Информационно-логическая архитектура персонального компьютера

Размещено на http://www.allbest.ru/

3

Узлы и блоки ПК



Информационно-логическая архитектура ПК

Архитектура ПК - это состав и соединение составляющих функциональных блоков. Это абстрактное представление ЭВМ, которое отражает ее структурную, схемотехническую. И логическую организацию.

Архитектура определяется совокупностью ее основных свойств, существенных для пользователя. Основное внимание уделяется структуре и функциональным возможностям машины, которые можно разделить на: основные и дополнительные.

Основные функции повышают эффективность выполнения основных функций: обмен информацией с внешними объектами.

Дополнительные функции повышают эффективность выполнения основных функций: обеспечивают эффективные приемы работы, диалог пользователем, систему подсказок и др. Эти функции выполняются с помощью аппаратных и программных средств ПК.

Понятие архитектуры включает в себя:

· Структурную схему ЭВМ;

· Средства и способы доступа к элементам структурной схемы ЭВМ;

· Организацию и разрядность интерфейсов ЭВМ;

· Набор и доступность регистров;

· Организацию и способы адресации памяти;

· Способы представления и форматы данных ЭВМ;

· Набор машинных команд ЭВМ;

· Форматы машинных команд;

· Обработку нештатных ситуаций (прерываний).

Структура ЭВМ



Материнская плата

Материнская плата (системная плата) - главная плата ПК, на которой расположены: процессор (сопроцессор), ГТИ и специальные разъемы для подключения внешних устройств.

Специальные разъемы называются слоты расширения.

Контроллер (адаптер, карта) - специальное устройство, обеспечивающее связь процессора с конкретным внешним устройством.

Контроллеры, которые объединяют в себе несколько функций, называются - мультикарты.

Современные материнские платы поддерживают технологию Plug & Play («вставляй и играй»), она позволяет использовать внешнее устройство и контроллер без специальной настройки конфигурации.

Процессор

ШУ - шина управления

ШД - шина данных

ША - шина адреса

CPU - микропроцессор

ГТИ - генератор тактовых импульсов

Шина - набор проводников, по которым передается информация.

CPU (ЦПУ), микропроцессором принято называть АЛУ и УУ, объединенные в одном корпусе.

CPU предназначен для выполнения арифметических и логических операций, а также для общего управления внешними устройствами.

CPU на каждый импульс обрабатывает одну команду.

Число может интерпретироваться и как число, и как команда. МП сам распознает тип полученных данных. Как только он получает первый блок данных, он воспринимает его как команду. Далее команды по цепочке передают управление друг другу.

ШД предназначена для передачи двоичных чисел между устройствами ПК.

ШД может иметь от 8 до 64 разрядов (проводов). По каждому проводу передается либо 0 либо 1.

МП может выполнять арифметические действия: + (ADD), - (SUB), / (DIV), * (MUL).

Он также может увеличить число на 1 (INC), уменьшить число на 1 (DEC), сдвигать число вправо (CHR ), сдвигать число влево (CHR ).

Эти операции производятся путем СЛОЖЕНИЯ. Остальные функции реализуются программным путем. Для каждой функции нужна своя программа.

Логические операции: операции сравнения и проверки условий

Операции пересылки.

Основные характеристики МП

1. Быстродействие (количество операции в секунду - MIPS) - усредненное число арифметических операций, выполняемых МП за единицу времени. Зависит от алгоритмов выполнения операций и от внутренней архитектуры самого процессора. В МП Pentium за счет новых алгоритмов производительность возросла в 1,5 раза. (64 байт - 1 такт)

Тактовая частота (мГц) - указывает скорость выполнения элементарных операций внутри МП. Чем выше тактовая частота, тем выше быстродействие.

2. Разрядность ШД (бит) - это объем информации, которую МП обрабатывает за 1 такт. Чем больше разрядность, тем выше быстродействие.

Основные типы микропроцессоров семейства Intel

Фирмы, выпускающие МП: Intel (Pentium, Celeron), AMD (Duron, Atlon, Opteron), CYRIX, VIA, Motorola, Samsung.

