Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Аппаратное и программное обеспечение персонального компьютера. Основы работы с операционной системой. Методические указания к проведению лабораторной
.pdf
925
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра автоматизированных систем управления
Качановский Ю.П., Широков А.С.
АППАРАТНОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА
ОСНОВЫ РАБОТЫ С ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМОЙ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторной работе
по курсу
«ИНФОРМАТИКА»
Липецк
Липецкий государственный технический университет
2014
УДК 004.451(07)
К309
Рецензент – канд. техн. наук, доц. Гвозденко Н.П.
Качановский Ю. П.
К309 Аппаратное и программное обеспечение персонального компьютера.
Основы работы с операционной системой: методические указания к проведению лабораторной работы по курсу «Информатика» /
Ю.П. Качановский, А.С. Широков. – Липецк: Издательство Липецкого
государственного технического университета, 2014. – 49 с.
В методических указаниях представлен общий обзор устройства аппаратной и программной составляющих персонального компьютера. Аппаратное
обеспечение представлено комплектующими системного блока. Вопрос программного обеспечения раскрыт через основные функции операционной системы, понятие файловой системы, стандартные приложения Windows.
Методические указания предназначены для студентов направлений
09.03.01 «Информатика и вычислительная техника», 09.03.04 «Программная
инженерия», 02.03.03 «Математическое обеспечение и администрирование
информационных систем», 27.03.03 «Системный анализ и управление».
Ил. 17. Табл. 3. Библиогр.: 5 назв.
© ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный
технический университет», 2014
1. Аппаратное обеспечение персонального компьютера
ЗУВВОД ВЫВОД
АЛУ
УУ
1.1. Архитектура электронно-вычислительной машины
Электронная вычислительная машина (ЭВМ) или компьютер – универсальное устройство для автоматической цифровой обработки информации,
выполненное на электронных приборах.
Принцип действия ЭВМ состоит в выполнении программы – заранее заданной, четко определенной последовательности арифметических, логических
и других операций. Основные задачи ЭВМ:
– обработка информации;
– хранение информации;
– ввод и вывод информации.
В настоящее время большинство вычислительных устройств, включая и
персональные компьютеры, построено согласно архитектуре венгероамериканского математика Джона фон Неймана, являющейся основой учения
об архитектуре вычислительных машин (рис. 1).
Рис. 1. Архитектура фон Неймана
Согласно фон Нейману ЭВМ состоит из пяти основных блоков:
– арифметико-логическое устройство (АЛУ);
– устройство управления (УУ);
3
– запоминающее устройство (ЗУ);
– устройство ввода;
– устройство вывода.
В современных ЭВМ арифметико-логическое устройство и устройство
управления являются одним блоком и составляют центральный процессор
(CPU, Central Processing Unit). Запоминающее устройство содержит команды и
данные. Данные могут включать в себя переменные – поименованные области
памяти, к которым можно обращаться по имени для чтения или записи.
Устройство управления считывает команды из памяти и организует их выполнение, формируя необходимые управляющие сигналы. Для выполнения арифметических и логических операций используется арифметико-логическое
устройство. Устройства ввода и вывода используются для ввода информации,
в том числе программы, в ЭВМ (в запоминающее устройство), а также вывода
ее из машины.
Персональный компьютер (ПЭВМ) – это ЭВМ, предназначенная для работы одного человека. Архитектура персональных компьютеров представлена
на рис. 2. Дополнительным компонентом данной архитектуры является чипсет, состоящий из двух частей:
– контроллер-концентратор памяти (MCH, Memory Controller-Hub), северный мост, выполняет функции интерфейса с памятью и графической подсистемой;
– контроллер-концентратор ввода-вывода (ICH Input-Output ControllerHub), южный мост, выполняет функции интерфейса со всеми остальными
устройствами.
