ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
СЕВЕРО - КАВКАЗСКИЙ ГОРНО - МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
Кафедра «Информационные системы в экономике»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Курс лекций по дисциплине интеллектуальные информационные системы
По теме:
«Архитектура персонального компьютера»
Для студентов специальности 080801.65 «Прикладная информатика в экономике»
Владикавказ 2010
УДК
ББК
Леонтьев А.В., Агаев В.С.
Методические указания к курсу лекций по дисциплине интеллектуальные информационные системы по теме: «Архитектура персонального компьютера» / А.В.Леонтьев, В.С. Агаев − Владикавказ: Терек, 2010. – 113 с.
Методические указания к курсу лекций по дисциплине интеллектуальные информационные системы предназначены для получения и закрепления теоретического материала, формирования знаний о функционально-комплектующих частях персонального компьютера, их типологиях и функциональных качествах. Рекомендовано для студентов специальности 080801.65 «Прикладная информатика в экономике».
УДК
ББК
Редактор:
Компьютерная верстка:
© Леонтьев А.В., Агаев В.С. 2010
©Издательство «Терек» СКГМИ (ГТУ), 2010
Подписано в печать ___________ Формат 60×84
.
Бумага офсетная. Гарнитура «Таймс».
Печать на ризографе. Усл. п.л. ____ Тираж
_____. Заказ №_____
Отпечатано в отделе оперативной полиграфии СКГМИ (ГТУ).
362021, Владикавказ, ул. Николаева, 44.
Оглавление
1. Архитектура ЭВМ 4
1.1. Общая структура персонального компьютера 4
1.2. Система прерываний 8
2. Классификация ПК 9
3. Архитектура системного блока 11
3.1. Микропроцессоры 13
3.1.1. Структура типового микропроцессора 13
3.1.2. Процессоры Intel 15
3.1.3. Процессоры AMD 26
3.1.4. Описание устройства процессора Prescott 29
3.2. Чипсет 42
3.2.1. Чипсеты Intel 44
3.2.3. Чипсеты NVIDIA 49
3.3. Модули BIOS 54
3.4. Оперативная память 55
3.5. Шины 58
3.6. Видеоадаптеры 67
3.6.1 Архитектура стандартной графической карты SVGA 68
4. Дисковые накопители 79
4.1. Характеристики 80
4.2. Устройство ЖД 82
4.3. Низкоуровневое форматирование 86
4.4. Геометрия магнитного диска 86
4.5. Резервные секторы 87
4.6. Адресация данных 88
4.7. Технологии записи данных 89
4.8. Метод тепловой магнитной записи 89
5. Коммуникационные порты 91
5.1. Последовательный порт RS-232C 91
5.2. Последовательный порт, RS-422/485 92
5.3. Игровой порт, Game Port 93
5.4. Параллельный порт, Centronics 93
5.5. Последовательный высокоскоростной порт FireWire, IEEE 1394 94
5.6. Последовательный инфракрасный порт IrDA (Infrared Data Association) 95
5.7. Интерфейс беспроводной связи Bluetooth 97
5.8. Последовательные (serial) LPT порты 98
5.9. Параллельные (parallel) COM порты 98
5.10. Последовательный порт PS/2 98
5.11. Порт универсальной последовательной шины, USB (Universal Serial Bus) 99
6. Форм-фактор 102
Контрольные задания. 103
Контрольные вопросы. 105
Практическая часть. 106
1. Архитектура эвм
1.1. Общая структура персонального компьютера
Архитектура персонального компьютера (ПК), т.е. его логическая структура, дающая общее представление о входящих в состав компьютера устройствах и функциональных взаимосвязях между ними, изображена на рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема персонального компьютера.
Главная отличительная черта архитектуры IBM совместимых ПК состоит в наличии системной шины (шины ввода-вывода), посредством которой взаимодействует и обменивается информацией микропроцессор с периферийными устройствами. Системная шина является узким местом ПК, потенциально ограничивая его производительность. Это объясняется тем, что в каждый момент времени посредством системной шины могут обмениваться информацией только два устройства, остальные же вынуждены простаивать. Если системная шина обладает малой пропускной особенностью, то положение еще более усугубляется, однако такое архитектурное решение в ПК себя полностью оправдывает простотой и экономичностью.
