Аппаратное представление персонального компьютера

 

- накопители на оптических дисках (типа DVD - RW или CD – RW), предназначенные  для чтения и записи на компакт  - диски

 

- накопители (или дисководы) для гибких магнитных дисков, используемые для чтения и записи на дискеты;

 

- устройства охлаждения:

 

 

 

 

Рисунок 5. Внешний вид вентилятора.

 

 

2.2 Системная плата

 

 

Важнейшим узлом ПК является системная  плата, иначе называемая материнской платой. Системная плата есть не во всех компьютерах. В некоторых ПК элементы, обычно устанавливаемые на системной плате, расположены на отдельных платах расширения, вставленных в разъемы системной платы - слоты расширения. В компьютерах такого типа плата с разъемами называется объединительной платой, а системные блоки подобной конструкции называются объединительными системными блоками.

 

Объединительная плата может быть пассивной и активной. На пассивной  плате устанавливаются разъемы  шины и, возможно, электрические схемы для обработки буферов и дисковых накопителей. Все остальные компоненты располагаются на одной или нескольких платах расширения, вставляемых в разъемы объединительной платы. Иногда вся схема размешается на одной плате расширения, которую называют системной, или материнской картой. Такая системная карта является, в сущности, системной платой, вставляемой в разъем пассивной объединительной платы. Системы такого типа редко встречаются из-за дороговизны высокопроизводительных системных карт. Конструкции с объединительной платой популярны в промышленности, где их часто монтируют в стойках. Такой же конструкцией отличаются некоторые мощные файл-серверы.

 

На активной объединительной плате  установлен котроллер шины. Обычно на ней содержатся и другие компоненты. В большинстве компьютеров на активной объединительной плате располагаются практически все узлы обычной системной платы, кроме процессорного модуля. Процессорный модуль - это плата, на которой установлены центральный процессор и все связанные с ним узлы, например схема синхронизации, кэш и т. д. Конструкция с процессорным модулем позволяет легко перевести систему на другой процессор, сменив всего одну плату. Фактически речь идет о модульной системной плате с заменяемой секцией процессора. В большинстве современных ПК объединительная плата активна и имеет отдельный процессорный модуль. К сожалению, из-за отсутствия стандарта на способ взаимодействия процессорного модуля с остальными узлами системы каждая фирма выпускает свои платы, которые можно приобрести только у производителя конкретного компьютера. Такое сужение рынка приводит к тому, что эти платы дороже большинства полных системных плат (с процессором) других производителей.

 

Системные платы выпускаются в  нескольких вариантах. Они отличаются размерами, что, в свою очередь, определяет тип корпуса, в котором их можно установить. Существуют такие основные разновидности системных плат: объединительная плата; полноразмерная плата AT; Baby-AT; LPX; АТХ; NLX.

 

Сегодня на рынке существует три  материнских платы, для установки трёх разных классов процессоров:

 

- платы с разъёмом Slot 1 предназначены  для процессоров фирмы Intel. Тип  разъёма – слот (длинное щелевидное  гнездо).

 

- платы с разъёмом Socket-370 предназначены  для установки новых процессоров Celeron фирмы Intel (частота от 400 МГц). Тип разъёма – квадратное гнездо.

 

- платы с разъёмом Super Socket 7 (Socket A) предназначены для “альтернативных”  процессоров фирм AMD, Cyrix, IBM и других. Тип разъёма – квадратное гнездо.

 

Одним из контроллеров, которые присутствуют во всех компьютерах, является контроллер портов ввода-вывода.

 

Типы портов:

 

- параллельные (LPT1-LPT4), к ним обычно  присоединяют принтеры и сканеры;

 

- последовательные асинхронные  порты (COM1-COM4), к ним подсоединяются  мышь, модем и т. д.;

 

- игровой порт – для подключения  джойстика;

 

- порт USB (USB 2) – недавняя разработка - порт с наивысшей скоростью  ввода-вывода, к нему подключаются  новые модели принтеров, сканеров, модемов, мониторов и т.д. Одним  из его достоинств является  возможность подключения целой цепочки устройств. Например, через один порт USB подключен принтер, через принтер подключен сканер и т.д.

 

Некоторые устройства могут подключать и к параллельным, и к последовательным портам, и к порту USB (USB 2). Самый  быстрый обмен осуществляется через порт USB 2, затем USB, параллельные же порты выполняют ввод-вывод с большей скоростью, чем последовательные (за счет использования большего числа проводов в кабеле).

 

 

 

 

 Рисунок 6. Внешний вид системной  платы.