Чипсет представляет собой набор микросхем, собранных в одном корпусе, которые выполняют служебные функции по распределению сигналов между всеми устройствами персонального компьютера. В настоящее время кон-
троллер памяти и графический процессор могут быть интегрированы на одном
кристалле или в одном корпусе с ЦП, в составе чипсета остается только одна
4
микросхема – контроллер-концентратор платформы (PCH, Platform Controller-
ЦПУ
Северный
мост
(контроллер-
концентратор
памяти)
Генератор
тактовых
импульсов
Южный
мост
(контроллер-
концентратор
ввода-вывода)
IDE, SATA,
USB, Ethernet,
Аудио, ППЗУ
Мультиконтроллер
Послед. порт
Парал. порт
НГМД
Клавиатура
Мышь
ППЗУ
(BIOS)
Разъемы на
материнской
плате
Внутренняя
шина
Шина
памяти
Фронтальная
шина
Слоты PCI
Слоты памяти
Слот
графического
контроллера
Шина графического
контроллера
Слоты PCI Express
Шина
LPC
Шина PCI
Шина PCI Express
Чипсет
Hub). В области архитектуры персональных компьютеров действует общая
тенденция повышение степени интеграции и, соответственно, уменьшение
числа микросхем в системе.
Рис. 2. Архитектура персонального компьютера
5
Можно выделить следующие подсистемы персонального компьютера:
Блок питания
Привод CD/DVD
Кулер
CPU
Оперативная
память
Корпус
Жесткий
диск
Видеокарта
Системная
плата
1 – математическая (вычисления с плавающей точкой); 2 – звуковая, аудиосистема (обработка звуковых сигналов); 3 – графическая, видеосистема (обработка видеосигналов); 4 – коммуникационная, сетевая (обработка пакетов); 5 –
прерываний; 6 – ввода-вывода и т.д.
1.2. Комплектующие персонального компьютера
Рис. 3. Типичное внутреннее устройство системного блока
6
Каждый персональный компьютер состоит из следующего минимально-
го набора элементов: корпус, блок питания, системная плата, центральный
процессор (ЦП), устройство охлаждения процессора (кулер), планка (или не-
сколько планок) с микросхемами оперативной памяти, один или несколько
жестких дисков (рис. 3).
Данный набор обеспечивает возможность выполнения всех функций
персонального компьютера: хранение информации, обработка информации, ее
передача и отображение. В зависимости от назначения компьютера, он может
также комплектоваться дополнительно дискретной видеокартой (одной или
несколькими), оптическими приводами дисков, а также контроллерами различного назначения.
В задачи корпуса входит:
– защита внутренних компонентов компьютера от внешнего воздействия
и механических повреждений;
– поддержание необходимого температурного режима;
– экранирование создаваемого внутренними компонентами электромагнитного излучения.
Существуют следующие параметры, по которым можно охарактеризовать корпус:
– тип корпуса (форм-фактор, размер) (табл. 1);
– материал;
– система охлаждения (кулеры/вентиляторы);
1.2.1. Корпус
– конструктивные элементы, крепление;
– внешний вид, дизайн.
Существуют определенные стандарты, в соответствии с которыми выпускаются корпуса компьютеров. Эти стандарты заложены в так называемых
7
форм-факторах, определяющих их габариты. Разница между стандартами кор-
Тип корпуса
Габаритные размеры платы, мм
Mini-ITX
170×170
Micro-ATX
244×225
ATX
305×244
EATX
305×330
XL-ATX
345×262
пусов заключается в разном размерном ряде предназначенных под данный
корпус материнских плат. Соответствие представлено в табл. 1.
Таблица 1
Соответствие корпуса и размеров материнской платы
1.2.2. Системная плата
Системная плата (рис. 4) соединяет все узлы компьютера в одно устройство. Кроме термина «системная плата» используется название «материнская
плата» (Mother Board). Взаимодействие между частями аппаратного обеспечения осуществляется посредством шин, которые обеспечивают передачу адресов, данных и сигналов управления. Шины можно разделить на два класса:
внешние (обеспечивают взаимодействие процессора с памятью и устройствами
ввода-вывода) и внутренние.
