Автор работы: Пользователь скрыл имя, 30 Января 2013 в 20:33, курс лекций
Микропроцессор (МП) — центральное устройство ПК, предназначенное для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией.
□ организация сквозного канала в системном интерфейсе для передачи данных между портом устройства ввода-вывода и МП.
Схема управления шиной
и портами использует для связи
с портами кодовые шины инструкций,
адреса и данных системной шины:
при доступе к порту МП посылает
сигнал по кодовой шине инструкций
(КШИ), который оповещает все
адресом порта, а затем посылает и сам адрес порта. Устройство с совпадающим адресом порта дает ответ о готовности. После этого по кодовой шине данных (КШД) осуществляется обмен данными.
Упрощенная структурая схема микропроцессора показана на рис. 8.4.
Рис. 8.4. Упрощенная структурная схема микропроцессора
Вопросы для самопроверки
1. Дайте краткую
характеристику
2. Назовите и
поясните основные функции, вып
3. Назовите характерные особенности микропроцессоров CISC, RISC и VLIW.
4. Назовите основные модели CISC МП и дайте их сравнительную характеристику.
5. Дайте общую
характеристику
6. Назовите и поясните важнейшие особенности МП Pentium 4.
7. Что такое реальный и защищенный режимы работы МП?
8. Поясните структуру, назначение и основные функции устройства управления.
9. Назовите уровни кэш-памяти современных МП.
10. Поясните назначение кэш-памяти.
11. Поясните структуру,
назначение и основные функции
арифметико-логического
12. Назовите регистры
микропроцессорной памяти и
13. Поясните важность величины тактовой частоты МП.
14. Рассмотрите основные информационные технологии, поддерживаемые МП Pentium 4Е.
Системная (system board, SB), или объединительная, материнская (mother board, MB) плата — это важнейшая часть компьютера, содержащая его основные электронные компоненты. С помощью материнской платы осуществляется взаимодействие между большинством устройств машины.
Конструктивно MB настольного ПК представляет собой печатную плату площадью 100-150 см2, на которой размещается большое число различных микросхем, разъемов и других элементов. Существуют две основных разновидности конструкции системной платы (СП):
□ на плате жестко закреплены все необходимые для работы микросхемы — сейчас такие платы используются лишь в простейших домашних компьютерах, называемых одноплатными;
□ непосредственно на системной плате размещается лишь минимальное количество микросхем, а все остальные компоненты объединяются при помощи системной шины и конструктивно устанавливаются на дополнительных платах (платах расширения), устанавливаемых в специальные разъемы (слоты), имеющиеся на материнской плате; компьютеры, использующие такую технологию, относятся к вычислительным системам с шинной архитектурой.
Современные персональные компьютеры имеют именно шинную архитектуру. На системной плате непосредственно расположены:
□ разъем для подключения микропроцессора;
□ набор системных микросхем (чипсет, chipset), обеспечивающих работу микропроцессора и других узлов машины;
□ микросхема постоянного запоминающего устройства, содержащего программы базовой системы ввода-вывода (Basic Input-Output System — BIOS);
□ микросхема энергонезависимой памяти (питается от автономного расположенного на MB аккумулятора) по типу используемых в ней полевых транзисторов называемая CMOS.
□ микросхемы кэш-памяти 2-го уровня (если они отсутствуют на плате микропроцессора) или 3-го уровня;
□ разъемы для
подключения модулей
□ наборы микросхем и разъемы для системных, локальных и периферийных интерфейсов;
□ микросхемы мультимедийных устройств и т. д.
В качестве примера на рис. 9.1 показано размещение основных компонентов на мультимедийной системной плате ТС430НХ.
Рис. 9.1. Системная плата ТС430НХ
На рисунке показаны:
1. Интегральная схема звукового адаптера Yamaha OPL4-ML — звуковая карта с поддержкой табличного синтеза звука Wave Table.
2. Интегральная схема звукового адаптера Yamaha OPL3-SA — звуковая карта с поддержкой цифрового частотно-модулированного синтеза звука.
3. Аудиовыход CD-ROM.
4. Разъем для подключения внешнего звукового адаптера.
