Лабораторная работа № 4. Исследование порядка запуска компьютера

Цель: уяснить порядок начальной загрузки компьютера, знать ее этапы, возможные неисправности и методы их диагностики.

Оборудование: компьютер в сборе, или испытательный стенд.

Место проведения: компьютерный класс.

Время: 2 часа.

Базовые сведения:

1. При подаче питания процессор первоначально обращается к микросхеме ПЗУ для запуска программы, инициализирующей работу компьютера. В этот момент на экране монитора наблюдается сообщение о версии BIOS.

2. Процедура инициализации запускает процедуру POST (Power-On Self-Test), выполняющую самотестирование базовых устройств. Первоначально на экране наблюдается сообщение Memory Test: и указание объема проверенной памяти компьютера.

3. При отсутствии сбоя в оперативной памяти или других устройств, происходит обращение к микросхеме CMOS, в которой записаны данные, определяющие структуру и настройки устройств входящих в состав системной платы. На экране монитора эти данные отображаются в таблице System Configuration.

4. Установив параметры жесткого диска, компьютерная система обращается в его системную область, находит там загрузчик операционной системы и начинает ее загрузку. При этом на экране выводится сообщение

Starting тип операционной системы ...

Далее работа с компьютером выполняется под управлением операционной системы.

Виды и предназначение дисков.

ДИСК предназначен для хранения информации

Диски подразделяются на перезаписываемые и не перезаписываемые.

Перезаписываемые :

- Жесткий диск (HD);

- Гибкий диск (FD);

- Диск резервного копирования (ZIP, JAZZ, магнитооптические);

- Переписываемые (DVD-RW, CD-RW)

Не перезаписываемые:

- CD-ROM

- DVD.

Принцип работы HD. Основные принципы работы накопителей на жестких и гибких дисках практически одинаковы: данные записываются и считываются универсальными головками с поверхностей вращающихся магнитных дисков, разбитых на дорожки и секторы. В накопителях обычно устанавливаемся несколько дисков, и данные записываются на обеих сторонах каждого из них. В большинстве накопителей есть по меньшей мере два или три диска, что позволяет выполнять запись на четырех или шести сторонах, но существуют также устройства, содержание до 11 и более дисков. Одноименные (одинаково расположенные) дорожки на всех сторонах дисков объединяются в цилиндр. Для каждой стороны каждого диска предусмотрена своя дорожка чтения/записи, но при этом все головки смонтированы на общем стержне, или стойке. По этой причине головки не могут перемещаться независимо друг от друга и двигаются только синхронно. Жесткие диски вращаются намного быстрее, чем гибкие. Частота их вращения даже в большинстве первых моделей составляла 7200 об/мин и до последнего времени является стандартом для жестких дисков. Скорость работы того или иного жесткого диска зависит от частоты его вращения, скорости перемещения системы головок и количества секторов на дорожке. Кроме того, благодаря сочетанию всех этих факторов обмен данными с жесткими дисками осуществляется гораздо быстрее, чем с накопителями на гибких дисках. При нормальной работе жесткого диска головки чтения/записи не касаются дисков. Но они опускаются на поверхности при выключении питания и остановке дисков. Во время работы устройства между головкой и поверхностью вращающегося диска образуется очень малый воздушный зазор (воздушная подушка). Если в этот зазор попадет пылинка или произойдет сотрясение, головка "столкнется" с диском, вращающимся "на полном ходу". Если удар будет достаточно сильным, то произойдет поломка головки , Последствия этого могут быть разными— от потери нескольких байтов данных до выхода из строя всего накопителя. Поэтому в большинстве накопителей поверхности магнитных дисков легируют и покрывают специальными смазками, что позволяет устройствам выдерживать ежедневные "взлеты" и "приземления" головок, а также более серьезные потрясения.

Физические характеристики и принципы работы дисководов

В IBM – совместимых компьютерах: используется пять стандартных типов дисководов для гибких дисков. Соответственно, Существует пять типов- дискет, кратко рассмотрим физические; характеристики и принципы работы.

(5,25” на 360 кb, 5,25” на 1,2 мb, 3,5” на 720 кb, 3,5” на 1,2 мb, 3,5” на 2,88 мb