ПК, собранные на процессорах 8088, 8086 принято обозначать IBM PC XT. ПК, собранные на процессорах 80286, 80486 принято обозначать IBM PC AT. ПК, собранные на процессорах Pentium - Pentium.

Типы CPU	Разрядность ШД, бит	Тактовая частота, мГц
Intel 8088/8086	8	От 4 до 11,7
Intel 80286	16	16
Intel 80386 (SX) (DX)	32	От 40 до 60
Intel 80 486 (DX4) (SX) (DX) (DX2)	32	От 66 до 133
Intel Pentium S	32	От 75 до 200
Intel Pentium MMX	32	От 166 до 266
Intel Pentium PRO	32	От 180 до 233
Intel Pentium 2	32	233 и 266 (333, 350,400, 450)
Intel Celeron	32(64)	От 233о…
Intel Pentium 3	32	От 350 до 1100
Intel Pentium 4	32(64)	От 1500 до 4000
Intel Core	64	От 1800
Intel Core i3, i5, i7	64	От 2130 …

· S -single word (внешняя шина 16-ти битная, внутренняя 32-х битная),

· D- double word (обе шины 32-х битные),

· X - exchange technology (улучшенная технология),

· L - low power (низкое потребление энергии),

· C - cashed (внутренний КЭШ),

· 2 - процессор работает на удвоенной частоте, в 2 раза выше частоты внутренней шины.

Сопроцессор

Сопроцессор выполняет операции над вещественными числами, что значительно ускоряет работу процессора.

Сопроцессор часто называют математическим сопроцессором.

Современные ПК имеют процессор и сопроцессор, изготовленные в одном корпусе. Сопроцессор стал включаться в один корпус с процессором, начиная с Intel 80486 DX. Для каждого типа процессора должен использоваться свой сопроцессор (8086/8088 > 8087, 80286 > 20287).

Генератор тактовых импульсов

ГТИ - генератор тактовых импульсов, вырабатывающий непрерывную цепочку прямоугольных импульсов (которые очень стабильны), он синхронизирует (одновременно) работу всех устройств ПК.

Память компьютера

Вся память компьютера делится на основную и внешнюю.

Основная память

Основная память включает в себя ПЗУ (ROM) и ОЗУ (RAM).

ПЗУ (ROM)

Это постоянное запоминающее устройство; память только для чтения (Read only Memory).

Это энергозависимая память, содержимое которой не может быть изменено пользователем.

Внутри ПЗУ располагается набор микропрограмм: BIOS (Basic Input / Output System).

Назначение BIOS:

1. Тестирование всех узлов ПК

· Проверка наличия и работоспособности видеокарты

· Проверка ОЗУ

· Проверка периферийного оборудования (дисковод, винчестер, принтер, клавиатура и т.д.).

2. Начальная загрузка и старт программного обеспечения

Микропрограмма BIOS проверяет дисковод на наличие диска с ОС и если не находит, осуществляет проверку винчестера и запускает ОС на выполнение.

При отсутствии ОС в дисководе и на винчестере микропрограмма выдает сигнал и сообщение об ошибке - DISK BOOT FAILURE (загрузчик диска неисправен).

3. Обработка прерываний

Прерывание - отдельная программа, выполняющая небольшое действие.

Прерывание - временный останов выполнения одной программы в целях выполнения другой, в данный момент более важной (приоритетной) программы.

Все прерывания представляют собой процедуры, которые ПК вызывает для выполнения определенной задачи.

Виды прерываний:

1. Аппаратные. Они инициируются аппаратурой (сигнал от принтера, сигнал от таймера, нажатие клавиш).

2. Логические. Они возникают при нестандартных ситуациях в работе МП (деление на ноль).

3. Программные. Они инициируются программами, т.е. появляются, когда одна программа хочет получить сервис со стороны другой программы (доступ к определенным аппаратным средствам).

Каждое прерывание имеет уникальный номер, который определяет его приоритет. С номером прерывания связана определенная подпрограмма BIOS.

Когда вызывается прерывание процессор останавливает основной процесс и отрабатывает полученное прерывание.

