Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекции по ЭВМ-студ Юдин.doc
Скачиваний:
26
Добавлен:
09.04.2015
Размер:
881.15 Кб
Скачать

Обобщенная архитектура шин

Таблица шин расширения

Тип шины

Разрядность шин (бит)

Частота (Мгц)

Скорость передачи (Мб/с)

ISA

8

4,77

2,33

EISA

16

8,33

8,33

EISA*

32

8,33

33,33

VLB*

32

33,33

133,33

PCI

32

33,33

133,33

PCI 2.x**

32

66,66

266,66

PCI**

64

66,66

266,66

PCI 2.x**

64

66,66

533,33

AGP (3.3 В)

32

66,66

266,66

AGP 2x (3.3 В)

32

66,66

533,33

AGP 4x (1.5 В)

32

66,66

1066,66

AGP 8x (1.5 В)

32

66,66

2133,33

* - в настоящее время не используются

** - не получили широкого применения

Кроме шин, реализованных щелевыми разъемами-слотами, имеется ряд шин, в которых устройства соединяются кабелями. К ним относятся следующие: SCSI (Small Computer System Interface) – тип интерфейса быстрых периферийных устройств, требующих высокой производительности обмена данными – HDD, CD-ROM, сканеры и др.

SCSI – 8-битный (50 контактный плоский кабель)

SCSI – 16-битный (68 контактный плоский кабель)

Различают SCSI-1 в 1986 году. SCSI 2.0 – 1994 года в версиях 8, 16, 32-разрядные передачи данных. SCSI 3.0 – ультра SCSI – частота 20 МГц. Ultra SCSI 2 на частоте 40 Мгц.

IDE (Integrated Drive Electronics - встроенный интерфейс накопителей)

IDE впервые введена как стандарт шины для обмена с контроллером за счет использования совмещенной с диском спецэлектроники для управления диском. Синоним IDE -> ATA (Advanced Technology Attachment). Физический интерфейс реализован с помощью плоского 40-ка жильного кабеля с разъемами для одного или двух устройств. Общая длина кабеля не должна превышать 45 см, причем между разъемами расстояние должно быть не менее 15 см.

Разновидности IDE

ATA-1 – стандарт дискового интерфейса, представлено в марте 1989 года и определяет совместимость регистров, 40-ка контактный разъем и связанные с ним сигналы.

ATA-2 – 2 поколение – это версия определяет режим более быстрой передачи данных LBA (>540 Мб), также имеет название Fast ATA, а также имеет название Enhanced IDE (EIDE).

ATAPI (AT Attachment Packet Interface - пакетный интерфейс периферийных устройств для АТ-совместимых компьютеров)– определяет характеристики устройства для подключения CD-ROM. По существу ATAPI – это адаптация набора команд SCSI для IDE-интерфейса.

ATA – параллельный 16-ти разрядный порт;

ATA-66 – 66 Мб/с;

ATA-100 – 100 Мб/с;

ATA-133 – 133 Мб/с;

Serial ATA – последовательный порт 1500 Мбит/c - 150 Мб/с;

SCSI поддерживает 8-16 устройств.

USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина)

Максимальная длина кабеля для устройств USB – 5 м.

Поддерживает до 127 устройств с подключением

через концентраторы.

FireWire (стандарт высокопроизводительной последовательной шины IEEE 1394)

Высокопроизводительная последовательная локальная шина подключения внешних устройств, предназначенная в основном для подключения видеоаппаратуры (стандарт ввела в использование компания Sony). С помощью этой шины возможно объединение нескольких компьютеров в локальную сеть. Поддерживает подключение до 63-х устройств без концентраторов. Максимальная длина кабеля подключения 4.5 м. Максимальная скорость передачи данных – 400 Мбит/с.

Кроме шин расширения и локальных шин современные MB могут иметь и вспомогательные шины, используемые для тестирования и передачи конфигурационной информации.

Память

1) Оперативная память

ОП является одним из важных элементов ПК, именно из нее процессор берёт программы и исходные данные для обработки и в нее же записывает полученные результаты. Название «оперативная» это память получила потому, что она работает очень быстро и МП не приходится ждать при чтении данных из памяти или записи в память. Однако, содержащиеся в ней данные сохраняются в ней только пока компьютер включен. При выключении PC содержимое ОП стирается. Часто для ОП используется обозначение RAM (Random Access Memory – память с произвольным доступом). Возможность операции записи или чтения с любой ячейки ОП в произвольном порядке.

ОП подразделяется:

  1. Статическая SRAM

Ячейки (элементы) построены на различных типах триггеров (электрических систем с 2-мя устойчивыми состояниями).

После записи бита информации в такую ячейку она может пребывать в этом состоянии сколько угодно долго, необходимо только наличие питания. При обращении к микросхеме памяти на нее подается полный адрес, который при помощи внутреннего дешифратора преобразуется в сигналы выборки конкретных ячеек. Ячейки SRAM имеют малое время срабатывания (единицы-десятки наносекунд). Однако, микросхемы на их основе имеют низкую удельную плотность данных (порядка единиц мегабайт на корпус) и высокое энергопотребление. Поэтому SRAM используется в качестве буферной (кэш-память).

