ANSWERS

1) Дайте означення таких складових комп’ютера (плата, чіп, контролер, порт, шина)

Плата – текстолітова пластинка зі скінченним числом елементів, припаяних на струмовідні доріжки з міді, нанесених на текстоліт. Це мікросхеми, транзистори, діоди, конденсатори. Мікросхеми, транзистори і діоди зроблені з кремнію або германію. Конденсатори зі слюди.

Текстоліт – електроізоляційний конструкційний матеріал, що застосовується для виробництва підшипників ковзання, шестерень та інших деталей, а також в електро- та радіотехніці. Представляє собою шаруватий пластик на основі тканини з волокон та полімерної зв’язної речовини (наприклад, бакеліту, поліефірної смоли, епоксидної смоли).

Чіп - Мікросхема (microcircuit) — електронна схема, що реалізована у вигляді напівпровідникового кристалу та виконує певну функцію. Винайдена у 1958 році американськими винахідниками Джек Кілбі та Робертом Нойсом. Тільки Кілбі скористався германієм, а Нойс віддав перевагу кремнію. Основним елементом аналогових мікросхем є транзистори (біполярні або польові). Різниця в технології виготовлення транзисторів істотно впливає на характеристики мікросхем. Тому нерідко в описі мікросхеми вказують технологію виготовлення, щоб підкреслити тим самим загальну характеристику властивостей і можливостей мікросхеми. У сучасних технологіях об'єднують технології біполярних і полярних транзисторів, щоб добитися поліпшення характеристик мікросхем.

Контролер - спеціалізований компонент системи, що призначений для управління зовнішніми пристроями комп'ютера: накопичувачами, відеосистемою та дисплеєм, принтерами тощо.

Часто синонімати слова контролер виступають терміни адаптер, плата, карта.

Найпоширенішими прикладів контролерів є

• відеоконтролер

• мережева плата

• адаптери зовнішніх інтерфейсів: ATA, SCSI, USB, FireWire, IrDA тощо.

Порт - інтерфейс для підключення зовнішнього обладнання:

Основна проблема при використанні простого порту як засіб обміну даними полягає в тому, що приймаючому пристрою необхідно знати, чи виставило передавальний пристрій на своїх виходах нову порцію даних, або ще немає. Три основні підходи до вирішення цієї проблеми називаються синхронною, асинхронною і ізохронною передачами даних.

При синхронній передачі ми або надаємо додатковий сигнал строб, або тим або іншим способом передаємо синхросигнали по тих же дротах, що і дані. Наприклад, можна встановити, що кожна наступна порція даних повинна хоч би одним бітом відрізнятися від попередньої. При цьому необхідно передбачити протокол, за допомогою якого передавач кодуватиме, а приймач декодувати послідовності символів, що повторюються. Більшість стробованих портів асиметричні: один з пристроїв ведучий (master — господар), генерує стробовий сигнал, а друге ведений (slave — раб), користується цим сигналом для прийому або передачі.

При асинхронному обміні даними передавальний пристрій посилає спеціальний стартовий символ, що сигналізує про те, що зараз підуть дані, і з фіксованим інтервалом виставляє на своїх виходах символи даних. Зазвичай блок даних складається з фіксованої кількості символів і називається кадром або фреймом (frame). Кадр зазвичай завершується одним або декількома стоповими символами.

Ізохронна передача даних по ідеї нагадує асинхронну, з тією лише відмінністю, що при обміні даними приймач і передавач користуються вы-сокостабильными, але незалежними — при використанні одного тактового генератора вийде синхронна передача — тактовими генераторами, і завдяки цьому можуть обмінюватися кадрами великого розміру.

Як синхронні, так і асинхронні порти бувають наступних типів:

• сімплексні (simplex — передавати дані може лише одне пристрій);

• напівдуплексні (half-duplex — обоє пристрою можуть приймати і передавати дані, але не здатні робити це одночасно, наприклад, тому, що прийом і передача йдуть по одному дроту);

• повнодуплексні (full-duplex) або просто дуплексні (обоє пристрою здатні одночасно передавати і приймати дані, частіше всього -по різним дротам).