Аппаратные прерывания относятся к прерываниям низшего уровня. Им присвоены младшие номера и обслуживает их BIOS. Логические и программные прерывания относятся к верхнему уровню. Они имеют большие номера и обслуживает их базовый модуль DOS.

Для обслуживания процедуры прерывания используется контроллер прерываний. Он принимает запрос на прерывание от внешних устройств, определяет уровень приоритета этого запроса и выдает сигнал прерывания в МП.

Процессор может выполнить одновременно только одно прерывание.

Самое старшее прерывание:IRQ 0 (аппаратное); INT (программное)

Виды ПЗУ

1. PROM (Programmable Read - Only Memory - Программируемая ROM) - это тип памяти, данные в которую могут быть записаны однократно. Отличие PROM от ROM в том, что PROM изначально производятся «чистыми», в то время как в ROM заносятся данные в процессе производства.

2. EPROM (Erasable Programmable ROM) - стираемая программируемая ROM - специальный тип PROM, который может очищаться с использованием ультрафиолетовых лучей и перезаписываться

3. Flash ROM - также тип перезаписываемой ROM. Для модернизации ПК большинство материнских плат комплектуются микросхемами Flash BIOS, которые можно «перепрошить», т.е. перезаписать.

В современных ПК поддержка технологии Plug & Play обеспечивается только микросхемами Flash ROM.

ОЗУ (RAM)

Это оперативное запоминающее устройство; память произвольного доступа (Random Access Memory).

Это энергозависимая память, при отключении питания ПК вся информация теряется. ОЗУ выполняет все оперативные действия. Любая программа перед выполнением должна быть размещена в ОЗУ. МП может выполнять программы из ОЗУ.

ОЗУ делится на ячейки, у каждой свой персональный адрес. Каждая ячейка состоит из 8 частей.

Часто оперативную память называют системной.

При работе с любой памятью ПК выполняется либо команда Чтения, либо команда Запись.

Чтение информации - это процессор получения информации из памяти по заданному адресу.

Запись информации - это процесс размещения информации по адресу ячейки памяти.

Характеристики ОЗУ

1. Объем - это максимальное количество информации, которое может храниться в памяти. (Емкость)

2. Быстродействие - это время, необходимое для выполнения операции чтения или записи информации.

Конструктивно ОЗУ представляет собой модули памяти, на которых расположены микросхемы. Если микросхемы расположены с одной стороны, то это однослойные (односторонние) модули, если с двух сторон - двуслойные (двухсторонние) модули памяти.

Типы ОЗУ (по составляющим элементам и принципам их работы)

1. DRAM (Dynamic RAM) - динамическая RAM на базе конденсаторов и транзисторов.

2. SRAM (Static RAM) - статическая RAM на базе триггеров

DRAM работает медленнее SRAM

В современных системах обычно используется конвейерный режим с пакетным способом передачи данных (организован на микросхемах статической памяти с синхронным доступом).

Конвейер (Pipeline) - технология работы с памятью, при которой чтение данных по текущему адресу осуществляется одновременно с запросом данных по следующему адресу.

Пакетный режим (Burst mode) - в обычном режиме после запроса по адресу возвращаются данные в соответствии с запросом; в пакетном режиме данные возвращаются по первому адресу и нескольким последующим адресам.

Типы ОЗУ в зависимости от типа доступа

· DRAM - асинхронная память;

· SDRAM - синхронная память.

Виды модулей памяти

1. SIMM (Single In line Module Memory - модуль памяти в одну линию) - модуль оперативной памяти асинхронного типа (DRAM) с односторонне расположенными 72-мя контактами, с 16-32-разрядной шиной данных, объемом от 16 Мб до 256 Мб. Различают модули для питающих напряжений 5В или 3,3 В. Модули SIMM имеют ключ для предотвращения неверной установки в разъем по ориентации или напряжению питания. Начиная с ПК Pentium SIMM должны использоваться обязательно попарно.