Кэш-память необходима для ускоренного доступа к ОП, которая располагается как бы между МП и ОП, и хранит копии наиболее часто используемых участков ОП (программ). При обращении МП к памяти сначала производится поиск нужных данных в кэш-памяти, т.к. микросхемы кэш-памяти имеют более высокое быстродействие и стоимость, то среднее время доступа к памяти уменьшается.

Существует 3 типа микросхем кэша: стандартный асинхронный, пакетный кэш, конвейерно-пакетный кэш. Последний тип микросхем обладает высокой производительностью, поэтому желательно, чтобы MB умела с ними работать. Большинство MB Pentium поддерживают микросхемы конвейерно-пакетного кэша, в то время как MB 486 его не поддерживал. На современных MB устанавливаются микросхемы кэша объема до 4 Мб.

  1. Динамическая DRAM

Ячейки построены на основе областей с накоплением зарядов, занимающих гораздо меньшую площадь, нежели триггеры и практически не потребляют энергию для хранения. При записи бита информации в такую ячейку, в ней формируется электрический, который сохраняется в течение нескольких миллисекунд. Для постоянного сохранения заряда (данных), ячейки DRAM необходимо регенерировать, т.е. перезаписывать содержимое для восстановления зарядов. В ячейке микросхема DRAM организована в виде прямоугольной (обычно квадратной) матрицы; при обращении к микросхеме на ее входы подают адрес строки матрицы, а затем через некоторое время адрес столбца.

При каждом обращении к ячейке регенерируются все ячейки выбранной строки, поэтому для полной регенерации матрицы достаточно перебрать адреса строк. DRAM имеет большое время срабатывания (10-100 наносекунд), но большую удельную плотность и низкое энергопотребление. DRAM обычно устанавливается в виде модулей SIMM (single in-line memory module - модуль памяти с однорядным расположением выводов) и DIMM (dual in-line memory module - модуль памяти с двухрядным расположением выводов).

На сегодняшний день в IBM-совместимых ПК используется 3 основных вида модулей ОП: 30-ти контактный SIMM, 72-х контактный SIMM, 168-ми контактный DIMM (для ноутбуков и лаптопов используется свой типоразмер модулей SIMM и DIMM). В настоящее время самым распространенным типом памяти является DIMM. 30-ти контактные SIMM-ы устанавливаются по 4 штуки для образования банков памяти (например, Bank 0).

2) BIOS (basic input / output system - базовая система ввода / вывода)

Является постоянным запоминающим устройством, в которое данные занесены при ее изготовлении. В IBM PC в BIOS хранятся программы для проверки оборудования ПК (POST), программы иницирования загрузки ОС и выполнения базовых функций. В BIOS также находится программа настройки конфигурации компьютера (SETUP). Она позволяет установить некоторые характеристики устройств ПК (установка пароля, режим работы с ОП, настройки Floppy и HDD). Также для работы в режиме PnP BIOS может поддерживать его, в противном случае возникают проблемы с установкой устройств PnP. Из BIOS можно извлечь информацию о производителе и названии матплаты, которая определяется по идентификационной строке, которую выдает BIOS на экран сразу после включения ПК.

3) CMOS (complementary metal-oxide semiconductor - комплементарный металло-оксидный полупроводник; КМОП)

Это полупостоянная память используется для хранения параметров конфигурации ПК и является составной частью BIOS. Она обладает низким энергопотреблением. Содержимое CMOS-памяти не изменяется при выключении питания, т.к. подпитывается от специального аккумулятора, установленного на MB.

В этой памяти хранится информация о текущей дате, показаниях часов и конфигурации ПК. Если на ПК происходит сбой параметров времени или даты, это показатель того, что необходимо поменять аккумулятор. Если этого не сделать, то в дальнейшем компьютер может просто не запустится.

4) Видеопамять

Эта память используется для хранения изображения, выводимого на экран монитора, она устанавливается на видеоконтроллерах и под видеопамять забирается часть ОП. Не рекомендуется устанавливать разрешение (разрядность цвета) экрана больше 15 бит, т.к. процессор будет «загружаться» в 3 раза дольше. Для улучшения работы ПК иногда требуется переустановить BIOS.

5) Внешняя память

Винчестеры (HDD) бывают двух типов: IDE и SCSI. В 1973 году фирмой IBM разработан жесткий диск объемом 16 Кб. Имел 30 дорожек, каждая из которых была разбита на 30 секторов.

30x30 – “винчестер” поэтому и назвали.

