Лабораторні роботи з курсу «Комп'ютерна схемотехніка та архітектура комп'ютерів»

№		Тема роботи
1.		«Системні плата комп'ютера. Призначення модулів »
2.		«BIOS. Базова система введення-виведення »
3.		«Файлова система. Структура сектора жорсткого диска »
4.	«Структура жорстких дисків. Діагностика помилок на прикладі HDD Scan »
5.	«Оперативна пам'ять. Тестування оперативної пам'яті за допомогою програми MemTest86 + »
6.	«Розрахунок охолодження CPU»
7.	«Архітектура відеоадаптерів. Розрахунок параметрів відеоадаптерів »
8.	«Звукові карти»
9.	«Модем. Види модуляції »
10.	Напівпровідникові прилади: діод, стабілітрон і тиристор»
11.	«Біполярні та польові транзистори»
12.	«Розрахунок параметрів польового транзистора з керуючим р-n переходом»
13.	«Вивчення логічних елементів електронних схем комп’ютерів»
14.	«Експериментальні дослідження комбінаційних схем у програмах Electronics Workbench та Multisim»
15.	«Експериментальні дослідження дешифраторів та мультиплексорів у програмах Electronics Workbench та Multisim»
16.	«Експериментальні дослідження тригерів у програмах Electronics Workbench та Multisim»
17.	«Лічильники імпульсів»
18.	«Регістри»
19.	«Підключення зовнішньої пам'яті до мікроконтролера Intel 8051 і її тестування»
20.	«Організація заданих інтервалів часу на базі мікроконтролера Intel 8051»
21.	«Основи організації послідовного порту»
22.	«Вивчення Принципів роботи цифроаналогових перетворювачів»
23.	«Вивчення принципів роботи аналого-цифрових перетворювачів»
24.	«Дослідження широтно-імпульсної модуляції, реалізованої мікроконтролером МК-52»
25.	«Оптоелектронні прилади та пристрої»

Лабораторна робота №1

Тема: «Системна плата компьютера.Назначення модулів»

Мета роботи: Вивчення архітектури системної плати персонального комп'ютера, шин і роз'ємів. Отримання практичних навичок в діагностиці системної плати за допомогою мультиметра.

Зв'язок між усіма власними і підключеними пристроями материнської плати виконують її шини і логічні пристрої, розміщені в мікросхемах мікропроцесорного комплекту (чіпсета). Від архітектури цих елементів багато в мно¬гом залежить продуктивність комп'ютера.

ISA. Історичним досягненням комп'ютерів платформи IBM PC стало впровадження майже двадцять років тому архітектури, що отримала статус промислового стандарту ISA (Industry Standard Architecture). Вона не тільки дозволила зв'язати всі пристрої системного блоку між собою, а й забезпечила просте підключення нових пристроїв через стандартні роз'єми (слоти). Пропускна здатність шини, виконаної за такою архітектурі, становить до 5,5 Мбайт / с, але, незважаючи на низьку пропускну здатність, ця шина продовжує використовуватися в комп'ютерах для підключення порівняно «повільних» зовнішніх пристроїв, наприклад звукових карт і модемів. У РС XT вона мала розрядність даних 8 біт та адреси - 20 біт, працювала на частоті 5 МГц. У РС AT шину розширили до 16 біт даних і 24 біт адреси. Ця 16-розрядна шина працює на частоті 8 МГц. Конструктивно шина виконана у вигляді двох щілинних роз'ємів (слотів) з кроком висновків 2,54 мм (0,1 дюйма). Підмножина ISA-8 використовує тільки 62-контактний слот (ряди А, В), в ISA-16 застосовується додатковий 36-контактний слот (ряди С, D).,

EISA. Розширенням стандарту ISA став стандарт EISA (Extended ISA), що відрізняється розширенням розрядності до 32 біт, збільшеним роз'ємом і збільшеною продуктивністю (до 32 Мбайт / с). Ця шина працює на частоті 8 МГц.

Як і ISA, в даний час даний стандарт вважається застарілим. Після 2000 року випуск материнських плат з роз'ємами ISA / EISA і пристроїв, що підключаються до них, припиняється. Але ці шини продовжують широко використовуватися в промислових комп'ютерах і контролерах, що виконують функції управління.

