получил название конструктива ATX (Advanced Technology Extended), в настоящее время принят почти всеми ведущими производителями персональных компьютеров (PC и совместимых с ними), которые занимают до 85% рынка персональных компьютеров. В 90-ых годах наиболее распространенным была разновидность этого конструктива типа Desktop (desktop – письменный стол). В настоящее время основным типом корпуса является корпус типа Tower (башня), который можно располагать и на полу, да и на столе он занимает меньше места. Этого типа выпускаются корпуса Mini-Tower, Midi- Tower, Big-Tower и даже Super-Big-Tower, высотой до 73 см, который имеет 2-3 дополнительных монтажных рамы для установки приводов 5,25''. . Схематически конструктив ATX типа Tower изображен на рис.1.

Рис.12.1 Схематическое представление конструктива ATX типа Tower.

В 2004 г., также корпорацией IBM, предложен новый конструктив BTX (Balanced Technology Extended). Переход на новый конструктив вызывается тем, что увеличение рассеиваемой мощности CPU, при тактовых частотах выше 4 ГГц, становится в противоречие с корпусом стандарта ATX. Корпуса системного блока коструктива BTX предполагалось выпускать в 3 форматах:

• Expandable Tower;

• Desktop;

• Small Form Factor.

При этом предусматривается 3 типоразмера материнской платы: BTX, microBTX и picoBTX. Они будут отличаться только шириной.

Следует отметить, что выпускаются и другие семейства ПК, не входящие в семейство PC и совмещенных с ними. Наиболее известные из них – ПК типа Macintosh, изготавливаемые фирмой Apple Computer Incorporation. Они основываются на CPU фирмы Motorola, а не Intel и имеют свои особенности. Однако все они занимают небольшую долю рынка.

Рассмотрим несколько подробнее перечисленные выше компоненты системного блока.

Системная или материнская плата.

Системная или материнская плата (Systemboard или Motherboard) персонального компьютера является основой системного блока, определяющей архитектуру и производительность компьютера. На современной материнской плате обычно располагаются следующие компоненты.

1. Процессор (ЦП или CPU). Поскольку современный процессор рассеивает мощность порядка 80 Вт и больше, то для его охлаждения на нем крепиться специальный вентилятор (Cooler).

2. Оперативная или основная память, которая используется для хранения ядра операционной системы, основных ее процедур и задач прикладного программного обеспечения. В современных компьютерах основная память реализуется главным образом на микросхемах динамической памяти типа DDR или DDR2 DRAM - Dual Data Rate Dynamic Random-Access Memory. Однако в ряде компьютеров используется динамическая память фирмы Rambus – DRDRAM.

Объем оперативной памяти может достигать нескольких гигабайт.

3. Постоянная или репрограммируемая память (ROM или Flash BIOS), объемом обычно 64 Кбайт. На ROM BIOS (Basic Input-Output System) возложено выполнение следующих четырех основных функций:

• Предоставление операционной системе драйверы (управляющие программы) основных устройств находящихся на системной плате и осуществление сопряжения между системной платой и остальными средствами PC (периферийными устройствами). Поэтому микросхема ROM BIOS должна всегда соответствовать типу конкретной системной плате, где она должна быть установлена.

• Осуществление тестовой проверки всех важнейших компонентов компьютера с помощью содержащейся в ней программе POST (Power On Self Test). Программа POST включает в себя 15-20 процедур, осуществляющих проверку:

- регистров процессора;

- контрольной суммы BIOS;

- работы таймера;

- контроллеров DMA;

- регенерации памяти и тестирование первых 64 Кбайт;

- контроллера прерываний и установка векторов;

- видеоадаптера;

- клавиатуры;

- тест памяти от 64 Кбайт до 640 Кбайт;

- тест памяти свыше 1 Мбайт;

и др.

Проверка сопровождается сообщениями об ошибках, как на экране монитора, так и звуковыми сигналами.

• Установление параметров BIOS и аппаратной конфигурации компьютера с помощью программы CMOS Setup (Complementary Metal Oxide Semiconductor). При этом, изменение конфигурации компьютера (например, информация о новом винчестере) записываются в специальную область памяти (и оттуда считываются в ROM BIOS), называемую CMOS RAM. Эта область памяти (емкостью 100…129 байт) располагается либо в виде отдельной микросхемы, либо, чаще, всего в настоящее время, в контроллере периферийных устройств, расположенном, как правило, в «южном мосте» ChipSet. Там же расположены часы-календарь (Real Time Clock).