Дисководы: и дискеты делятся на два, класса диаметром 5, 25” и: 3,5“. Дисковод: работает довольно просто : диск вращается в дисководе со скоростью 300 или 360 об/мин. Большинство дисководов работает на скорости 300 об/мин, и лишь дисковод формата 5,25"' на 1,2 Мбайт работает на скорости 360 об/мин (даже при чтении и записи дискет емкостью 360 Кбайт). При вращении диска головки могут перемещаться вперед, и назад, на расстояние приблизительно в один дюйм и записывать 40 или 80 дорожек, Дорожки наносятся на обе стороны диска и поэтому иногда называются цилиндрами. В отдельный цилиндр входят дорожки на верхней и нижней сторонах дискеты. При записи используется метод туннельной подчистки, который заключается в том, что сначала записываются дорожки определенной ширины, а затем края дорожек стирается, чтобы предотвратить взаимное влияние соседних дорожек. Ширина дорожек дисководов может быть различной. Разница в ширине дорожек может приводить к проблемам, возникающим при переносе данных между различными дисководами формата, 5,25". Это происходит потому, что дорожки в дисководах двойной плотности почти в два раза шире, чем в дисководах высокой плотности. Проблема появляется когда дисковод высокой плотности используется для записи на дискету двойной плотности, содержащую данные. Даже в режиме 360 Кбайт дисковод высокой плотности не может полностью переписать дорожку, оставленную настоящим дисководом на 360 Кбайт. Когда дискета возвращается к пользователю с дисководом на 360 Кбайт, то его дисковод, пытается прочесть новые данные, расположенные внутри ранее нанесенных дорожек. Дисковод не может различить эти сигналы и на экране появляется сообщение об ошибке (Abort, Retry, Ignore). Эта проблема не возникает, если новый диск (на который еще не записывались данные) вначале форматируется на 360 Кбайт в дисководе на 1,2 Мбайт с параметром /4.

Основные характеристики жестких дисков.

- Тип привода;

- Рабочий слой дисков;

- Способ парковки головок;

- Надежность;

- Быстродействие

- Противоударная подвеска

- Стоимость

- Емкость

Характеристики процессора и внутренней памяти компьютера (быстродействие, разрядность, объем памяти и др.)

Необычайно быстрое развитие вычислительной техники приводит к тому, что одновременно в употреблении находится большое количество компьютеров с достаточно разнообразными характеристиками. Поэтому очень полезно знать, каковы основные характеристики узлов компьютера, на что они влияют и как их подбирать. Кратко рассмотрим параметры наиболее важного устройства компьютера - процессор Очевидно, что пользователя в первую очередь интересует его производительность, т.е. скорость выполнения предложенной процессору задачи. Традиционно быстродействие процессора измерялось путем определения количества операций в единицу времени, как правило, в секунду. До тех пор, пока машины выполняли только вычисления, такой показатель был достаточно удобен. Однако по мере развития вычислительной техники количество видов обрабатываемой информации возрастало, и обсуждаемый показатель перестал быть универсальным. В самом деле, в простейшем случае даже количество арифметических действий над целыми и над вещественными числами может для одного и того же компьютера отличаться на порядок! Что говорить о скорости обработки графической или видео информации, которые к тому же зависят не только от самого процессора, но и от устройства видеоблоков компьютера... Кроме того, современные процессоры, например, Pentium, имеют очень сложное внутренне устройство и могут выполнять машинные команды параллельно. Иными словами, процессор может одновременно выполнять несколько разных инструкций, а значит, время завершения команды уже зависит не только от нее самой, но и от "соседних" операций! Таким образом, количество выполняемых за секунду операций перестает быть постоянным и выбирать его в качестве характеристики процессора не очень удобно.

Именно поэтому сейчас получила широкое распространение другая характеристика скорости работы процессора – его тактовая частота. Рассмотрим данную величину подробнее. Любая операция процессора (машинная команда) состоит из отдельных элементарных действий – тактов. Для организации последовательного выполнения требуемых тактов друг за другом, в компьютере имеется специальный генератор импульсов, каждый из которых инициирует очередной такт машинной команды (какой именно, определяется устройством процессора и логикой выполняемой операции). Очевидно, что чем чаще следуют импульсы от генератора, тем быстрее будет выполнена операция, состоящая из фиксированного числа тактов. Из сказанного следует, что тактовая частота определяется количеством импульсов в секунду и измеряется в мегагерцах – т.е. миллионах импульсов за 1 сек. Разумеется, тактовая частота не может быть произвольно высокой, поскольку в какой-то момент процессор может просто "не успеть" выполнить очередной такт до прихода следующего импульса. Однако инженеры делают все возможное для повышения значения этой характеристики процессора, и на данный момент тактовая частота самых современных процессоров уже превышает 1000 МГц, т.е. 1 ГГц (1 гигагерц).

Следует четко представлять, что сравнение тактовых частот позволяет надежно определить, какой из двух процессоров более быстродействующий только в том случае, если оба процессора устроены примерно одинаково. Если же попытаться сравнить процессоры, произведенные разными изготовителями и работающие по разным принципам, можно получить абсолютно неправильные выводы. В самом деле, если в одном из процессоров команда выполняется за 2 такта, а в другом – за 3, то при совершенно одинаковой частоте первый будет работать в полтора раза быстрее! Кроме того, не нужно забывать, что производительность современной компьютерной системы определяется не только быстродействием отдельно взятого процессора, но и скоростями работы остальных узлов компьютера и даже способами организации всей системы в целом: очевидно, что чрезмерно быстрый процессор будет вынужден постоянно простаивать, ожидая, например, медленно работающую память; или другой пример – очень часто простое увеличение объема ОЗУ дает гораздо больший эффект, чем замена процессора на более быстрый.