Ще одна практично важлива класифікація портів передачі даних – це ділення їх на послідовні і паралельні порти.

Послідовний порт складається з одного дроту, по якому, як випливає з назви, послідовно передаються біти даних, а також, можливо, або стартових і стопових біти синхронізацій. Послідовний тому, що інформація через нього передається по одному біту, біт за бітом (на відміну від паралельного порту). Найчастіше для послідовного порту персональних комп'ютерів використовується стандарт RS-232c. Раніше послідовний порт використовувався для підключення терміналу, пізніше для модему або миші. Зараз він використовується для з'єднання з джерелами безперебійного живлення, для зв'язку з апаратними засобами обчислювальних систем.

Паралельний порт має декілька ліній передачі даних, зазвичай 8 (аби можна було передати за один прийом один байт), а інколи і більше.Паралельний порт складається з трьох окремих регістрів: регістра даних, регістра стану і регістра керування. Адреса, що подається на шини АО-А9, декодується, щоб визначити, до якого з трьох регістрів у даний момент відбувається звертання. У залежності від стану сигналів I/OR і -I/OW відбувається читання з відповідного регістру або запис у нього. Коли порт готовий прийняти черговий байт, схема керування виставляє сигнал запиту переривання, щоб сигналізувати про свою готовність.

Шина – це канал пересилання даних, використовуваний спільно різними блоками системи. Шина може являти собою набір провідних ліній у друкованій платі, проводу, припаяні до виводів роз’ємів, у які вставляються друковані плати, або плоский кабель. Інформація передається по шині у виді груп бітів. До складу шини для кожного біта слова може бути передбачена окрема лінія (паралельна шина), або всі біти слова можуть послідовно в часі використовувати одну лінію (послідовна шина).

Типи шин:

1. Шина даних. Служить для пересилання даних між процесором і пам'яттю або процесором і пристроями введення-виведення. Ці дані можуть являти собою як команди мікропроцесора, так і інформацію, що він посилає в порти введення-виведення або приймає звідти.

2. Шина адрес. Використовується ЦП для вибору необхідної комірки пам'яті або пристрою введення-виведення шляхом установки на шині конкретної адреси, що відповідає однієї з комірок пам'яті або одного з елементів введення-виведення, що входять у систему.

3. Шина керування. По ній передаються керуючі сигнали, призначені пам'яті і пристроям введення-виведення. Ці сигнали вказують напрямок передачі даних (у процесор або з нього).

Системна шина включає в себе:

• · кодову шину даних (КШД) – яка містить провода та схеми “ сполучення” для паралельної передачі всіх розрядів числового коду (машинного коду) операнду;

• · кодову шину адреси (КША) - яка містить провода та схеми “сполучення” для паралельної передачі всіх розрядів коду адреси комірки основної пам’яті або порту вводу-виводу зовнішнього пристрою;

• · кодову шину інструкцій (КШІ), яка містить провода та схеми “ сполучення” для передачі інформації (керуючих сигналів, імпульсів) у всі блоки машини;

• · шину живлення, яка містить провода та схеми “ сполучення” для підключення блоків ПК до системи енергоживлення.

• Системна шина забезпечує три направлення передачі інформації:

• · між мікропроцесором і основною пам’яттю;

• · між мікропроцесором та портами вводу-виводу зовнішніх пристроїв;

• · між основною пам’яттю та портами вводу-виводу зовнішніх пристроїв (в режимі прямого доступу до пам’яті).

Управління системною шиною виконується мікропроцесором або безпосередньо чи чаще через додаткову мікросхему контролер шини, яка формує основні сигнали управління. Обмін інформацією між зовнішніми пристроями та системною шиною виконується з використанням ASCII-кодів.

Розрядність, або ширина, шини (bus width), - кількість ліній зв’язку в шині, тобто число біт, які може бути передані по шині одночасно.

Тактова частота шини (bus frequency), - частота, з якою передаються послідовні біти інформації по лінії зв’язку.

В якості системної шини в різних ПК використовувались і можуть використовуватись:

· шини розширень – шини загального призначення, що дозволяють підключати велику кількість самих різноманітних пристроїв;

· локальні шини, які часто спеціалізуються на обслуговуванні не великої кількості пристроїв певного класу, переважно відеосистем.