 

 

Объединительные платы

 

 Системные (материнские) платы  в полном смысле этого слова  установлены не во всех компьютерах.  В некоторых системах те компоненты, которые обычно находятся на  системной плате, устанавливаются  в уже вставленную плату расширения. В таких компьютерах главная плата со слотами называется объединительной платой. А использующие такую конструкцию компьютеры называются компьютерами с объединительной платой.

 

 Системы с объединительными  платами бывают двух основных  типов: пассивные и активные.

 

 

 

 

 Рисунок 7. Логическая схема системной платы.

 

 

 Пассивные объединительные  платы вообще не содержат никакой  электроники, кроме разве что  разъемов шины и нескольких  буферов и драйверных схем. Все  остальные схемы обычных системных  плат размещены на платах расширения. Есть пассивные системы, в которых вся системная электроника находится на единственной плате расширения. Практически эта плата является настоящей системной, но она должна быть вставлена в слот на пассивной объединительной плате. Такая конструкция была разработана для того, чтобы модернизировать систему и заменять в ней любые платы было как можно проще. Но из-за высокой стоимости системных плат нужного типа, подобные конструкции очень редко встречаются в персональных компьютерах. А вот в промышленных системах пассивные объединительные платы очень популярны. И еще их можно встретить в некоторых мощных серверах.

 

 Активные объединительные платы  содержат схемы управления шиной  и множество других компонентов.  На большинстве таких плат  содержится вся электроника обычной системной платы, нет только процессорного комплекса. Процессорным комплексом называют ту часть схемы платы, которая включает сам процессор и непосредственно связанные с ним компоненты, такие как тактовый генератор, кэш и т.д. Получается, что у вас как бы модульная системная плата с заменяемым процессорным комплексом. Большинство современных ПК с объединительной платой используют именно активную плату с отдельным процессорным комплексом. Фирмы Compaq и IBM используют такую конструкцию в своих самых мощных системах серверного класса К сожалению, интерфейс процессорных комплексов до сих пор не стандартизирован.

 

 Обе конструкции, и использующая  системную плату, и объединительную,  имеют свои преимущества и  недостатки. В конце 70-х в большинстве  ПК известных производителей использовались объединительные платы. Позже Apple и IBM перешли к системным платам, поскольку при их массовом производстве такая конструкция оказалась дешевле. Однако, теоретически, преимуществом систем с объединительной платой остается то, что их легче модернизировать до нового процессора и нового уровня производительности, заменяя только небольшую второстепенную плату. В компьютерах с системной платой для замены процессора часто приходится менять всю системную плату, что гораздо сложнее.

 

 

2.3 Чипсет

 

 

 Чипсет – набор микросхем  материнской платы для обеспечения  работы процессора с памятью  и внешними устройствами. Он включает  в себя контроллер оперативной  памяти (так называемы северный  мост) и контроллер периферийных  устройств (южный мост).

 

 Северный мост обеспечивает  обмен информацией между процессором  и оперативной памятью по системной  шине. В процессоре используется  внутреннее умножение частоты,  поэтому частота процессора в  несколько раз больше, частоты  системной шины. В современных  компьютерах частота процессора может превышать частоту системной шины в 10 раз (например, частота процессора 1ГГц, а частота шины – 100 МГц).

 

 К северному мосту подключается  шина PCI (Peripherial Component Interconnect bus – шина  взаимодействия периферийных устройств), которая обеспечивает обмен информацией с контроллерами периферийных устройств. Частота контроллеров меньше частоты системной шины, например, если частота системной шины составляет 100 МГц, то частота шины PCI обычно в три раза меньше – 33 МГц. Контроллеры периферийных устройств (звуковая плата, сетевая плата, SCSI – контроллер, внутренний модем) устанавливаются в слоты расширения системной платы.

 

 По мере увеличения разрешающей  способности монитора и глубины  цвета требования к быстродействию  шины, связывающей видеоплату с процессором и оперативной памятью, возрастают. В настоящее время для подключения видеоплаты обычно используется специальная шина AGP (Accelerated Graphic Port - ускоренный графический порт), соединенная с северным мостом и имеющая частоту, в несколько раз большую, чем шина PCI.

 

 Южный мост обеспечивает  обмен информацией между северным  мостом и портами для подключения  периферийного оборудования.

 

 

 

 

 Рисунок 8. Внешний вид чипсета.

 

 Разработкой чипсетов для  настольных ПУ занимаются 5 компаний: Intel, AMD, NVIDIA, VIA и SIS.

 

 Фирма Intel делит чипсеты для  настольных ПК на группы по  назначению:

 

 производительные – Х58, Х48, Х38…

 

 распространенные – Q45, Q43, P55, P45, G45…

 

 Выбор типа чипсета зависит  от процессора, с которым он  работает, и определяет вид других устройств ПК.

