Методическое пособие 665

и уровень шума – не самые низкие из рассматриваемых, поэтому данная модель оптимальна.

Таблица 9 Характеристики различных моделей офисных проекторов

6.3. Виды и материалы контроля выполнения работы

По результатам выполнения работы должен быть подготовлен отчет, содержащий:

–описание функциональных характеристик периферийного устройства;

–презентацию из не менее 7 слайдов, отражающих функции, принцип работы и характеристики заданного периферийного устройства;

–таблицу сравнения технических характеристик не менее трех моделей периферийного устройства;

–рекомендации по выбору модели периферийного устройства для заданной области применения.

Контрольно-тестовые задания

1.Канал ввода-вывода, имеющий собственную локальную память, называется …

а) специализированный процессор; б) порт; в) интерфейс;

г) контроллер.

2.Унифицированное сопряжение периферийных устройств с ЭВМ обеспечивает …

70

а) интерфейс; б) разъем; в) драйвер;

г) контроллер ввода-вывода.

3. Укажите параллельные интерфейсы:

4. Расставьте интерфейсы в порядке увеличения пропускной способности:

SATA 2.0, USB 3.0, FireWire 1600, HDMI 1.3-1.4a.

5. Поставьте в соответствие периферийное устройство и его интерфейс подключения к ЭВМ:

7. СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА

Цель работы: получение навыков конфигурирования вычислительной системы по заданное целевое назначение

Программные средства: редактор схем среды моделирования, визуализации, анализа и реализации программных и системных архитектур ArchStudio 5

71

7.1. Структура ПК и системная плата

Структура компьютера – это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее элементов. Элементами могут быть самые различные устройства – от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации.

На рис. 30 представлена структурная схема ПК с иерархической архитектурой, где имеется один центральный процессор, а контроллеры различных устройств выполняют функции периферийных процессоров. Обмен информации между устройствами осуществляется посредством шин.

Рис. 30. Структура компьютера на базе магистрали PCI

72

Ключевыми компонентами этой архитектуры (рис. 30) являются мосты между шинами. Мост PCI связывает процессор, память и шину PCI. Мост ISA связывает шину PCI с шиной ISA, а также поддерживает один или два IDE-диска. В системе предусмотрены один или несколько свободных PCIслотов для подключения дополнительных высокоскоростных периферийных устройств [5].

Физически (конструктивно) структура ЭВМ обеспечивается системной платой, которую часто называют материнской платой (Mother Board). Системная плата обеспечивает взаимодействие процессора и основной памяти с различными устройствами.

Функциональные возможности и параметры системной платы задаются по большей части набором микросхем системной логики – чипсетов (chipset). Чипсетом материнской платы называют набор микросхем, управляющий системными и локальными шинами, интерфейсами передачи данных, а также рядом периферийных устройств. Чипсет старых моделей состоит из микросхем северного (North Bridge) и южного моста (South Bridge), выпущенных одним производителем. В северный мост чипсета традиционно включали контроллер памяти и контроллер графической подсистемы, интерфейс взаимодействия с южным мостом и с процессором.

На южный мост чипсета возлагается функция организации взаимодействия с устройствами ввода-вывода. Южный мост содержит контроллеры жестких дисков (SATA и/или PATA), USB-контроллер, сетевой контроллер (только MACуровень), контроллер PCI-шины и PCI-Express-шины, контроллер прерывания, DMA-контроллер, звуковой контроллер.

Для соединения микросхем северного и южного мостов использовалась специальная выделенная шина, причем каждый производитель системных плат разрабатывал собственную шину. Пример архитектуры системной платы на основе мостовой архитектуры показан на рис. 31.

73

Рис. 31. Структура материнской платы ПК с мостовой архитектурой

По мере совершенствования производственных процессов изготовления микросхем постепенно стало возможным интегрировать больше возможностей на меньшее количество чипов. Первой такой интеграцией была установка контроллера памяти в процессор AMD Athlon 64, чтобы увеличить пропускную способность шины процессор-память. Дальнейшим развитием стала организация двух каналов памяти DDR3,

74

приведшая к увеличению пропускной способности до 20 ГБайт/с.