Для того чтобы записанные значения не были потеряны, CMOS RAM обеспечивается питанием от аккумуляторной батареи, устанавливаемой в виде «большой таблетки» в специальный разъем на материнской плате. Она обеспечивает не только хранение установок CMOS Setup но и работу системного таймера.

Поэтому, если даже долго не включать компьютер, информация о конфигурации компьютера не пропадает.

• Начальная загрузка операционной системы через программу Bootstrap, которая инициируется, после успешного завершения программы проверки системы POST, по прерыванию INT 19H.

4. Набор системных микросхем (НМС или Chipset), связывающих CPU, основную электронную память и периферийные устройства в единую систему – компьютер. В них, кроме связующей логики, включаются такие контроллеры, как контроллеры прерывания, прямого доступа к памяти, контроллер шины, аудио-контроллер и др.

5. Кварцевый генератор синхронизации.

6. Элемент питания памяти установочных данных и таймера.

7. Интерфейсные схемы и разъемы шин расширения. Разъемы шин расширения – это стандартизированные разъемы для подключения к системной плате дополнительных печатных плат расширения, на которых располагаются микросхемы и другие электронные компоненты для согласования подсоединяемых к ядру процессора периферийных устройств не относящихся с стандартным ПУ (таким, например, как клавиатура, принтер, мышь). Микросхемы же интерфейса стандартных ПУ располагаются непосредственно на материнской плате. Однако вопрос о том, какие ПУ относить к стандартным, а какие нет, решается, разработчиками материнских плат по разному. Так на большинстве современных системных (материнских) плат устанавливают также: контроллеры НГМД; интерфейсы COM (COMmunication port – коммуникационный, последовательный) - и LPT (Line PrinTer – построчный принтер) - портов; 2..6 портов USB (Universal Serial Bus – последовательная универсальная шина); пару каналов АТА (Advanced Technology Attachment for Disk Drivers – технология подключения дисковых устройств в персональных компьютерах класса АТ т.е. IBM PC на процессорах 80286 и выше). Интерфейс АТА называют также интерфейсом IDE (Integrated Drive Electronics – устройство со встроенным контроллером), поскольку особенностью его является размещение контроллера в самом дисководе НЖМД. Иногда к ним добавляют и контроллеры SCSI (Small Computer System Interface – системный интерфейс малых компьютеров). Существуют и системные платы с интегрированными видео- и аудиоустройствами, адаптером локальной сети и прочими, обеспечивающие полную функциональность компьютера без всяких плат расширения. Цель размещения дополнительных контроллеров на системной плате – сокращение общего числа плат компьютера. Какая плата лучше – «голая» или с интегрированной периферией, - зависит от назначения компьютера. Интегрированные видео- и аудиоустройства, как правило, позволяют сделать компьютер дешевле, однако параметры его обычно бывают несколько хуже.

8. Схема формирования сброса системы по сигналу Power Good (питание в норме) от блока питания или кнопки Reset. Сигнал PG в 3-6 В вырабатывается через 0,1 - 0,5 с после включения питания при нормальных выходных напряжениях блока питания. При отсутствии этого сигнала на системной плате непрерывно вырабатывается сигнал аппаратного сброса процессора. Появление сигнала позволяет системе войти в нормальный режим работы. Этот сигнал должен сброситься раньше, чем пропадет напряжение +5 В при отключении блока. Отсутствие должной задержки сигнала при включении при включении и запаздывание при выключении может приводить к потере информации в CMOS и ошибкам при загрузке по включении питания. Нажатие кнопки Reset по действию почти эквивалентно замыканию PG на «схемную землю».

9. Регуляторы напряжения питания – VRM (Voltage Regulation Module). Как правило, это управляемые преобразователи напряжения +5В в более низкое, требуемое для современных низковольтных процессоров и интерфейсов.

10.Средства мониторинга состояния системного блока: измерителя скорости вращения вентиляторов и температуры процессора и других «горячих» компонентов; измерители питающих напряжений; сигнализаторы несанкционированного доступа и т.п. Эти средства позволяют программно (через загружаемое ПО или меню CMOS Setup) снимать показания измерителей и датчиков, а также при должной настройке вырабатывать прерывание, сигнализирующее о критических событиях, и даже предпринимать экстренные меры (вплоть до выключения питания при перегреве).

