3.1.8. Организация и заполнение банков памяти

Слоты для устновки модулей памяти объединяются в банки. Количество модулей объединяемых в банк определяется соотношением разрядности системной шины к разрядности модуля памяти. Следовательно, каждый банк необходимо заполнить полность.

3.1.9. Модули внешней кэш-памяти

На современных материнских платах устанавливаются модули внешней кэш-памяти. Необходимость этого вызвана тем, что время доступа к ячейке оперативной памяти (60-100 нс) в 2-3 раза ниже скорости работы процессора, поэтому процессор вынужден простаивать 2-3 цикла в ожидании, что ведет к снижению быстродействия компьютера в целом. Поэтому для согласования работы сравнительно медленных устройств, например, оперативной памяти, и снижения времени простоя процессора, устанавливается сверхоперативная или кэш-память со временем доступа 15-20 нс. Обмен данными между процессором и памятью (как оперативной, так и внешней) осуществляется через кэш-память, то есть данные из оперативнойй памяти сначала пересылаются в кэш-память и только из нее считываются процессором. Претмущество такого способа в том, что при повторном обращении к памяти данные уже находятся в кэш-памяти и нет необходимости снова их считывать из медленнойй оперативной памяти. Координацию работы кэш-памяти осуществляет контроллер, который сообщает процессору, имеются ли в кэш-памяти необходимые данные.

Кэш-память состоит из трех основных элементов (рис.13):

• Контроллера кэш-памяти

• Кэш-памяти данных (DataRAM)

• Кэш-памяти адресов (TagRAM)

DataRAM представляет собой кэш-память, в которой находятся данные. TagRAM содержит информацию о адресах этих данных в кэш-памяти. В случае необходимости процессор сначала обращается не к оперативной памяти, а к TagRAM. Если при проверке адресов данных процессор обнаружит, что требуемых данных в DataRAM нет, он обращается к более медленной оперативной памяти.

Иерархия оперативной памяти

Организация оперативной памяти в компьютере имеет многоуровневую структуру. Виды памяти более высокого уровня имеют меньший объем, но большую скорость доступа.

1 Уровень: Внутренняя кэш-память (кэш-память процессора, кэш-память первого уровня l1)

Для повышения производительсти компьютера на базе процессоров 80486 и Pentium в состав процессоров включили еще внутренную кэш-память емкостью 8 или 16 Мб. Ее назначение - согласование скорости работы процессора и внешней кэш-памяти (кэш-памяти второго уровня L2). Самая быстрая память.

2 Уровень: Внешняя кэш-память (кэш-память второго уровня l2)

 

Впервые внешняя кэш-память появилась на системных платах с процессором 80386, имела емкость 128 Кб и использовалась для согласования частоты работы процессора и оперативной памяти (RAM). Процессоры взаимодействовали с внешней кэш-памятью через системную шину. Однако, с увеличением тактовой частоты работы процессора скорость обмена данными между процессором и внешней кэш-памятью стала "тормозить" производительность компьютера. Была разработана отдельная шина для внешней кэш-памяти, названная двойная независимая шина (Dual Independent Bus, DIP), которая работает с большей тактовой частотой, чем системная шина.

В компьютерах с процессором Pentium Pro внешняя кэш-память помещена не на системной плате, а непосредственно в ядро процессора, и обмен данными между процессором и внешней кэш памятью стал осуществляятся на частоте процессора. Понятие "внешняя кэш-память" утратило смысл и появился термин - кэш-память второго уровня. В совремнных компьютерах ее объем достигает 2 Мб.

 Клавиатура

 

 

В настоящее время клавиатура (Keyboard) является основным устройством ввода информации в компьютер, несмотря на сильную конкуренцию со стороны мыши. Ее главенствующее положение навряд ли изменится до тех пор, пока не будет создана надежная и недорогая система распознавания человеческой речи.

 

 

Принцип действия

Клавиатура является одним из важнейших устройств, определяющим условия комфортабельной работы на РС. Главным элементом в клавиатуре являются клавиши. При покупке клавиатуры следует тщательно опробовать их работу, чтобы определить, удовлетворяет ли "механика" клавиатуры вашим индивидуальным требованиям.

Независимо от того, как механически реализован процесс нажатия клавиш, сигнал при нажатии клавиши регистрируется контроллером клавиатуры (например, 8049) и передается в виде так называемого скэн-кода на материнскую плату. Скэн-код - это однобайтовое число, младшие 7 бит которого представляют идентификационный номер, присвоенный каждой клавише. На системной плате для подключения клавиатуры используется специальный контроллер. Для компьютеров типа AT обычно применяется микросхема универсального периферийного инферфейса (Universal Peripheral Interface, UPI) 8049.

Когда скэн-код поступает в контроллер клавиатуры (8049), то инициализируется аппаратное прерывание (IRQ1), процессор прекращает свою работу и выполняет процедуру, анализирующую скэн-код. Данное прерывание обслуживается специальной программой, входящей в состав ROМ BIOS. При поступлении скэн-кода от клавиш А1t, Сtг1 или Shift, СарsLосk изменение статуса записывается в RAM. Во всех остальных случаях скэн-код трансформируется в код символа (так называемые коды ASCII или расширенные коды). При этом обрабатывающая процедура сначала определяет установку клавиш и переключателей, чтобы правильно получить вводимый код ("а" или "А"). Затем введенный код помещается в буфер клавиатуры, представляющий собой область памяти, способную запомнить до 15 вводимых символов, пока прикладная программа не может их обработать. Буфер организован по принципу FIFO (первый вошел - первый вышел).

Контроллер на материнской плате может не только принимать, но и передавать данные, чтобы сообщить клавиатуре различные параметры, например, частоту повтора нажатой клавиши и др.