В комп’ютерах широко використовуються також периферійні шини – інтерфейси для зовнішніх запам’ятовуючих та багаточисельних периферійних повільнодіючих пристроїв. Технічні характеристики деяких шин приведені в таблиці.

Характеристика	Шина
	ISA	EISA	MCA	VLB	PCI	AGP
Розрядність шини, біт.	16 – дані/ 24 - адреса	32/32	32/32	32/32 64/64	32/32 64/64	32/32 64/64
Робоча частота, МГц	8	8-33	10-20	До 33	До 66	66/133
Пропускна можливість, Мбайт/с	16	33	76	132	132/ 264/ 528	528/ 1056/ 2112
Кількість підключаємих пристроїв	6	15	15	4	10	1

2. Материнські плати та принципи її роботи.

Материнська плата призначена для розміщення або підключення всіх решти внутрішніх пристроїв комп'ютера - служить своєрідною платформою, на базі якої будується конфігурація всієї системи.

1. Центральний процесор (CPU - central processor unit) - "мозок" комп'ютера, він розпізнає і виконує команди і програми, що задаються комп'ютеру, зчитує і записує інформацію в пам'ять, передає команди іншим частинам комп'ютера. Від того, наскільки потужний процесор встановлений у комп'ютері, багато в чому залежить його продуктивність.

2. Внутрішня пам'ять ПК складається з оперативного запам¢ятовуючого при¬ст¬рою, постійного запам¢ятовуючого пристрою, кеш-пам'яті (буферної пам'яті).

   1. Оперативний запам’ятовуючий пристрій (ОЗП)Оперативна пам’ять (ОЗП - оперативний запам’ятовуючий пристрій)(RAM - Random Access Memory, пам'ять з довільним доступом)

   2. Кеш - пам'ять (Cache - запас) означає швидкодіючу буферну пам'ять між процесором і основною пам'яттю. Кеш-пам’ять служить для часткової компенсації різниці в швидкості процесора і основної пам'яті – там розміщують дані, що найчастіше використовуються.

   3. ПЗП – постійний запам’ятовуючий пристрій

(RОM – Read Only Memory, пам'ять тільки для читання)

BIOS - це Basic Input/Output System - основна система вводу/виводу, яка за¬писана в ПЗП (звідси назва ROM BIOS). Вона являє собою набір програм перевірки і обслуговування апаратури комп'ютера, і виконує роль посередника між OS і апаратурою.

4. Енергонезалежна пам’ять (cmos-пам’ять, Complementary Metal-Oxid-Semicondactor)

Різні параметри конфігурації комп'ютера, наприклад кількість і тип дискових накопичувачів, тип відеоадаптера, наявність співпроцесора і деякі інші дані, зберігаються в так званій CMOS-пам'яті. Мікросхема CMOS-пам'яті також містить звичайний електронний годинник. Щоб при відключенні живлення комп'ютера вміст CMOS-пам'яті не стирався, і годинник продовжували відраховувати час, мікросхема CMOS-пам'яті живиться від спеціального акумулятора.

3. Набори мікросхем системної логіки

3.1. North Brіdge і South Brіdge

Більшість наборів мікросхем системної логіки мають дворівневу архітектуру і складаються з двох блоків: North Brіdge і South Brіdge. Цей набір мікросхем підтримує частоту системної шини 100 МГЦ, AGP (66 МГЦ) і PCІ (33 МГЦ). Основним блоком набору мікросхем системної логіки є North Brіdge, у нього включений інтерфейс між процесором і іншою частиною системної плати. Номер на мікросхемі North Brіdge і визначає номер набору мікросхем системної логіки.

North Brіdge містить контролери кеш-пам'яті й оперативної пам'яті, інтерфейс між швидкодіючою шиною процесора, шиною PCІ і шиною прискореного графічного порту AGP, North Brіdge у більш сучасних наборах мікросхем системної логіки часто називається РАС (PCІ/AGP Controller).