PCI. Інтерфейс PCI (Peripheral Component Interconnect - стандарт підключення зовнішніх компонентів) був введений в персональних комп'ютерах, виконаних на базі процесорів Intel Pentium. За своєю суттю це теж інтерфейс локальної шини, яка зв'язує процесор з оперативною пам'яттю, в яку врізані роз'єми для підключення зовнішніх пристроїв. Для зв'язку з основною шиною комп'ютера (ISA / EISA) використовуються спеціальні інтерфейсні перетворювачі - мости PCI (PCI Bridge). У сучасних комп'ютерах функції моста PCI виконують мікросхеми мікропроцесорного комплекту (чіпсета).

Даний інтерфейс підтримує частоту шини 33 МГц і забезпечує пропускну здатність 132 Мбайт / с. Останні версії інтерфейсу підтримують частоту до 66 МГц і забезпечують продуктивність 264 Мбайт / с для 32-розрядних даних і 528 Мбайт / с для 64-розрядних даних.

Важливим нововведенням, реалізованим цим стандартом, стала підтримка так званого режиму plug-and-play, згодом оформився в промисловий стандарт на самоустановлювальні пристрою. Його суть полягає в тому, що після фізичного підключення зовнішнього пристрою до роз'єму шини PCI відбувається обмін даними між пристроєм і материнською платою, в результаті кото¬рого пристрій автоматично отримує номер використовуваного переривання, адреса порту підключення і номер каналу прямого доступу до пам'яті.

Конфлікти між пристроями за володіння одними і тими ж ресурсами (номерами переривань, адресами портів і каналами прямого доступу до пам'яті) викликають масу проблем у користувачів при встановленні пристроїв, що підключаються до шини ISA. З появою інтерфейсу PCI і з оформленням стандарту plug-and-play з'явилася можливість виконувати установку нових пристроїв за допомогою автоматичних програмних засобів - ці функції багато в чому були покладені на операційну систему.

FSB. Шина PCI, що з'явилася в комп'ютерах на базі процесорів Intel Pentium як локальна шина, призначена для зв'язку процесора з оперативною пам'яттю, недовго залишалася в цій якості. Сьогодні вона використовується лише як шина для підключення зовнішніх пристроїв, а для зв'язку процесора і пам'яті, починаючи з процесора Intel Pentium Pro використовується спеціальна шина, що отримала назва-ня Front Side Bus (FSB). Ця шина працює на дуже високій частоті 100-125 МГц. В даний час впроваджуються материнські плати з частотою шини FSB 133 МГц і ведуться розробки плат з частотою до 200 МГц. Частота шини FSB є одним з основних споживчих параметрів - саме він і вказується в специфікації материнської плати. Пропускна здатність шини FSBпрі частоті 100 МГц становить порядку 800 Мбайт / с.

AGP. Відеоадаптер - пристрій, що вимагає особливо високої швидкості передачі даних. Як при впровадженні локальної шини VLB, так і при впровадженні локальної шини PCI відеоадаптер завжди був першим пристроєм, «врізався» в нову шину. Сьогодні параметри шини PCI вже не відповідають вимогам відеоадаптерів, тому для них розроблена окрема шина, що отримала названіеAGP (Advanced Graphic Port - удосконалений графічний порт). Частота цієї шини відповідає частоті шини PCI (33 МГц або 66 МГц), але вона має багато більш високу пропускну здатність - до 1066 Мбайт / с (в режимі чотириразового множення).

PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association - стандарт міжнародної асоціації виробників плат пам'яті для персональних комп'ютерів). Цей стандарт визначає інтерфейс підключення плоских карт пам'яті невеликих розмірів і використовується в портативних персональних комп'ютерах. Зараз носить найменування PC Card.

USB (Universal Serial Bus - універсальна послідовна магістраль). Це одне з останніх нововведень в архітектурах материнських плат. Цей стандарт визначає спосіб взаємодії комп'ютера з периферійним обладнанням. Він дозволяє підключати до 256 різних пристроїв, що мають послідовний інтерфейс. Пристрої можуть включатися ланцюжками (кожне наступне пристрій підключається до попереднього). Продуктивність шини USB 1.1 відносно невелика і складає 1,5 Мбіт / с (низька швидкість), але для таких пристроїв, як клавіатура, миша, модем, джойстик і т. П., Цього достатньо, і 12 Мбіт / с (висока швидкість) .

Зручність шини полягає в тому, що вона практично виключає конфлікти між різним обладнанням, дозволяє підключати і відключати пристрої в «гарячому режимі» (не вимикаючи комп'ютер) і дозволяє об'єднувати кілька комп'ютерів в найпростішу локальну мережу без застосування спеціального обладнання та програмного забезпечення. В даний час використовується шина USB 2.0 з набагато більш високою швидкістю передачі даних 480 Мбіт / с.