Выпускаемые промышленностью системные платы отличаются весьма большим разнообразием и производятся многими фирмами, разбросанными по всему миру. К наиболее известным фирмам производителям системных плат относятся:

• Intel Inc. (типа MS, CA и D);

• ASUSTeK Computer Inc. (типа ASUS);

• Gigabyte (типа GA);

• Micro-star (типа MS);

• Abit (типа Abit);

и др.

Пример размещения, описанных выше компонентов, на системной плате современного персонального компьютера приведен на рис. 12.2.

Рис.12.2 Пример схемы размещения компонентов на системной плате.

ChipSet или набор микросхем (НМС)

Архитектуру любой системной платы и ее функциональные возможности во многом определяет так называемый чипсет (ChipSet).

Chipset – это набор микросхем (НМС), расположенный на системной (материнской) плате, для обеспечения обмена информацией между центральным процессором, электронной памятью и периферийными устройствами компьютера.

Chipset определяет функциональные возможности системной платы:

- тип устанавливаемых процессоров;

- тип и объем оперативной памяти, а также кэш-L3;

- тактовую частоту системной шины;

- другие поддерживаемые шины и т.п.

От применяемого набора микросхем Chipset существенно зависят параметры компьютера, включая уровень его производительности. При этом разброс его производительности при использовании одинаковых компонентов: CPU, ОЗУ, видеокарты, жесткого диска и т.п., но разных системных плат и Chipset может достигать 30%. В начале развития ПК микросхем в наборе насчитывалось до 50 штук, и они не носили название Chipset. В ПК последних лет (2003…2006 г.) Chipset состоит из 3, 2 или даже одной микросхемы, но большей частью фирмы выпускают Chipset, состоящие из 2 микросхем.

В настоящее время Chipset изготавливаются большим количеством фирм весьма разнообразных типов. Все они имеют свои достоинства и недостатки, поэтому однозначно классифицировать Chipset нельзя. Можно только сказать, что хорошие Chipset отличаются, прежде всего, возможностью более гибкого конфигурирования через CMOS Setup.

Перечислим наиболее известные фирмы, изготавливающие микросхемы Chipset:

• Intel (Integrated Electronic) –наборы последних лет: i925x Express, i955х Express, набор, совместимый с двуядерным МП Pentium Extreme Edition 840, а также появившемся в середине 2006 г., набором i975x.

• VIA (Virtual Interface Architecture) – наборы: PT800, PT894, PT894 Pro;

• SiS (Silicon integrated Systems Corporation) – наборы: SiS656, SiS656FX, SiS756, SiS761GX;

• AMD (Advanced Micro Device) – наборы: AMD-750, AMD-760, AMD-760MP.

• NVIDIA - наборы: nForce4 SLI, GeForce6100 IGP

К настоящему времени (2006 г.) подавляющее большинство наборов микросхем Chipset состоит из двух микросхем, которые получили условное название «северного моста» (North Bridge) и «южного моста» (South Bridge), (по их типовому расположению на блок-схеме – вверху и внизу), и эта архитектура получила название «мостовой».

Обобщенная архитектура современных (2002…2006 г.) НМС и их связь с функциональными основными устройствами компьютера изображена на рис.12.3. (По сути, на этом рисунке изображена архитектура типовой системной платы современного компьютера).

Рис.12.1 Типичная архитектура современной системной платы.

Здесь:

• North Bridge - северный мост или главный концентратор.

• South Bridge – южный мост или концентратор ввода/вывода.

• CPU – центральный процессор компьютера.