Основная память в ПК образуется совокупностью постоянной или полупостоянной (содержащей BIOS) и оперативной (хранящей выполняемые программы и данные, непосредственно участвующие в операциях) памяти. Это единственные устройства, к которым микропроцессор способен обращаться непосредственно, без использования системной шины как тракта передачи данных. Обмен информацией между микропроцессором и всеми другими — периферийными — устройствами производится через системную шину.
Под периферийным понимают любое устройство, конструктивно отделенное от его центральной части (микропроцессора и основной памяти), имеющее собственное управление и выполняющее запросы микропроцессора без его непосредственного вмешательства. Таким образом, микропроцессор осуществляет только общее управление процессом обмена данными — всю черновую работу выполняет периферийное устройство.
Однако непосредственная организация обмена информацией между оперативной памятью и периферийными устройствами все же ложится в ПК на плечи микропроцессора. Именно через него перекачиваются все данные из оперативной памяти в периферийное устройство и обратно. Поэтому микропроцессор во время обмена не способен выполнять какую-либо другую работу, что также отрицательно сказывается на общей производительности компьютера, не позволяя совместить во времени вычисления и выполнение операций обмена. В ПК имеется и система прямого доступа к памяти, отчасти решающая эту проблему в отношении быстродействующих периферийных устройств — прежде всего дисковых накопителей, увеличивая к тому же скорость обмена. Микропроцессор способен обмениваться только небольшими порциями данных, а система прямого доступа к памяти — целыми блоками. Если обмен осуществляется с использованием этой системы, микропроцессор только инициирует операцию обмена, после чего может перейти к другой работе.
По функциональному признаку периферийные устройства делятся на две основные группы — внешние запоминающие устройства и устройства ввода-вывода.
Состав периферийных устройств может сильно меняться и определяется, главным образом, задачами, стоящими перед компьютером.
По степени важности для ПК периферийные устройства делятся на основные и дополнительные (факультативные). Основные периферийные устройства являются неотъемлемой составной частью любого компьютера. К ним относятся монитор, клавиатура и, как минимум, одно внешнее запоминающее устройство. Остальные периферийные устройства, без которых в принципе можно обойтись, считаются дополнительными.
Периферийные устройства подсоединяются к системной шине не напрямую. Так, основные периферийные устройства подключаются через цепочку адаптер (контроллер) периферийного устройства — порт ввода-вывода.
Адаптер (контроллер) периферийного устройства выполняет две основные функции:
1) осуществляет непосредственное управление периферийным устройством по запросам от микропроцессора, освобождая тем самым последний от выполнения рутинных операций;
2) обеспечивает согласование интерфейса периферийного устройства (который зависит от его типа и производителя) с системной шиной.
Термины «адаптер» и «контроллер» в первом приближении можно считать синонимами. Однако контроллер несет большую управляющую нагрузку, чем адаптер, который реализует, в основном, несложные согласования.
Порт ввода-вывода выполняет роль «места» на системной шине, к которому подключается адаптер (контроллер) периферийного устройства. Каждый порт имеет свой адрес, аналогичный адресу в оперативной памяти, но содержащийся в другом адресном пространстве. Одному периферийному устройству может быть приписано несколько портов ввода-вывода, каждый из которых имеет свое назначение.
Адаптеры и контроллеры основных периферийных устройств стандартно встраиваются в ПК.
Дополнительные периферийные устройства могут подключаться к ПК через свои адаптеры (контроллеры), устанавливаемые в имеющиеся в компьютере гнезда расширения, либо через коммуникационные порты (port), играющие роль адаптеров и поддерживающие стандартные интерфейсы. По сути коммуникационный порт — это универсальный адаптер. Чтобы быть подключенным к коммуникационному порту некоторого типа, периферийное устройство должно обладать тем же интерфейсом.
В современном компьютере достаточно много различных разъемов для подключения внешних устройств. Некоторые из них устарели, некоторые только внедряются. Порты можно классифицировать по следующим характеристикам:
последовательный или параллельный,
однонаправленный или двунаправленный,
синхронные или асинхронные,
соединяет только два устройства или работает как шина,
максимальная пропускная способность.