Зовнішній вигляд роз'ємів шини і її логотип показані на рис. 29 і 30.

Рис.29 Стандарти шини USB.

PCI Express -ця шина призначена для розширення і зміни шин ISA, PCI, AGP, що використовуються в РС. Крім того, PCI Express також використовується в якості шини розширення (або шини другого рівня) для підключення до інших інтерфейсів, таким як Serial ATA, USB 2.0, 1394b (FireWire), Gigabit Ethernet і т. Д. Роз'єм PCI Express х1 забезпечує повнодуплексний режим роботи зі швидкістю передачі даних 2,5 Гбіт / с в обох напрямках. У роз'єму PCI Express х16 швидкістю передачі даних становить 40 Гбіт / с в обох напрямках.

1.Визначити властивості та функції материнської плати.

(«Північний міст» управляє взаємозв'язком чотирьох пристроїв: процесора, оперативної пам'яті, порту AGP і шини PCI. Тому його також називають чотирьохпортовим контролером

«Південний міст» називають також функціональним контролером. Він виконує функції контролера жорстких і гнучких дисків, функції моста ISA - PCI, контролера клавіатури, миші, шини USB і т. П.

В даний час чіпсети використовують так звану хаб-архітектуру.

На рис. 31 і 32 як приклад показаний вигляд материнської плати комп'ютера PII зі слотами ISA і PCI, на рис. 33 і 34 вид материнської плати P3V4X комп'ютера PIII, на рис. 35, 36 і 37 вид материнської плати P4Р800 щодо сучасного комп'ютера P4.)

На рис. 31 показана схема розташування елементів на материнській платі АТС-1020

із зазначенням джамперів для зміни її параметрів

Рис. 32. Схема розташування елементів на материнській платі АТС-1020

Рис. 3.4 Роз'єм живлення системної плати і напруги на його контактах. Вимірювання за допомогою мультиметра.

± 3,3 В для блоку живлення АТХ допускається відхилення не більше ніж на 4%. Деякі виробники встановлюють ще більш жорсткі допуски на свої вироби, і при їх перевірці потрібно враховувати ці значення. Дізнатися величини допусків можна з технічної документації до комп'ютера. У наведеній таблиці представлені описані допуски.

2.Скористатися нижче приведеними допусками в таблиці для виконання наступних кроків.

		Широкий допуск			Жорсткий допуск
	Номінальне навантаження , В	Мин. (-	-10%), В	Макс.	Мін.	Макс.
				(+8%), В	(-5%), В	(+5%), В
	3,3	2,97		3,63	3,135	3,465
	±5,0	4,5		5,4	4,75	5,25
	±12,0	10,8		12,9	11,4	12,6

Допуски на напругу сигналу Power Good інші, хоча в більшості комп'ютерів його номінальна величина дорівнює +5 В. Гранична напруга цього сигналу близько +2,5 В, але в основному воно знаходиться в діапазоні від +3 до +6 В.

Якщо виміряні значення напруг виходять за межі допусків, замініть блок живлення. Ще раз нагадаємо, що вимірювання необхідно проводити при номінальному навантаженні, т. Е. При працюючому комп'ютері.

Негативна напруга

Якщо подивитися на специфікацію типового блоку живлення, то виявиться, що він подає не тільки напруги +3,3, +5 або +12 В, але також -5 і -12 В. Позитивне напруга необхідно для харчування практично всіх компонентів системи (логічних схем і двигунів), так навіщо ж потрібно негативний? У ньому майже немає необхідності, тому в деяких блоках харчування SFX більше не підтримується напруга -5 В. В сучасних контроллерах напруга -5 В не використовується; воно зберігається лише як частина стандарту шини ISA.

Хоча напруга -5 і -12 В подається на системну плату за допомогою ЕНЕРГОКАБЕЛЬ, в системній платі зазвичай використовується тільки напруга +3,3, +5 або +12 В. Харчування -5 В надходить на контакт В5 шини ISA, а на самій системній платі не використовується. Ця напруга призначалося для харчування аналогових схем в старих контролерах накопичувачів на гнучких дисках, тому воно і підведено до шини.

Напруга -12 В також не використовується, за винятком послідовного порту і мікросхем підтримки локальної мережі в деяких системних платах.