В состав «северного моста» обычно включаются контроллеры системной шины, шины памяти и шины AGP (Accelerated Grafic Port). Раньше, при связи мостов через шину PCI, в состав «северного моста» включался и контроллер шины PCI. Иногда к этому списку добавляется еще и графический контроллер. Таким образом, эта микросхема отвечает за согласованную работу CPU, ОЗУ, Видеоадаптера и, еще совсем недавно, шины PCI. В «южный мост» вошли контроллеры шины IDE (Integrated Drive Electronic – устройства со встроенным контроллером, в основном это HDD (Hard Disk Drive)), а также контроллеры клавиатуры и мыши PS/2, DMA (Direct Memory Access – прямой доступ к памяти), контроллеры прерываний и часов реального времени. Позднее, по мере развития архитектуры ПК, к этому стандартному списку добавились несколько контроллеров USB (Universal Serial Bus), сетевой MAC-контроллер (MAC – Media Access Control – управление доступом к среде передачи) и контроллер шины AC’97 (Audio Codec'97 – стандарт аудио-канала). В дальнейшем к «южному мосту» НМС стала подключаться шина LPC (Low Pin Count – шина с малым числом выводов). Эта шина разработана как замена шины ISA (Industry Standard Architecture), долгое время служившей для подключения периферийных низкоскоростных устройств. Появилась также шина SMBus (System Management Bus – последовательная специальная шина для связи процессора с внутренними устройствами, например, устройством теплоконтроля или специальной памятью процессорной информации). Иногда в «южный мост» встраивается контроллер Super I/O (обеспечивает поддержку низкоскоростных интерфейсов ввода/вывода – двух последовательных портов (в том числе инфракрасного порта), одного параллельного порта и интерфейса для подключения флоппи-дисков). В «южный мост» может быть включен, также, звуковой контроллер, а в последнее время – и контроллер шины IEEE-1394 (Стандарт последовательной высокоскоростной шины, часто именуемый шиной FireWire – “огненный провод»). Эта шина особенно удобна как шина «домашней сети», объединяющей всю бытовую и компьютерную технику в единый комплекс. Таким образом, «южный мост» отвечает за согласование работы устройств, объединяемых «северным мостом» с периферийными устройствами, работа которых характеризуется относительно низкими потоками информации. Конечно, подобное деление функций между «северным» и « южным» мостами является в значительной степени условным и может отличаться при использовании различных НМС. Кроме того, в архитектуре современных НМС, в реальных условиях работы, существуют достаточно сложные перекрестные связи, вызванные необходимостью обеспечения доступа CPU и устройств шин PCI (Peripheral Сomponents Interconnect – подсоединение периферийных компонентов), а также AGP к ОЗУ, функций PnP (Plug and Play) для модулей DIMM, поддержкой ACPI (Advanced Configuration and Power Interface – улучшенный интерфейс конфигурации и питания), работой SMBus и т.д. Все это усложняет внутреннюю структуру микросхем МНС, их взаимодействие и функциональную связь с остальными элементами системы компьютера, требует использования кэширования, арбитража и т.д.

Как было упомянуто выше, еще несколько лет тому назад связь между южным и северным мостом осуществлялась через шину PCI, и такое соединение набора микросхем получило название мостовой архитектуры.

Однако, наряду с НМС (ChipSet) с мостовой архитектурой в последнее время появились также наборы микросхем с концентраторной архитектурой. Разница между этими типами МНС заключается в том, что в последних контроллер шины PCI включен в состав «южного» моста, а данные между мостами передаются по специальному внутреннему интерфейсу с более высокой пропускной способностью, чем у PCI-шины (на сегодня - до 1,2 Гбайт/с против 133 Мбайт/с). При этом, «северный» мост у них стал называться «главным концентратором», а «южный» - «концентратором ввода/вывода». Однако новой терминологии строго придерживается практически только ее автор – корпорация Intel. Другие производители НМС по-прежнему часто называют концентраторы мостами.

Что касается шины PCI, то для нее уготована роль шины контроллеров периферийных устройств, которую выполняла до недавнего времени постепенно вытесняемая из архитектуры компьютеров шина ISA (Industry Standard Architecture).

Шины системной платы.

Рассмотрим несколько подробнее типы используемых в персональных компьютерах шинах.

Системная шина или шина процессора (иногда ее называют еще «фронтальной» шиной), которая является самой быстродействующей шиной компьютера. Физическая тактовая частота, определяемая непосредственно генератором синхроимпульсов, в современных компьютерах достигает 100, 133 и 200 МГц. Эффективная частота FSB (Front Side Bus), при этом, равна 200, 266 и 400 МГц, при использовании микросхем оперативной памяти типа DDR SDRAM (Dual Data Rate SDRAM). А при использовании микросхем DDR2 SDRAM (технология Quad Pumping – приближенный перевод: учетверенная накачка), соответственно 400, 533 и 800 МГц. Однако, следует отметить, что процессор Pentium 4 Extreme Edition выпускался и с эффективной тактовой частотой, равной 1066 МГц (при физической тактовой частоте системной шины – 266 МГц).