2. DIMM (Double In line Module Memory - модуль памяти в две линии) - модуль оперативной памяти синхронного типа (SDRAM) со 168-ю контактами, расположенными с обеих сторон печатной платы, с 32-64-разрядной шиной данных. Модули рассчитаны на питание 5 или 3,3 В. Новые типы модулей поддерживают напряжение питания 2,5 В. DIMM имеет ключи для предотвращения неверной установки в разъем, боковые вырезы на плате служат для крепления лапок фиксаторов. DIMM работают на 10-15% быстрее SIMM

3. DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM - синхронная память с удвоенной передачей данных). Эта память является улучшенным вариантом архитектуры SDRAM. Поэтому ее иногда называют SDRAM-II. Существуют модули DIMM, созданные по технологии DDR SDRAMM. Они имеют стандартные для DIMM размеры, но у них 184 контакта, один ключ (вырез в нижней части платы) и рассчитаны на напряжение питания 2,5 В.

4. RIMM (Rambus In line Memory Module) Представляет собой конструкцию из многослойной печатной платы с микросхемами памяти и кожуха, обеспечивающего равномерную теплопередачу и снижения воздействия электромагнитной индукции на другие элементы ПК. Внизу модуля линейно расположены 184 контакта и два ключа (выреза). Напряжение питания модуля составляют 2,5 В.

Логическая структура основной памяти

Основная память - это ПЗУ и ОЗУ, т.к. они имеют единое адресное пространство.

Адресное пространство определяет максимально возможное количество непосредственно адресуемых ячеек основной памяти. Каждая ячейка может хранить либо данные, либо команду. Ячейка составляет 1 байт, т.е. 8 бит.

Адресное пространство зависит от разрядности ША.

Адресное пространство = 2n, где n - количество разрядов в шине.

Для ПК характерно стандартное распределение непосредственно адресуемой памяти между ОЗУ и ПЗУ и функционально-ориентированной информацией.

Основная память в соответствии с методами доступа и адресации делится на отдельные иногда частично или полностью перекрывающие друг друга области, имеющие общепринятые названия.

Распределение 1-Мбайтной области памяти

Стандартная память 640 Кб	Верхняя память 384 Кб.
64 Кб - область служебных программ и данных ОС	576 Кб. - область программ и данных пользователя	256 Кб - область видеопамяти монитора и служебных программ	128 Кб - область программ начальной загрузки ОС (BIOS)
ОЗУ	ПЗУ

Логическая структура основной памяти

Непосредственно-адресуемая память	Расширенная память.
Стандартная (обычная память) CMA (Conventional Memory Area)	Верхняя память UMA (Upper Memory Area)	Высокая память HMA (High Memory Area)	XMA (дополнительная) или EMS (отображаемая)
640 Кб	384 Кб	64 Кб
640 Кб	1024 Кб	1088 Кб	16 Мб

Доступ к расширенной памяти возможен только специальным драйвером, управляющим работой памяти.

Основная память делится на 2 логические области: непосредственно-адресуемая память, занимающая первые 1024 Кб (адреса от 0000 до 1023) и расширенная память.

Области памяти:

1. CMA - стандартная память (от 0 до 640 Кб)

2. UMA - верхняя память (от 640 Кб до 1024 Кб). Верхняя память зарезервирована для видеопамяти и ПЗУ, однако в ней остаются свободные участки (окна), которые могут быть использованы с помощью диспетчера памяти в качестве ОЗУ общего назначения.

Диспетчер памяти - это драйвер, управляющий работой памяти. Это драйвер HIGHMEM хранится в виде файла HIGHMEM.SYS.

3. Расширенная память используется для хранения данных, программ ОС и виртуальных дисков. Непосредственный доступ к этой памяти возможен только в защищенном режиме работы микропроцессора. В реальном режиме имеются два способа доступа к этой памяти, но только при использовании драйвера:

а) по спецификации XMS (эту память называют XMA - eXtended Memory Area - дополнительная). Раньше она размещалась на дополнительных платах. Доступ к этой памяти организуется при использовании драйверов XMM (eXtended Memory Manager).