South Brіdge - компонент у наборі мікросхем системної логіки з більш низькою швидкодією; він завжди знаходився на окремій мікросхемі. South Brіdge підключається до PCІ шини (33 МГц) і містить, інтерфейс шини ІSA (8 МГц). Крім того, звичайно вона містить дві схеми, що реалізують інтерфейс контролера твердого диска ІDE і інтерфейс USB, а також схеми, що реалізують функції пам'яті CMOS і годинника. South Brіdge містить також усі компоненти, необхідні для шини ІSA, включаючи контролер прямого доступу до пам'яті і контролер переривань.

3.2. Мікросхема Super і/o

Super І/O реалізує функції пристроїв, які у ранніх моделей системних плат розміщалися на окремих платах розширення: контролер гнучких дисків; подвійні контролери послідовного порту; контролер паралельного порту.

3)Процесори та принципи їх роботи.

Мікропроцесор-це велика інтегральна схема, сформована на кристалі кремнію. Кремній володіє напівпровідниковими властивостями, його провідністю можна керувати шляхом введення домішок. Мікропроцесор містить мільйони транзисторів з'єднаних між собою тонкими провідниками з алюмінію або міді.

Виготовлення мікропроцесора складний технічний процес. Він включає в себе багато етапів. Зазначимо одне: мікропроцесори формуються на поверхні тонких пластин кремнію, які нарізують з довгих циліндричних кристалів кремнію, вирощених з розплаву кремнієвого піску. Далі на ці пластини наносяться найтонші шари різних матеріалів. На них фотолітографічним способом шар за шаром формують «малюнок» майбутньої мікросхеми.

Основними характеристиками мікропроцесора є швидкодія і розрядність. Швидкодія - це число виконуваних операцій у секунду. Розрядність характеризує обсяг інформації, який мікропроцесор обробляє за одну операцію: 8-розрядний процесор за одну операцію обробляє 8 біт інформації, 32-розрядний - 32 біта, 64-розрядний - 64 біта. Швидкість роботи мікропроцесора багато в чому визначає швидкодія комп'ютера. Він виконує всю обробку даних, що надходять у комп'ютер і зберігаються в його пам'яті, під керуванням програми, також зберігається в пам'яті. Персональні комп'ютери оснащують центральними процесорами різних потужностей.

Функції процесора:

• обробка даних по заданій програмі шляхом виконання арифметичних і логічних операцій;

• програмне управління роботою пристроїв комп'ютера.

Моделі процесорів включають наступні спільно працюючі пристрої:

• Пристрій управління (УУ). Здійснює координацію роботи всіх інших пристроїв, виконує функції керування пристроями, керує обчисленнями в комп'ютері.

• Арифметико-логічний пристрій (АЛП). Так називається пристрій для цілочислових операцій. Арифметичні операції, такі як додавання, множення і ділення, а також логічні операції (OR, AND, ASL, ROL і ін) обробляються за допомогою АЛП. Ці операції складають переважну більшість програмного коду в більшості програм. Всі операції в АЛП виробляються в регістрах - спеціально відведених комірках АЛП. У процесорі може бути декілька АЛП. Кожне здатне виконувати арифметичні або логічні операції незалежно від інших, що дозволяє виконувати кілька операцій одночасно. Арифметико-логічний пристрій виконує арифметичні і логічні дії. Логічні операції поділяються на дві прості операції: "Так" і "Ні" ("1" і "0"). Звичайно ці два пристрої виділяються чисто умовно, конструктивно вони не розділені.

• AGU (Address Generation Unit) - пристрій генерації адрес. Це пристрій не менш важливе, ніж АЛП, тому що воно відповідає за коректну адресацію при завантаженні або збереженні даних. Абсолютна адресація в програмах використовується тільки в рідкісних виключень. Як тільки беруться масиви даних, у програмному коді використовується непряма адресація, що змушує працювати AGU.