Примером современной системной шины может служить шина AGTL+ для процессоров Intel Pentium 4. Физическая тактовая частота шины 100 МГц, эффективная – 400 МГц. Ширина шины 64 бит, пропускная способность 3,2 Гбайт/с.

Шина памяти. Наиболее распространенной шиной памяти в настоящее время является шина DDR SDRAM. Физическая тактовая частота этой шины 100, 133 или 166 МГц, эффективная соответственно 200, 133 или 333 МГц (двукратное ускорение). Ширина шины памяти 64 бита, максимальная пропускная способность 1,6; 2,1 или 2,7 Гбайт/с.

Модули DDR SRAM памяти, работающие на физической тактовой частоте 100/133/166 МГц, обозначаются как «DDR200/266/333 или, соответственно, PC1600/2100/2700 - модули». Следует иметь в виду, что пропускная способность системной шины и шины памяти должна быть одинаковой – в противном случае либо системная шина, либо шина памяти будет «тормозить» работу системы в целом. Однако в последнее время модули DDR SRAM все больше уступают место модулям DDR2 SRAM, которые имеют почти в два раза большее быстродействие.

Шина AGP (Acctlerated Graphic Port) – ускоренный графический порт.

Эта шина связывает видеоадаптер (видеокарту) видеосистемы с CPU и оперативной памятью компьютера. Отметим, что эта шина не является шиной расширения, как например шина PCI, а является специализированным портом подключения графического акселератора. Физическая тактовая частота шины 66 МГц, эффективная – 66, 133, 266 МГц в 1Х/2Х/4Х – режиме. Ширина шины 32 бит, пропускная способность соответственно 266, 533, 1066 Мбайт/с. Последний вариант шины – AGP 8X, имеет пиковую скорость пересылки информации - 2,1 Гбайт/с. Отметим, что шина AGP должна быть всегда быстрее шины памяти, иначе шина памяти будет замедлять скорость работы видеосистемы при обработке больших массивов графических данных. Следует заметить, что в последних НМС шина AGP начинает заменяться более быстродействующей шиной PCI Express (PCIe). Производительность ее разновидностей выглядит следующим образом: PCIe×1 → 250 Мбайт/с; PCIe×16 → 4 Гбайт/с, при этом обмен информацией осуществляется одновременно в обе стороны.

Сам видеоадаптер в общем случае включает в себя следующие основные узлы:

1) видеопамять для хранения кодового массива цифрового изображения (в современных видеоадаптерах видеопамять достигает до 128 Мбайт).

2) специализированный видеопроцессор (графический сопроцессор), реализующий все необходимые алгоритмы обработки цифрового изображения (проведение линий между двумя точками, текстурирование элементов изображений, перемещения и повороты двумерных и трехмерных элементов изображений, т.е. то, что ранее выполнял CPU программным путем);

3) ROM Video BIOS, в котором хранится расширение BIOS, предназначенное для управления видеосистемой PC;

4) DAC (Digital-to-analog converter), который преобразует цифровые данные, хранящиеся в видеопамяти, в аналоговые видеосигналы, подаваемые в монитор.

5) схемы интерфейса с шиной AGP или PCIe;

6) тактовые генераторы.

Цифровое изображение в виде матрицы N×M n-разрядных чисел формируется CPU и заносится в видеопамять видеоадаптера. Та часть видеопамяти, которая отведена для хранения цифрового образа текущего изображения, называемого видеокадром, называется кадровым буфером (frame buffer). Содержимое ячеек памяти кадрового буфера последовательно считывается (сканируется) и на выходе видеоадаптера формируется видеосигнал, подаваемый в монитор, уровень которого в каждый момент времени пропорционален значению, хранящемуся в отдельной ячейке.

Внутренняя шина Chipset.

В качестве внутреннего интерфейса – шины связывающей «северный» и «южный» мосты, как уже говорилось, раньше использовалась шина PCI, однако, в связи с ее невысокой пропускной способностью, в настоящее время разработан ряд специальных внутренних шин. Например, фирмой Intel, для соединения главного концентратора и концентратора ввода/вывода в НМС производства Intel, разработана внутренняя шина Hub Interface. Физическая частота этой шины 66 МГц, эффективная – 266 МГц (четырехкратное ускорение), ширина 8 бит, пропускная способность 266 Мбайт/с.