 

 

 

 

Рисунок 9. Схема чипсета Intel G45.

 

 

Чипсеты Intel, появившись в 1993 году, предназначались  для процессоров Pentium с напряжением  питания 5B, устанавливаемых в разъем Socket 4 и имеющих тактовую частоту 60 или 66 МГц. VIA (Apollo Master, 1VP, 2VP, Vp2/97,VPX/97,VP3,mVP3), AcerLabs (Ali Aladdin от I до V), SiS (чипсеты этой фирмы не имеют красивого названия, только номера от 5581/82 до 5597/98), а так же примкнувшая к ним OPTi Vendetta.

 

Чипсет Intel 848P (i848P) ориентирован на разработку настольных персональных компьютеров. Поддерживает процессоры Intel Pentium 4 с технологией Hyper-Threading, созданные по технологии 0,13 мкм, подключаемые через разъем Socket 478 и работающие с шиной FSB типа QPB (Quad-Pumped Bus). Это чипсет (набор микросхем системной логики) рассчитан на тактовую частоту 100, 133 и 200 МГц, что обеспечивает частоту передачи данных 400, 533, 800 МГц. Так же данный чипсет способен поддерживать работу и процессоров Pentium 4, созданных на основе ядра Prescott (технология 90 нм,1 Мбайт кэш-памяти L2).

 

Чипсет i848P создан на основе набора i865PE, известного ранее как Springdale и являющегося  флагманом линейки i865.

 

Базовый комплект чипсета i848P состоит  из микросхем Intel 82848P Memory Controller Hub (MCH) и Intel 82801EB (ICH5). В качестве второй микросхемы может использоваться улучшенный вариант ICH5 - Intel 82801ER (ICH5R), обладающий расширенными возможностями работы с дисковой подсистемой памяти.

 

 

2.4 Память ПК

 

 

Память компьютера построена из двоичных запоминающих элементов — битов, объединенных в группы по 8 битов, которые называются байтами. (Единицы измерения памяти совпадают с единицами измерения информации). Все байты пронумерованы. Номер байта называется его адресом.

 

Байты могут объединяться в ячейки, которые называются также словами. Для каждого компьютера характерна определенная длина слова — два, четыре или восемь байтов. Это не исключает использования ячеек памяти другой длины (например, полуслово, двойное слово). Как правило, в одном машинном слове может быть представлено либо одно целое число, либо одна команда.

 

Широко используются и более  крупные производные единицы  объема памяти: Килобайт, Мегабайт, Гигабайт, а также, в последнее время, Терабайт и Петабайт.

 

Современные компьютеры имеют много разнообразных запоминающих устройств, которые сильно отличаются между собой по назначению, временным характеристикам, объёму хранимой информации и стоимости хранения одинакового объёма информации. Различают два основных вида памяти — внутреннюю и внешнюю.

 

В состав внутренней памяти входят оперативная  память, кэш-память и специальная  память.

 

Внешняя память (ВЗУ) предназначена  для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого  не зависит от того, включен или  выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Информация от ВЗУ к процессору и наоборот циркулирует примерно по следующей цепочке:

 

Оперативная память одна из основных компонентов компьютера, предназначенный для хранения информации во время исполнения программ на компьютере.

 

Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory — память с произвольным доступом) — это быстрое запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с  процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.

 

Оперативная память используется только для временного хранения данных и  программ, так как, когда машина выключается, все, что находилось в ОЗУ, пропадает. Доступ к элементам оперативной памяти прямой — это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес.

 

Объем ОЗУ обычно составляет от 32 до 512 Мбайт. Для несложных административных задач бывает достаточно и 32 Мбайт ОЗУ, но сложные задачи компьютерного дизайна могут потребовать от 512 Мбайт до 2 Гбайт ОЗУ.

 

Обычно ОЗУ исполняется из интегральных микросхем памяти SDRAM (синхронное динамическое ОЗУ). Каждый информационный бит в SDRAM запоминается в виде электрического заряда крохотного конденсатора, образованного в структуре полупроводникового кристалла. Из-за токов утечки такие конденсаторы быстро разряжаются, и их периодически (примерно каждые 2 миллисекунды) подзаряжают специальные устройства. Этот процесс называется регенерацией памяти (Refresh Memory). Микросхемы SDRAM имеют ёмкость 16 — 256 Мбит и более. Они устанавливаются в корпуса и собираются в модули памяти.

 

Большинство современных компьютеров  комплектуются модулями типа DIMM (Dual-In-line Memory Module — модуль памяти с двухрядным расположением микросхем). В компьютерных системах на самых современных процессорах используются высокоскоростные модули Rambus DRAM (RIMM) и DDR DRAM.