Часть 2. Основы вычислительных систем

21. Устройство персонального компьютера. Архитектура, шины, порты.

Архитектура персонального компьютера — компоновка его основных частей, таких как процессор, ОЗУ, видеоподсистема, дисковая система, периферийные устройства и устройства ввода-вывода. Компьютерная шина — в архитектуре компьютера подсистема, которая передаёт данные между функциональными блоками компьютера. Обычно шина управляется драйвером. В отличие от связи точка-точка, к шине можно подключить несколько устройств по одному набору проводников. Каждая шина определяет свой набор коннекторов (соединений) для физического подключения устройств, карт и кабелей.

Ранние компьютерные шины представляли собой параллельные электрические шины с несколькими подключениями, но сейчас данный термин используется для любых физических механизмов, предоставляющих такую же логическую функциональность, как параллельные компьютерные шины. Современные компьютерные шины используют как параллельные, так и последовательные соединения и могут иметь параллельные и цепные топологии. В случае USB и некоторых других шин могут также использоваться хабы(концентраторы).

Порты: К портам подключаются периферийные устройства ввода/вывода. Разъемы портов обычно устанавливаются прямо па системную плату и выносятся на заднюю стенку компьютера. Порты взаимодействуют с южным мостом чипсета, также возможен вариант, когда некоторые порты обслуживаются специализированным чипом SuperlO, который, в свою очередь, взаимодействует с южным мостом. Порты также называют интерфейсами. На задней панели компьютера можно встретить разъемы следующих портов (интерфейсов).

Последовательный порт (СОМ). Присутствует в компьютерах вот уже более двух десятков лет, однако в последнее время применяется не очень часто. Изначально в компьютерах присутствовали два последовательных порта COMI и COM2, однако во многих современных платах есть разъем только для COMI, а в некоторых новых платах последовательный порт отсутствует, как устаревший.

Параллельный порт ( LPT). К нему подключаются некоторые модели принтеров, сканеров и другие устройства. Стандартный параллельный порт имеет не очень' высокое быстродействие, поэтому используются его ускоренные режимы работы ЕСР или ЕРР. Этот порт также является устаревшим и может отсутствовать на некоторых новых платах.

Порт PS/2. В большинстве компьютеров есть два таких специализированных порта: первый для подключения клавиатуры, второй — для мыши. Если же их нет, тогда клавиатуру и мышь следует подключать к разъему USB.

USB. Наиболее популярный интерфейс для самых разнообразных периферийных устройств. На задней панели обычно присутствует от 2 до 8 разъемов USB, кроме того, несколько разъемов может присутствовать на передней панели компьютера

VGA. Служит для подключения монитора. При наличии интегрированного видеоадаптера данный разъем будет присутствовать на задней стенке системной платы.

22. Материнская (системная) плата. Архитектура. Чипсет материнской платы.

Системная плата – основа системного блока компьютера, определяющая его архитектуру и производительность. Связующее звено между процессором и остальными компонентами компьютера.

Обязательные компоненты:

- процессоры

- память (ПЗУ, ОЗУ, кэш)

- системные средства ввода-вывода

- схема управления блоком питания

- регуляторы напряжения

- средства состояния мониторинга состояния системного блока

Дополнительные компоненты:

- контроллеры накопителей

- интерфейсы портов

Основа любой системной платы —чипсет, то есть набор микросхем, обеспечивающих взаимодействие между процессором, памятью, накопителями и другими устройствами. В его состав входят два основных чипа, которые обычно называются северным и южным мостами.

Иногда северный мост называют системным контроллером, а южный — функциональным контроллером. В чипсетах для процессоров Intel северный мост обозначается МСН, а южный — ICH. Основная задача северного моста — обеспечить связь процессора с оперативной памятью и видеосистемой. Данными процессор и северный мост обмениваются с помощью шины FSB, северный мост и оперативная память — с помощью специальной шины памяти, северный мост и видеосистема — с помощью PCI Express (в устаревших чипсетах — с помощью шины AGP). В некоторых чипсетах в состав северного моста также входит интегрированный видеоадаптер. Северный мост сильно нагревается во время работы, поэтому для его охлаждения используют радиатор, а в некоторых случаях и вентилятор. В чипсетах для процессоров Athlon 64/Х2 и Phcnom контроллер оперативной памяти интегрирован непосредственно в процессор, а северный мост выполняет функции контроллера PCI Express. Чипсеты для современных процессоров Athlon/Phenom выпускают компании AMD, nVidia и VIA, причем чипсеты nVidia могут состоять всего из одного чипа, который совмещает функции северного и южного мостов. Южный мост обменивается данными с северным мостом и различными периферийными устройствами. Большинство контроллеров периферийных устройств интегрировано непосредственно в южный мост.  Вот функциональный состав типичного южного моста:

• контроллер IDE;

• контроллер Serial ATA/RAID;

• контроллер дисковода;

• контроллер шин PCI и ISA;

• USB-контроллер;

• звуковой контроллер;

• сетевой интерфейс;

• контроллеры портов ввода/вывода.

Кроме того, южный мост взаимодействует с микросхемами BIOS и CMOS1. Во многих современных чипсетах микросхема CMOS интегрирована в состав южного моста.