Вторым примером может служить внутренняя шина MuTIOL от фирмы SiS, которая используется для соединения «северного» и «южного» мостов в НМС производства SiS. Особенностью этого интерфейса является то, что он выделяет для каждого контроллера ввода/вывода свой собственный независимый канал с постоянной пропускной способностью для обмена данными с «северным» мостом и обеспечивает параллельную передачу данных в обоих направлениях – от «северного» моста к «южному» и наоборот. Каждая из двух «половинок» интерфейса MuTIOL имеет ширину 8 бит, физически тактируется частотой 133 МГц (во внешнем исполнении), или 300МГц во внутреннем, и работает в режиме двукратного ускорения, вследствие чего эффективная тактовая частота составляет 266 и 600МГц. Он имеет максимальную пропускную способность 266Мбайт/с. А в сумме максимальная пропускная способность интерфейса MuTIOL составляет 533 Мбайт/с (1,2 Гбайт/с) при общей ширине шины 16 бит. Пропускная способность внутреннего интерфейса должна быть такой, чтобы при параллельной работе устройства ввода/вывода (PCI-адаптеры/контроллеры, жесткие диски, IEEE-1394 и USB – устройства и т.д.) не простаивали из-за задержек в обмене данными с главным концентратором или «северным» мостом.

Шина PCI

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect) – соединение периферийных компонентов, шина расширения. В современных системных платах с хабовой архитектурой шину PCI отодвинули на периферию, не ущемляя ее в мощности канала связи с процессором и памятью, но и не нагружая транзитным трафиком устройства других шин.

Шина PCI является синхронной – фиксация всех сигналов выполняется по положительному фронту сигнала CLK. Номинальной частотой синхронизации является 33 МГц. Начиная с версии 2.1, допускается повышение частоты до 66 МГц, при согласии всех устройств на шине.

Номинальная разрядность шины данных – 32 бита, однако спецификация позволяет расширение разрядности до 64 бит. При частоте 33 МГц теоретическая пропускная способность достигает 132 Мбайт/с для 32 разрядной шины и 264 Мбайт/с для 64 разрядной; при частоте 66 МГц – 264 и 528 Мбайт/с соответственно. В современных компьютерах часто эта шина остается невостребованной.

Шина LPC

Шина LPC (Low Pin Count –малое число выводов) - имеет всего 7 обязательных сигналов. Этот интерфейс введен для подключения контроллеров ввода/вывода, ранее подключавшихся к отправленной в отставку шине ISA (Industry Standard Architecture). Интерфейс LPC предназначен, таким образом для локального подключения контроллеров НГМД, последовательных и параллельных портов, клавиатуры, аудио-кодека, BIOS, и т.п.

Интерфейс имеет 32 битную адресацию памяти, что обеспечивает доступ к 4 Гбайт памяти. 16 битная адресация портов обеспечивает доступ ко всему пространству 64К портов. При наличии буферов FIFO интерфейс наиболее выгодно использовать в режиме DMA. В этом случае главным потребителем будет параллельный LPT – порт (Line PrinTer - построчный принтер). При скорости передачи данных 2 Мбайт/с, он займет 47% полосы интерфейса. Следующим будет инфракрасный порт – 4 Мбит/с (11,4%). Остальным устройствам (контроллер НГМД, COM – порт, аудио-кодек) требуются еще меньшие доли. В результате они занимают до 75% полосы при одновременной работе. Отметим, что флэш-память для хранения системной BIOS в последнее время стали помещать в специальный хаб (Firmware hub), соединяемый с «южным мостом» (хабом) отдельной шиной (аналогичной LPC). Хотя флэш-память может подключаться и прямо к шине LPC.