5. Разъем для подключения телефонной линии.
6. Интегральная схема
7. Разъемы ввода-вывода на задней панели ПК.
8. Последовательный порт COM2.
9. Разъем типа Socket 7 для микропроцессора. 0. Микросхемы кэш-памяти 2-го уровня.
11. Разъем питания материнской
платы (два раздельных
12. Регулятор напряжения.
13. Разъемы (слоты) для микросхем оперативной памяти.
14. Разъем для подключения вентилятора микропроцессора.
15. Разъем для подключения дисководов гибких дисков.
16. Набор системных микросхем — чипсет i430HX.
17. Разъемы передней панели.
18. Разъем первичного канала дискового интерфейса IDE.
19. Разъем вторичного канала дискового интерфейса IDE.
20. Аккумулятор для системы CMOS (в том числе и для внутреннего таймера).
21. Интегральная
схема контроллера шин PCI/ISA/
22. Блок конфигурационных перемычек («джамперов»), позволяющих изменять режимы работы платы.
23. Пьезоэлектрический системный динамик.
24. Интегральная схема контроллера ввода-вывода (для универсальной шины USB), поддерживающего интерфейсы гибких дисков, последовательных и параллельного порта, часов реального времени (таймера), контроллера клавиатуры и т. д.
25. Видеопамять — память графики типа EDO (2 Мбайт).
26. Видеокарта — графический контроллер S3 VIRGE, поддерживающий растровую и трехмерную графику.
27. Разъемы шины расширения ISA.
28. Разъем для внешних адаптеров работы с видео.
29. Разъемы расширения локальной шины PCI.
Разновидности системных плат
В настоящее время десятки фирм
выпускают большое число
Расположенные на системной плате набор системных микросхем и микропроцессорный разъем определяют типы микропроцессоров, которые на ней могут быть установлены. Поскольку микропроцессоры фирмы Intel и МП некоторых других фирм, в частности фирмы AMD, используют разные электрические интерфейсы и геометрические разъемы, можно разделить все материнские платы на две группы: «интеловские» СП и прочие. МП фирмы Intel распространены гораздо шире, в дальнейшем основное внимание уделим именно им. Так, по типу
поддерживаемых Intel-
□ Платы, рассчитанные на МП 8086, 8088, в новых компьютерах они уже не применяются более десятка лет, но кое-где, особенно в нашей стране, их найти еще можно.
□ Платы для МП 80286 тоже устарели, но кое-где еще используются (для МП 80386 и выше они непригодны).
□ Платы для микропроцессоров 80386 и 80486 используются в соответствующих ПК прежних лет выпуска. Следует иметь в виду, что системные платы, установленные в компьютерах с МП 80386, часто не пригодны для установки МП 80486, а в компьютерах с МП 80486 чаще всего несовместимы с МП Pentium (в случае модернизации (upgrade) при замене МП приходится менять и системные платы); некоторые из плат этой группы позволяют устанавливать дополнительно МП Over Drive, расширяющий характеристики основного микропроцессора до уровня характеристик МП Pentium. В этой группе определены многие важные параметры системных плат, характеризующие современные СП и поныне, в частности, стандартным стал тип микропроцессорного разъема с нулевым усилием сочленения (тип ZIF — Zero Insertion Force), что позволяет проводить замену МП в домашних условиях без применения специальных инструментов.
□ Платы для МП Pentium и Pentium Pro рассчитаны на напряжения питания 3,3 и 5 В и тактовые частоты 60, 66, 75 МГц. СП, ориентированные на МП Pentium Pro, отличаются лишь другим процессорным разъемом и отсутствием кэш-памяти второго уровня, которая интегрирована непосредственно на плату МП.
□ Платы для МП Pentium MMX, отличающиеся от плат для МП Pentium и Pentium Pro двумя раздельными напряжениями питания (2,8 и 3,3 В), наличием модифицированного процессорного разъема Socket 7 и специальной микросхемы BIOS, поддерживающей ММХ.
□ СП для МП Pentium II (а также и Celeron) имеют разъем Slot 1 или Socket 370, пониженное напряжение питания 2,0 В; у них отсутствует кэш-память 2-го уровня. Материнские платы этой группы (в частности, с чипсетами iBX) впервые могут работать с тактовыми частотами 100, 133, 150 МГц.