• Математичний співпроцесор (FPU). Процесор може містити кілька математичних співпроцесорів. Кожен з них здатний виконувати, щонайменше, одну операцію з плаваючою точкою незалежно від того, що роблять інші АЛП. Метод конвеєрної обробки даних дозволяє одному математичному сопроцессору виконувати кілька операцій одночасно. Співпроцесор підтримує високоточні обчислення як цілочисельні, так і з плаваючою точкою і, крім того, містить набір корисних констант, що прискорюють обчислення. Співпроцесор працює паралельно з центральним процесором, забезпечуючи, таким чином, високу продуктивність. Система виконує команди співпроцесора в тому порядку, в якому вони з'являються в потоці. Математичний співпроцесор персонального комп'ютера IBM PC дозволяє йому виконувати швидкісні арифметичні та логарифмічні операції, а також тригонометричні функції з високою точністю.

• Дешифратор інструкцій (команд). Аналізує інструкції з метою виділення операндів і адрес, за якими розміщуються результати. Потім слід повідомлення іншому незалежному пристрою про те, що необхідно зробити для виконання інструкції. Дешифратор допускає виконання декількох інструкцій одночасно для завантаження усіх виконуючих пристроїв.

• Кеш-пам'ять. Особлива високошвидкісна пам'ять процесора. Кеш першого рівня (L1 cache). Кеш-пам'ять, що знаходиться усередині процесора. Вона швидше всіх інших типів пам'яті, але менше за обсягом. Зберігає зовсім недавно використану інформацію, яка може бути використана при виконанні коротких програмних циклів.

1. Кеш другого рівня (L 2 cache). Також знаходиться усередині процесора. Інформація, що зберігається в ній, використовується рідше, ніж інформація, що зберігається в кеш-пам'яті першого рівня, але зате по обсязі пам'яті він більше. Також в даний час у процесорах використовується кеш третього рівня.

2. Основна пам'ять. Набагато більша за обсягом, ніж кеш-пам'ять, і значно менш швидкодіюча.

4)Відеоадаптери та принципи їх роботи

Відеокарта - пристрій, що перетворює графічний образ, що зберігається як вміст пам'яті комп'ютера або самого адаптера, в іншу форму, призначену для подальшого виведення на екран монітора. В даний час ця функція втратила основне значення і в першу чергу під графічним адаптером розуміють пристрій з графічним процесором - графічний прискорювач, який і займається формуванням самого графічного образу.

Сучасні відеокарти не обмежуються простим виведенням зображення, вони мають вбудований графічний процесор, який може виробляти додаткову обробку, знімаючи це завдання з центрального процесора комп'ютера. Наприклад, усі сучасні відеокарти Nvidia і AMD (ATi) здійснюють рендеринг графічного конвеєра OpenGL і DirectX на апаратному рівні. Останнім часом також має місце тенденція використовувати обчислювальні можливості графічного процесора для вирішення неграфічних завдань (див. OpenCL).

Відеокарта зазвичай є платою розширення (дискретна відеокарта) і вставляється у слот розширення, універсальний (PCI-Express, PCI, ISA, VLB, EISA, MCA) або спеціалізований (AGP), проте відеокарта може бути вбудованою (інтегрованою) у материнську плату (як у вигляді окремого елементу, так і в якості складової частини північного мосту чіпсету або ЦПУ).

5)Еволюція процесорів за останні 20 років.

Значною віхою в історії розвитку архітектури процесорів персональних комп'ютерів (чергова революція) стала поява процесора i486. Виробничий техпроцес до того часу досяг позначки в 1 мкм, завдяки чому вдалося розташувати в ядрі процесора 1,5 млн. транзисторів, що було майже в 6 разів більше, ніж у CPU попереднього 386-го покоління. Він був в 1500 рази швидше свого "прапрадіда" i 4004. В архітектурі процесора персонального комп'ютера вперше з'явився конвеєр на п'ять стадій. Конвеєрні обчислення були, звичайно, відомі задовго до появи персональних комп'ютерів, але високий ступінь інтеграції тепер дозволила застосувати цей ефективний спосіб обчислень і в персональному комп'ютері. На одному кристалі Intel розмістила і власне процесор, і математичний співпроцесор, і кеш-пам'ять L1, які до цього розташовувалися в окремих мікросхемах. Ця революція відбулася через 20 років після появи першого мікропроцесора, у жовтні 1989 року. 486-й мікропроцесор володів достатнім для того часу швидкодією. Тактова частота процесора навіть перевищила тактову частоту системної шини.