Шина USB

USB – (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина). Шина USB относиться к последовательным шинам (как и другая последовательная шина IEEE 1394 (FireWire – огненный провод), а также шина FCAL (Fibre Channel Arbitrated Loop – кольцо волоконного канала с арбитражем) ), которые в последнее время являются наиболее перспективными для подключения к компьютеру периферийных устройств. Последовательные шины позволяют объединить множество устройств, используя всего 1-2 пары проводов. В последовательных шинах нет отдельных линий для данных, адреса и управления – все протокольные функции приходится выполнять, пользуясь одной (в USB) или двумя (FireWire) парами сигнальных проводов или парой оптических волокон (Fibre Channel). Это накладывает отпечаток на построение шинного протокола, который в последовательных шинах строится на пересылки пакетов – определенным образом организованных цепочек бит. Пакет пересылается только целиком. Эти и другие особенности сближают последовательные шины с локальными сетями передачи данных. Шины USB и FireWire обе обеспечивают простое подключение большого числа ПУ (127 для USB и 63 для FireWire), допуская коммутации и включение/выключение устройств, при работающей системе. По структуре топология обеих шин достаточно близка, но FireWire допускает большую свободу и пространственную протяженность. Обе шины имеют линии питания устройств, но допустимая мощность для FireWire значительно выше. Обе шины поддерживают технологию PnP (автоматическое конфигурирование при включении/выключении) и снимают проблему дефицита адресов, каналов DMA и прерываний.

Шина USB – ориентирована на периферийные устройства, подключаемые к PC. Изохронные передачи USB позволяют передавать цифровые аудио-сигналы, а USB 2.0 способна нести и видеоданные. Все передачи управляются централизованно, и PC является необходимым управляющим узлом, находящимся в корне древовидной структуры шины. Адаптер USB входит в состав всех современных Chipset системных плат. (Первое время адаптеры USB 2.0 выпускались в виде карт PCI). Непосредственное соединение нескольких PC шиной USB не предусматривается, хотя выпускаются «активные кабели» для связи пары компьютеров и устройства концентраторы.

Шина FireWire

Шина USB (стандарт IEEE 1394) – ориентирована на устройства бытовой электроники, которые с ее помощью могут быть объединены в домашнюю единую сеть. К этой сети может быть подключен компьютер, и даже не один. Принципиальным преимуществом FireWire является отсутствие необходимости в специальном контроллере шины (компьютере). Любое передающее устройство может получить полосу изохронного трафика и начинать передачу по сигналу автономного или дистанционного управления – приемники «услышат» эту информацию.

Шина IDE

Шина IDE – (Integrated Drive Electronics) или, по другому - шина ATA (Advanced Technology Attachment for Disk Drive). Этот интерфейс был разработан еще в конце 90-х годов для подключения накопителей на жестких магнитных дисках. Особенностью его является размещение стандартного для АТ контроллера жесткого диска непосредственно на плату электроники накопителя с сохранением регистровой модели. Поскольку стандартный контроллер АТ позволял подключать до двух накопителей, эту возможность получил и интерфейс АТА. Однако достаточно универсальный набор сигналов позволяет подключать через этот интерфейс любое устройство со встроенным контроллером, которому в пространстве портов ввода/вывода достаточно того же набора регистров.

Дисковод НЖМД (HDD – Hard Disk Drive).

НЖМД - накопитель на жестком магнитном диске или винчестер. Он представляет собой внешнюю магнитную память ПК, емкостью, в настоящее время, до 100…120 Гбайт. В ней храниться все программное обеспечение, как операционной системы, так и основного архива прикладных пользовательских программ.

Дисковод НГМД (FDD – Floppy Disk Drive).

НГМД – накопитель на гибком магнитном диске, являющийся внешней памятью ПК, емкостью, как правило, 1,44 Мбайт, которая служит обычно для временного хранения прикладных пользовательских программ и для оперативного переноса информации между системами ее обработки.

Дисководы CD и DVD (Compact Disk и Digital Versatile Disk).

CD и DVD – оптические внешние запоминающие устройства, основанные на принципе записи и считывания информации лазерным лучом на поверхности специального носителя, изменяющего свое состояние при записи, и модулирующего отраженный лазерный луч при считывании. Емкость одного диска в таких запоминающих устройствах составляет от 650 Мбайт (CD –диски) до 9,4 Гбайт (DVD –диски).

Блок питания с системой охлаждения.

Блок питания персонального компьютера преобразует внешнее напряжение переменного тока 110/230 В и частотой 50/60 Гц во внутренние постоянные и стабилизированные напряжения компьютера, обычно 3,3 В, 5 В и 12 В, необходимые для его нормальной работы. Мощность блока питания зависит от назначения корпуса системного блока и лежит в диапазоне от 150-300 Вт для обычных персональных компьютеров до 350-750 Вт для мощных серверов. Охлаждение всего системного блока осуществляется от специального вентилятора, расположенного в блоке питания, на который подается напряжение 12 В.