□ СП для микропроцессоров Pentium III с разъемами типа Socket 370 (для Хеоп — Slot 2) используют еще более низкие напряжения — 1,65 В и работают с чипсетами iBX, iGX, iZX, i810, i815, i820, i840, VIA Apollo Pro и некоторыми другими, поддерживающими тактовые частоты от 100 до 266 МГц.
□ СП для микропроцессоров Pentium 4 с разъемами Socket 423 или Socket 478, раздельными напряжениями питания пяти уровней от 1,1 до 1,8 В, на чипсетах i850 и более новых, поддерживающие тактовые частоты до 400 МГц.
□ Системные платы для
Важным параметром системной платы является тактовая частота (FSB) на которой она работает: современные СП имеют рабочие частоты 100, 133, 150, 200, 266, 400 и 800 МГц. Этот параметр особенно сильно влияет на производительность ПК, выполняющего задания, не содержащие большого количества математических операций, а связанные с процедурами пересылки информации (например, большинство преобразований экономической информации).
Socket 7, Slot l, Socket 370, Socket 8, Slot 2, Slot A, Socket 423, Socket 428, LGA 775 — процессорные разъемы, установленные на материнской плате. Спецификация разъема определяет как сам конструктив разъема, так и назначение контактов, электрические параметры, порядок взаимодействия с шинами данных, особенности взаимодействия с оперативной памятью и т. п.
Существуют различные базовые типоразмеры (форм-факторы) плат. Форм-фактор определяет не только внешние размеры системных плат, но и ряд специфических параметров, характеризующих функциональные и эксплуатационные свойства СП:
□ Full-size ATразмером 12 х 13,8 дюйма (использовались в первых моделях IBM PC, сейчас не выпускаются);
□ Baby AT — имеют размеры 8,57 х 13,04 дюйма. Их разновидность Mini AT — 8,57 х 9,85 дюйма; они могут устанавливаться во все корпуса, кроме Slim line (выпускаются, но также постепенно устаревают);
□ полномасштабные платы AT — отличаются от Baby AT только размером (ширина их составляет 12 дюймов, что затрудняет установку в корпус);
□ LPX и Mini LPX размерами 9x13 и 8,2x10,4 дюйма соответственно — устанавливаются в сверхнизкие корпуса Slimline;
□ ATX — самый популярный формат системной платы размером 9,6 х 12 дюймов, отличающийся от Baby AT более удобным расположением элементов на плате (позволяет легко без снятия платы менять ее элементы), лучшей вентиляцией (не требуется устанавливать отдельный вентилятор на микропроцессор), наличием разъема универсальной шины USB и возможностью дистанционного выключения питания компьютера с модема или по локальной сети. На плате установлены разъемы только под модули оперативной памяти DRAM.
□ В 1997 году была представлена модификация MiniATX — СП размером 9,6 х 9,6 дюймов.
□ В 2002 году Intel анонсировала плату формата ВТХ (Balanced Technology extended — расширенная сбалансированная технология), призванную начиная с 2005 года активно заменять плату АТХ, поскольку ВТХ имеет обособленные области для разного типа комплектующих и линейное расположение компонентов, что обеспечивает меньшие взаимные тепловые и электромагнитные влияния компонентов друг на друга, лучшее охлаждение, низкий уровень шума системы охлаждения и более удобную раскладку этих компонентов для построения малогабаритных систем. Спецификация ВТХ 1.0 оговаривает три размера материнских плат: ВТХ, Micro ВТХ и Pico ВТХ. Ширина плат ВТХ составляет 325 мм, Micro ВТХ - 264 мм и Pico ВТХ - 203 мм. Модификация ВТХ предназначена для стандартных настольных компьютеров, Micro ВТХ
и Pico BTX — для компактных мобильных и промышленных систем. На платах ВТХ используется термальный модуль, который позволит сохранять на низком уровне температуры ключевых компонентов, включая процессор Pentium 4 Prescott, выделяющий большое количество тепла, системный и графический чипсеты.