З моменту випуску 486-го процесора технологічний процес виробництва мікропроцесорів почав розвиватися бурхливими темпами. У 90-х роках почалася «ера» Pentium. Практично кожен рік компанія Intel випускала все більш і більш досконалі мікропроцесори. Процесор Pentium здійснив переворот в комп'ютерній індустрії персональних комп'ютерів. Вартість мікропроцесорів стала падати, а виходить ПК став більш доступним всім верствам населення. Комп'ютер став по-справжньому персональним. Це означає орієнтований на звичайного користувача, що не володіє глибокими знаннями в цій області.

Створені в середині 1989 і 1995 року процесори Pentium і Pentium Pro значно відрізнялися по своїй архітектурі від своїх попередників. В основу архітектури була покладена суперскалярна архітектура, що і дала можливість одержати п'ятикратне одержання продуктивності Pentium у порівнянні з моделлю 80486. Хоча Pentium проектувався як 32-розрядний, для зв'язку з іншими компонентами системи використовувалася зовнішня 64-розрядна шина.

Процесор	Розрядність шини даних	Робоча частота, МГц
i4004	4	0.75
i8008	8	0.8
i8080	8	2
i8086	16	5; 8; 10
i8088	16	5; 8
i80286	16	8; 10; 12; 16
i80386 DX	32	20; 25; 33; 40
i80386 SX	16	20; 25; 33
i80486 DX	32	25; 33; 50; 66; 75; 100; 120
i80486 SX	32	16; 20; 25; 33
Pentium	32	60; 66; 75; 90; 100; 120; 133; 166; 200
Pentium Pro	32	166; 180; 200

Intel Pentium II

Мікропроцесор Intel Pentium II був випущений у 1998 році. Правда, кеш другого рівня в ньому, так і залишилася у виді окремої мікросхеми. Виділена кеш-пам'ять другого рівня 512 KB. Також, мається і 32 KB кеша першого рівня (16K для даних і 16K - для інструкцій), що вдвічі більше, ніж у процесора Pentium Pro.

Intel Celeron

Уперше ці процесори з'явилися в квітні 1998 року. Процесори Celeron з тактовими частотами 400, 366, 333, 300 і 266 Мгц. Процесори Celeron мають усі достоїнства мікроархітектури P6, на основі якої був побудований процесор Pentium II.

Основні характеристики серії Celeron:

· Використовують системну шину мікроархітектури P6 з тактовою частотою 66 Мгц, що підтримує рівнобіжні транзакції і контроль парності даних;

· Оснащені неблокованою кеш-пам'яттю першого рівня ємністю 32 кбайт (16 кбайт для команд + 16 кбайт для даних);

· Оснащені убудованою кеш-пам'яттю 2-го рівня обсягом 128 Kб;

· Ядро містить від 7,5 млн. (у процесорів з тактовими частотами 300 і 266 МГц) до 19 млн. (у процесорів з частотами 400, 366, 333 МГц) транзисторів і включає убудовану кеш-пам'ять 2-го рівня.

CPU Intel Celeron 333 128K/ 66МГц PPGA Кеш L2 128К, працює на частоті процесора Частота шини 66 МГц Множення 5 Гніздо процесора Socket370 Кеш L1 16ДО+16ДО (команди/дані) Напруга харчування 2 В Технологія 0.25 мкм Корпус PPGA

Intel Pentium III

Однієї з найважливіших новин початку 1999 року є те, що процесор Pentium III вийшов у серійне виробництво. Він розроблений для прискорення роботи всіх мультимедійних засобів і систем ПК, таких як статична і динамічна 3D графіка, відео і звук. Також оптимізовані і поліпшені інструкції пересилання операндів у пам'яті й обробка потоків інформації.

Серед великого числа переваг нового процесора можна виділити наступні:

· Нові оптимізовані інструкції з підтримкою SIMD;

· Оптимізація обчислень із крапкою, що плаває;

· Оптимізація MMX інструкцій;

· Поліпшений доступ до пам'яті Streamline;

· Висока тактова частота (450MHz - 1000MHz);

· Унікальний ідентифікаційний код.