Следующая интеграция заключалась в объединении функций северного и южного моста в интегрированный контроллер ввода-вывода (рис. 32).

Процессор

Интегрированный контроллер – хаб

(PCH)

Рис. 32. Архитектура системной платы с коммутируемой архитектурой

Повышение плотности транзисторов привело к еще большей интеграции функций, и высокоскоростные интер-

75

фейсы расширения были размещены непосредственно на процессоре. Сейчас функциональность процессора значительно расширена, в его состав входит контроллер памяти, контролер прямого доступа к памяти внешних устройств и даже графическое ядро, т.е. фактически вся функциональность северного моста. На системной плате ПК остался только чипсет южного моста, который, по сути, является интегрированным контроллером ввода-вывода периферийных устройств (рис. 32), под-

держивающим интерфейсы PCI Express, SATA, USB, 10G Ethernet и аудиоинтерфейс.

Также в этой архитектуре шинная топология была заменена высокоскоростными двухточечными последовательными соединениями (топология локальных сетей). PCI Express исполняет роль универсального коммутатора, соединяющего процессор, память и устройства ввода-вывода последовательными каналами.

Рис. 33. Архитектура процессора Atom

76

Некоторые встроенные системы и небольшие мобильные компьютеры, такие как планшеты и смартфоны, имеют всю компьютерную систему – процессор, контроллер памяти, графический контроллер, ввод-вывод и даже системную память – на одном физическом чипе. Они называются интегральными схемами SoC (System on Chip) – «система на кристалле». Структура планшетного ПК на базе процессоров Atom, где все контроллеры стандартных интерфейсов внешних устройств интегрированы в процессор, представлена на рис. 33.

7.2. Задания и порядок их выполнения Задание 1. Составьте структурную схему персонального

компьютера рабочего места в компьютерном классе, указав на ней основные характеристики компонентов и интерфейсы подключения имеющихся внешних устройств (монитор, мышь, клавиатура, принтер, графический планшет, сканер).

Для определения текущей конфигурации системы воспользуйтесь любыми ранее изученными диагностическими программами. Примеры структурных схем на рис. 30-33.

Задание 2. Укажите функциональные характеристики чипсета системной платы, установленной в ПК по плану:

Сокет процессора

Фронтальная шина, МГц

Тип памяти

Скорость памяти

Ширина шины памяти

Максимальный объем памяти

Корректировка ошибок памяти

Внешний графический интерфейс

Видеоконтроллер

Интерфейс подключения накопителей информации*

Интерфейс подключения периферийных устройств*

Аудиоконтроллер**

Сетевой контроллер**

77

*) записать тип интерфейса и количество подключаемых устройств, например, 3 USB-контроллера обозначается как

3 х USB2.0

**) указать стандарт и максимальную скорость передачи данных

Задание 3. Выделите функциональные характеристики системной платы, традиционно относящиеся к южному мосту.

Задание 4. Выберите и обоснуйте конфигурацию ПК согласно варианту индивидуального задания:

Указания к выполнению

1.Опишите круг функциональных обязанностей специалиста, автоматизация рабочего места которого выполняется, или функций рабочей станции, которая реализует заданное целевое назначение. Перечислите программное обеспечение, с помощью которого эти функции или задачи могут быть реализованы.

2.Найдите системные требования для каждого необходимого программного продукта и обобщите их.

3.Определите, какие периферийные устройства нужны для выполнения поставленных функциональных задач.

78

4. Составьте структурную схему системы, отражающую все необходимые компоненты и связи между ними.

Обязательно выберите конкретные модели всех компонентов и укажите значения их основных технических характеристик.

Пример составления структурной схемы, отражающей выбранную конфигурацию для рабочего места экономиста, показан на рис. 34.

Рис. 34. Структурная схема рабочего места экономиста

Задание 5. На схеме материнской платы (рис. 35) укажите расположение процессора, ОЗУ, видеокарты, жесткого диска и периферийных устройств.

79