Монитор (Monitor)

Монитор является блоком визуального отображения информации о состоянии компьютера, его операционной системы и прикладного программного обеспечения, а также результатов их функционирования.

В настоящий момент распространены два основных типа мониторов:

• мониторы на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ-мониторы);

• жидко – кристаллические мониторы (ЖК-мониторы).

ЭЛТ-мониторы исторически самые первые, достигли пика своего развития, по цветопередаче имеет до сих пор преимущество перед ЖК-мониторами, обладают большей яркостью изображения, кроме того, наблюдаемое на них изображение менее зависит от угла зрения пользователя, и нет никакой проблемы в вытирании пыли и пятен на отображающей поверхности. Кроме того, на настоящий момент, они в два раза дешевле.

Однако, производство ЖК-мониторов находится на самом подъеме своего развития и стоимость их постоянно падает. В то же время они гораздо легче и компактнее, занимают значительно меньше места на рабочем столе пользователя и могут достаточно просто быть закреплены на стене.

Клавиатура (Keyboard)

Клавиатура - это устройство, позволяющее оперативно, непосредственно вводить символьную информацию в память компьютера. Типов клавиатур к настоящему времени разработано очень много, как по числу используемых клавиш, так по конструктивному исполнению, вызываемому, в основном, соображениями эргономики. По числу клавиш существуют 83, 84, 101/102, 105/106 и даже 122-клавишные модели. Однако, в настоящее время преобладают модели с 101/102 клавишами, которые стали современным стандартом.

Мышь (Mouse)

Мышью называется манипулятор, который передает в систему информацию о своем перемещении по плоскости и нажатии кнопок (двух, трех, а в современных моделях и больше). Конструкций мышей разработано также очень много как механических, так и оптических, контактных и бесконтактных, различающихся по цене в десятки раз.

Аудиосистема (Audio channel)

Аудиосистема – подсистема PC, позволяющая генерировать аудио-сигналы (речь, музыку), а также воспринимать их от внешних устройств, преобразуя в цифровой код и запоминая в памяти в виде массива чисел. Современная аудиосистема строится по стандарту АС'97, который включает в себя интерфейс АС-Link и ) представляет собой универсальное решение для построения звуковых карт и модемов, предложенное фирмой Intel в 1997 году и усовершенствованное в 2000 году. Аудиосистема на основе АС`97 имеет структуру, приведенную на рис.XII.2.

В соответствии со спецификацией АС`97 в звуковой системе функции обработки аналоговых и цифровых сигналов разделены между двумя устройствами: звуковым кодеком (АС`97) – аналоговой микросхемой ввода/вывода – и цифровым контроллером (Digital Controller АС`97). Соединяются эти устройства с помощью специального цифрового интерфейса АС-Link. На материнских платах современных PC цифровой контроллер аудиосистемы включен в состав «южного моста» Chipset, а кодек АС`97 представляет собой микросхему в 48-выводном корпусе с унифицированным назначением выводов. Эта микросхема выполняет аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразования, микширование, аналоговый ввод и вывод сигналов для аудиосистемы и модема. Он также выполняет необходимые преобразования частот дискретизации.

Поскольку аналоговая и цифровая микросхемы соединяются друг с другом при помощи цифровой линии связи, невосприимчивой к типичным внутри корпуса PC электрическим помехам, качество звука будет значительно выше (отношение сигнал/шум составит не менее 90 дБ).

Рис.XII.2 Структура аудиосистемы на базе АС`97

В спецификации АС`97 предусмотрена возможность расширения архитектуры системы и построения многофункциональной системы для PC, выполняющей звуковые и телекоммуникационные функции. В состав такой системы, помимо цифрового контроллера, может входить звуковой кодек, комбинированный кодек (Audio Modem Codec, AMC) или два раздельных кодека: звуковой кодек и кодек модема (Modem Codec, MC). Изменение (расширение) конфигурации многофункциональной системы осуществляется с помощью ризер-карт. Корпорацией Intel разработана спецификация Audio Modem Riser (AMD), в соответствии с которой звуковая ризер-карта устанавливается в специальный слот AMR. Цифровой интерфейс AC-Link поддерживает обмен информацией последовательным кодом.