Конструктивно системная плата выполняется в виде многослойной текстолитовой печатной платы. Количество слоев может достигать 12. Между
всеми слоями располагаются печатные проводники, выполненные из металлической фольги. При подаче питания чипсет вырабатывает определенную последовательность команд, которая активизирует центральный процессор. ЦП,
в свою очередь, по программе BIOS (Basic Input Output System – базовая система ввода-вывода) тестирует и активизирует остальные устройства, установленные и подключенные к системной плате.
8
Рис. 4. Основные элементы системной платы:
1 – разъемы (слоты) для установки планок оперативной памяти; 2 – разъем для установки
процессора (сокет); 3 – разъем для подключения дополнительного питания процессора;
4 – разъемы для подключения клавиатуры и мыши (PS/2 и USB); 5 – цифровой звуковой
оптический выход; 6 – видео выходы VGA, DVI, HDMI; 7 – разъемы USB 2.0 и USB 3.0;
8 – сетевой интерфейс; 9 – аудио выходы; 10 – PCI-E x1 разъемы (для подключения кон-
троллеров); 11 – PCI-E x16 разъемы (для подключения видеокарт); 12 – PCI-E разъемы (для
подключения звуковых и сетевых карт); 13 – внутренние выходы USB; 14 – интерфейсы
SATA II и SATA III для подключения оптических приводов и жестких дисков;
15 – чипсет под радиатором охлаждения; 16 – интерфейс IDE для подключения оптический
приводов и жестких дисков; 17 – разъем подключения питания
Существуют два основных стандарта на системные платы – AT и ATX.
AT – форм-фактор, широко использовавшийся в персональных компьютерах
ранее. ATX – это стандарт, в соответствии с которым разрабатываются современные компьютеры.
Поток информации от ЦП к оперативной памяти и обратно проходит через контроллер-концентратор памяти, из-за этого появляются небольшие задержки. Для современных компьютерных систем подобная задержка – это довольно много, поэтому сначала корпорация AMD, а потом и Intel перенесли
контроллер памяти на кристалл процессора.
9
Контроллер-концентратор ввода-вывода обеспечивает взаимодействие
между ЦП и жесткими дисками, картами PCI и т.д.
К основным характеристикам системной платы относят:
1) сокет – разъем на материнской плате для установки процессора. Каж-
дый тип процессора совместим с определенным сокетом;
2) чипсет – связующее звено между устройствами, подключенными к си-
стемной плате. Чипсет определяет основные характеристики системной платы;
3) тип оперативной памяти – поколение оперативной памяти, поддержи-
ваемой материнской платой (DDR-DDR4);
4) форм-фактор (ATX, mATX и т.д.);
5) Количество слотов памяти, разъемов расширения и т.д. (разъемы
USB, PCI Express, устаревшие COM и LPT, HDMI и т.д.);
Одним из наиболее распространенных разъемов расширения является
PCI Express (Peripheral Component Interconnect – взаимосвязь периферийных
компонентов). PCI Express (PCIe или PCI-E, не путать с PCI-X), отличается от
PCI и AGP тем, что это последовательный, а не параллельный интерфейс, что
позволяет уменьшить число контактов и увеличить пропускную способность.
Важное преимущество PCI Express в том, что он позволяет складывать несколько одиночных линий (полос) в один канал для увеличения пропускной
способности.
Интерфейс PCI-E пропускает данные на скорости до 8 Гбит/с на одну
линию (PCI-E 3.0), что почти вдвое превышает возможности самой быстрой
версии шины PCI. Максимально поддерживаемое разъемами PCI Express количество линий – 32, что дает пропускную способность до 256 Гбит/с. Наиболее распространенные слоты PCI Express x1 (PCI-E 1.0) дают пропускную способность одной линии (250 Мбайт/с) в каждом направлении, а PCI Express x32,
который применяется для видеокарт, и в котором сочетается 32 линии, обеспечивает пропускную способность до 8 Гбайт/с в каждом направлении. PCE
Express не совместим с AGP и PCI.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]