Косвенно скорость обработки информации зависит и еще от одного параметра процессора – его разрядности. Под разрядностью обычно понимают число одновременно обрабатываемых процессором битов. Формально эта величина есть количество двоичных разрядов в регистрах процессора и для современных моделей она равна 32. Тем не менее, все не так просто. Дело в том, что помимо описанной "внутренней" разрядности процессора существует еще разрядность шины данных, которой он управляет, и разрядность шины адреса [о шине более подробно рассказано в предыдущем билете]. Эти характеристики далеко не всегда совпадают (данные для табл.6. взяты из книги М.Гука "Процессоры Intel: от 8086 до Pentium II". – СПб.: Питер, 1997)

Таблица 6

Процессор	Разрядность:			Объем памяти
	регистров	шины данных	шины адреса
Intel 8086	16	16	20	до 1 Мб
Intel 80286	16	16	24	до 16 Мб
Intel 80386	32	16	24	до 16 Мб
Intel 80486	32	32	32	до 4 Гб
Pentium	32	64	32	до 4 Гб
Pentium II	32	64	36	до 64 Гб

Отметим также и то, что разрядность регистров и разрядность шины данных влияют на длину обрабатываемых данных, а вот разрядность шины адреса R определяет максимальный объем памяти, который способен поддерживать процессор. Эту характеристику часто называют величиной адресного пространства, и она может быть вычислена по простой формуле 2^R. Действительно, R двоичных разрядов позволяют получить именно такое количество неповторяющихся чисел, т.е. в данном случае адресов памяти.

Порядок выполнения:

1. Включите монитор (если монитор компьютера имеет питание, отдельное от системного блока).

2. Включите компьютер выключателями находящимися на системном блоке.

3. Для наблюдения и фиксации сообщений, отображаемых на мониторе в процессе запуска, используйте клавишу Pause/Break (она приостанавливает загрузку). Для продолжения запуска используйте клавишу ENTER или Esc.

4. Зафиксируйте версию BIOS.

5. Укажите объем оперативной памяти.

6. Данные, определяющие состав компьютерной системы и ее настройки, на экране монитора отображаются в таблице System Configuration. Приостановив запуск с помощью клавиши Pause/Break, изучите таблицу и установите:

• количество жестких дисков и их объем?

• количество дисководов на гибких магнитных диска и их параметры?

• количество и тип портов?

• к какому типу относятся микросхемы, размещенные в банках памяти?

Продолжите запуск клавишей ENTER или Esc.

7. Дождавшись окончания запуска операционной системы. Выключите компьютер.

8. Законспектируйте порядок и этапы начальной загрузки компьютера.

9. Тоже самое можно увидеть при входе в Bios.

10. Для этого при начальной загрузке компьютера нажмите Delete. (при надписи Press Del to enter setup)

11. Просмотрите информацию о оперативной памяти, жестких дисках и процессоре.

12. Для продолжения загрузки компьютера выберите опцию Exit without saving.

13. Заполните табл. 7.

Таблица 7

Элемент конфигурации	Маркировка, тип	Дополнительные характеристики	Значение
Процессор		тип наличие сопроцессора тактовая частота
Оперативная память		тип объем
Жесткий диск		количество тип объем
Дисководы гибких дисков		количество тип характеристики
Порты ввода-вывода		количество тип характеристикие
Тип операционной системы
BIOS

Вопросы к защите:

1. Устройство персонального компьютера: процессор (фирмы производители (Intel, AMD, Cyrux), основные характеристики).

2. Оперативная и постоянная память (характеристики, EDO, DRAM).

3. Жесткий диск (объем, бит, байт, время доступа).

4. Гибкие диски и дисководы (объем, бит, байт, время доступа).

5. Интерфейс SCSI.

6. Видеоплата (объем видеопамяти, двух- и трехмерные ускорители, частота развертки).

7. CD-ROM, DVD.

8. Операционные системы (DOS, MacOS, Unix (Solaris, Linux), AIX, Windows). Основные характеристики, отличие операционной системы от программы.

9. Операционная система DOS. История, основные понятия - командная строка, команды. Имя файла, сопоставление рабочих программ и расширений имен файлов.

10. Операционная система Windows 95, 98. Смешанная 16-, 32-разрядная.

11. Многозадачность. Функция Plug&Play. Области использования.

12. Операционная система Windows NT. 32-разрядная. Расширенные сетевые возможности. Защищенное ядро. Повышенная защищенность. Файловые структуры FAT16, FAT32 и NTFS.

13. Виды и предназначение дисков. Принцип работы HDD. Физические характеристики и принципы работы дисководов.

14. Характеристика скорости работы процессора тактовая частота достоинства и недостатки.

15. Основные характеристики быстродействия работы узлов компьютера.

16. Традиционные способы определения быстродействие процессора.

17. Способы повышения быстродействия компьютера.

18. Параметр процессора – разрядность и его влияние на скорость обработки информации.