Контроллер 8049 отвечает не только за генерирование скэн-кодов, но но и необходим для выполнения функций самоконтроля и проверки нажатых клавиш в процессе загрузки системы. Процесс самоконтроля отображается однократным миганием трех индикаторов LED клавиатуры во время выполнения программы POST. Таким образом, неисправность клавиатуры выявляется уже на стадии загрузки РС.

Конструктивные исполнения

Клавиатуры с пластмассовыми штырями

Для изготовления дешевых клавиатур используется пластмасса и резина. Под каждой клавишей находится пластмассовый штырь, направленный вертикально, нижний конец которого выполнен в виде штемпеля (клейма), изготовленного из смеси резины с металлом. Ниже этого резинового штемпеля находится пластина с направляющими и контактными площадками, которая стационарно привинчена к корпусу панели. При нажатии клавиши штемпель соприкасается с этими контактными площадками, благодаря чему замыкается цепь, что интерпретируется контроллером клавиатуры.

Нажатие клавиши на такой клавиатуре часто вызывает ощущение исключительной мягкости. Если на смотреть на экран, то неизвестно, нажата ли клавиша или нет. Другой недостаток этих клавиатур - вибрация, которая вызывает эффект многократного размыкания контакта клавиши, если она нажимается неправильно. Таким образом, легко может получиться так, что при нажатии клавиши соответствующий символ отображается на экране несколько раз. Для устройства, на котором печатают "вслепую" или с высокой скоростью, это крайне нежелательный побочный эффект.

 

 

Клавиатура со щелчком

Описанные выше явления отсутствуют в клавиатуре со щелчком. При нажатии клавиши на такой клавиатуре механическое сопротивление клавиши тем больше, чем глубже она нажимается. Для преодоления этого сопротивления нужно затратить определенную силу, после чего клавиша идет очень легко. Таким образом обеспечивается однозначный контакт.

Нажатие и отпускание клавиши сопровождается щелчком, отсюда и название. Клавиатуры со щелчком предпочтительнее клавиатур без щелчка, потому что в этом случае можно быть уверенным в обеспечении относительно "чистого" нажатия на клавишу.

В таблице 1 приведены типичные данные для клавиатур со щелчком и без него.

 

 

Таблица 1. Характеристики различных клавиатур

Клавиатура Клавиатура

со щелчком без щелчка

Срок службы 30 Млн нажатий 30 млн нажатии Рабочий ход клавиши 375 ~ 0,25 мм 3,75 + 0 25 мм Свободный ход клавиши 1 25 + 0,25 мм 2,5 + 0 25 мм Максимальная сила нажатия 55 ~ 10 г 70 ~ 10 г tочка срабатывания 2,75 мм 2,5 мм Сила возврата (минимальная) 15г 20г

Микропереключатели и герконы

Клавиатуры с микропереключателями имеют характеристики, аналогичные клавиатурам со щелчком. Но микропереключатели характеризуются большей прочностью и большим сроком службы.

Еще лучше функционируют клавиатуры с герконами (герметическими контактами), которые представляют собой переключатели с пружинными контактами (в виде пластин) из ферромагнитного материала, помещенными в герметизированный стеклянный баллон. Контакты приходят в соприкосновение (или размыкаются) под действием магнитного поля электромагнита, установленного снаружи баллона. Герконы иногда называют RET-переключателями.

Сенсорная клавиатура

Принцип действия сенсорной клавиатуры основан на усилении разности потенциалов, приложенной к чувствительному элементу. Количество этих элементов соответствует количеству клавиш. В качестве чувствительных элементов используются токопроводящие контактные площадки в виде, например, одного или двух прямоугольников, разделенных небольшим зазором. В момент касания пальцем контактных площадок статический потенциал усиливается специальной схемой, на выходе которой формируется сигнал, аналогичный формируемому при нажатии клавиши обычной механической клавиатуры. Сенсорные клавиатуры самые долговечные, поскольку в них отсутствуют какие-либо механические элементы (вместо традиционных клавиш используются чувствительные элементы) и информация о нажатии той или иной "клавиши" (касании чувствительного элемента) формируется только электроникой. Однако за счет этого электронная схема сенсорных клавиатур сложнее.

Практически неважно, какие материалы используются для корпуса клавиатуры и клавиш. Это может быть как пластмасса, так и металл. Цвет и другие аспекты с функциональной точки зрения не так важны, как используемая механика клавиатуры.

При покупке клавиатуры попробуйте, как она печатает. Каждый челочек имеет свое собственное восприятие. Одни пользователи печатают быстро, другие медленно. Одни предпочитают клавиатуру со щелчком, а других щелчки нервируют. У одного клавиши нажимаются слишком туго, у другого наоборот. Полагайтесь только на собственное восприятие.

При работе на РС все напитки держите подальше! Если не можете отказаться во время работы от кофе, то следите, чтобы при "аварии" жидкость не попала на клавиатуру. Сигаретный пепел также может туда попасть. Почти для всех клавиатур имеется пластмассовая съемная крышка, которая защищает клавиатуру при выключенном РС.

 

 

Подключение клавиатуры

Обычно для подключения клавиатуры используется спиралевидный кабель длиной около 1 м, имеющий DIN-разъем

Кабель обычно заканчивается 5-контактным разъемом. Так как данные передаются последовательно от клавиатуры к РС и наоборот, то, естественно, необходимы канал передачи данных и тактовый канал (таблице 2). Рабочее напряжение питания клавиатуры +5 В. Канал RESET (сброс) предназначен для передачи сигнала на перезагрузку РС, но обычно он не используется.