В харддиске находится несколько механических устройств. Это шпиндель, с закрепленными на нем дисками и кронштейном с головками для чтения и записи информации. Винчестер содержит от 1 до 10 дисков, скорость вращения которых составляет от 4500 до 15000 rpm (revolutions per minute, оборотов в минуту). Сами диски представляют собой обработанные с высокой точностью керамические и алюминиевые диски, на которые с помощью специальной технологии напыления нанесен специальный магнитный слой. Для записи и чтения информации используются головки. В винчестере применяют несколько типов головок: монолитные, композитные, тонкопленочные и магнитно-резистивные, а также с усиленным магнитно-резистивным эффектом. Это головка представляет собой комбинацию из 2-х головок, тонкопленочной для записи и магнитно-резистивной для чтения. Это позволяет на 50% увеличить плотность записи. Физически существующие магнитные диски могут быть разбиты на несколько магнитных дисков при помощи DOS-команды FDISK или при помощи программы Partition Magic. Для того, чтобы магнитный диск мог хранить информацию, он должен быть предварительно отформатирован после действия команды FDISK. Форматирование – это подготовка диска на запись информации или уничтожение старой.

На диск записывается служебная информация, которая используется для записи/чтения информации, коррекции скорости вращения диска и т.д. Запись информации осуществляется по дорожкам, каждая дорожка разбивается на секторы определенного объема, например 1024 байта. У винчестера имеется понятие цилиндр – совокупность дорожек с одинаковыми номерами, но расположенные на разных блинах. В процессе форматирования на диске выделяется системная область, состоящая из трех частей: загрузочного сектора (MBR, master boot record головная загрузочная запись), таблицы размещения файлов (FAT) и корневого каталога.

MBR создается во время форматирования диска. Он размещается в секторе #0 на первой дорожке. Он содержит данные о формате диска, а также некоторую программу, используемую в процедуре начальной загрузки ОС. Если диск не системный, то он содержит программу, которая при попытке загрузки с этого диска ОС, выводит сообщение, что диск не является системным. Каждый винчестер, разбитый на логические диски, имеет специальную запись об этом, которая заносится в MBR. При порче MBR можно восстановить загрузочный сектор командой FDISK /MBR из DOS.

FAT (file allocation table - таблица размещения файлов)

В ней находится после MBR порядок расположения всех файлов в секторах данного диска, а также информация о дефектах диска. Единицей распределения памяти FAT является кластер (группа секторов на винчестере, рассматриваемые ОС при дисковых операциях как единую область). За FAT следует ее точная копия, что повышает надежность хранения этой таблицы.

Корневой каталог называется Root Directory – всегда находится за копией FAT, в нем содержится перечень файлов и директорий, находящихся на диске. Непосредственно за корневым каталогом располагаются данные. Запись происходит частями. Наименьшее место, которое могут занимать на диске данные, 1 кластер. Если бы файлы всегда хранились в последовательно расположенных кластерах, с помощью FAT достаточно было указать номер первого сектора, где расположено начало файла и число занятых кластеров. Но при многократной перезаписи и удалении файлов происходит фрагментация (дробление) дискового пространства. В результате файл может оказаться разорванным и находится в разных кластерах на большом расстоянии друг от друга. Считывание таких файлов существенно замедляется. Для решения этой проблемы необходимо регулярно осуществлять дефрагментацию диска.

CD

Компакт-диск состоит из поликарбонатной основы, отражающего и защитного слоев. В качестве отражающей поверхности используется напыляющийся алюминий. Цифровая информация представлена чередованием впадин, отражающих луч лазера, и рассеивающих свет, островков. Компакт-диск имеет 1 дорожку, идущую от центра к краю. Считывание информации происходит при помощи лазерного луча, который попадает на отражающую поверхность впадины, отражается и попадет на фотодетектор и интерпретируется как логическая единица; луч лазера, попадающий на выступ, рассеивается и интерпретируется как ноль.

Основным стандартом, определяющим логический формат записи – ISO 9660. Время доступа к данным компакт-диска колеблется от 150 до 400 мс,а емкость CD – 650-800 Мб. Скорость вращения диска определяется скоростью передачи данных. Обычно она сравнивается с Audio CD – 150 Кб/с. Производители CDROM обозначают их скорость по максимальной скорости на внешних дорожках диска. Запись информации начинается с внутренних дорожек, поэтому на незаполненных до конца дисках, максимальная скорость не достигается. Также существуют диски диаметром 120 мм, а так же 80 мм (250 Мб)

CD-RW

Данная технология позволяет не только записывать, но и стирать информацию. Она основана на технологии записи изменения фазы, заключающуюся в переходах рабочего слоя диска по действием луча лазеры в кристаллическое или аморфное состояние с разной отражающей поверхностью. Недостатком CD-RW является тот факт, что они могут читаться только на новых устройствах CD-ROM не ниже 16-x с поддержкой технологии Multiread.

DVD (digital versatile disk - универсальный цифровой диск)

Это оптические диски нового поколения, емкость 4,7-8,5 Гб. Существует несколько вариантов DVD, отличающихся емкостью:

- Односторонние – 4.7 Гб

- Односторонние двухслойные – 8.5 Гб

- Двусторонние однослойные – 9.4 Гб

- Двусторонние двухслойные – 17 Гб

Длина волны CD – 180 нм, а DVD – от 630 до 650 нм. Благодаря этому увеличилась плотность записи. Разработчики DVD-устройств ориентируются на запись целого фильма продолжительностью 133 минуты с качество MPEG-2. Скорость чтения – 640 Кб/с.