б) по спецификации EMS (эту память называют EM - Extended Memory, отображаемая память). Более ранняя спецификация. Доступ к ней реализуется путем отображения по мере необходимости отдельных полей EM в определенную область верхней памяти. При этом хранится не обрабатываемая информация, а лишь адреса, обеспечивающие доступ к этой информации. Для организации отображаемой памяти используется драйвер emm386.exe или пакетом управления памятью QEMM.

В современных ПК существует режим виртуальной адресации (Virtual - кажущийся, воображаемый). Виртуальная адресация используется для увеличения предоставляемой программам оперативной памяти за счет отображения в части адресного пространства фрагмента внешней памяти.

4. Область памяти от 1024 до 1088 КБт называется высокая (старшая) память. Она может быть адресоваться непосредственно при использовании драйвера HIGHMEM.SYS в соответствии со спецификацией XMS. HMA - память обычно используется для хранения программ и данных ОС (можно загрузить часть ядра ОС в эту память).

Необходимые объемы памяти для различного программного обеспечения

1. 1МБт и менее - возможна работа только в среде DOS;

2. 4 МБт - возможна работа в среде DOS и Windows 3.11. Работа в DOS вполне комфортна, а в Windows - нет;

3. 8 МБт - обеспечивается комфортная работа в среде Windows 3,11, причем дальнейшее увеличение объема ОЗУ практически не повышает быстродействие для большинства офисных приложений. Возможно использование Windows 95 и OS/2;

4. 16 МБт - обеспечивает комфортная работа в Windows 95 и OS/2, причем дальнейшее увеличение объема ОЗУ практически не повышает быстродействие для большинства офисных приложений. Возможна работа в среде Windows NT;

5. 32 МБт и более - обеспечивается комфортная работа в среде Windows NT. Такой объем ОЗУ может использоваться в серверах локальных сетей, а также для обработки фотоизображений и видеофильмов.

Внешняя память

Все устройства внешней памяти можно классифицировать по типам накопителей, по способу записи информации и т.д.

Способы записи информации

Магнитные диски относятся к магнитным машинным носителям. В качестве запоминающей среды у них используется магнитный слой со специальными свойствами, которые позволяют фиксировать два магнитных состояния - два направления намагниченности. Каждому из этих состояний ставится в соответствие одна из двоичных цифр - 0 или 1. Любая информация записывается в виде двоичных кодов.

На оптических дисках информация записывается с помощью лазерного луча. Потемнение на дорожке соответствует 1 отсутствие потемнения 0.

Типы накопителей

Накопитель - это устройство внешней памяти для хранения информации. микропроцессор память дисковый накопитель

1. Ленточные накопители - относятся к накопителям с последовательным доступом, т.е. для того, чтобы прочитать какой то участок памяти необходимо прочитать все предыдущие записи. Такие носители применяются для долгосрочного хранения несрочной информации.

2. Дисковые накопители - относятся к устройствам с прямым доступом, т.е. головка чтения/записи носителя может обратиться к любой дорожке.

Дисковые накопители

Характеристики дисковых накопителей

Тип накопителя	Емкость, Мб	Время доступа, мкс	Трансфер, Мб/с
НГМД	1,2; 1,44 Мб	65-100	150
Винчестер (НЖМД)	250-10 000 Мб	8-20	500-3000
Бернулли	20-230 Мб	20	500-2000
Floptical	20, 8 Мб	65	100-300
VHD	120-240 Мб	65	200-600
CD-ROM	250-1500 Мб	15-300	150-1500
HMOD	128-1300 Мб	15-150	300-2000
DVD	4,7; 9,4; 8,4 Гб
HD	20 Гб
Bluray	1 слой 10Гб Может быть до 10 слоев (реально 2 слоя)
Стриммер	-	-	-

где

Конструктивно любой магнитный диск состоит из немагнитной основы из лавсана, на которую нанесен магнитный слой, покрытый устойчивым ферролаком.

В последнее время появились диски с тефлоновым покрытием (Verbutim Date Life Plus) емкостью 2,88 Мбайт. Этот слой защищает дискету от грязи.

НГМД

Все диски и магнитные и оптические характеризуются своим форм-фактором - диаметром диска. Стандартные размеры дисков 3,5” и 5,25”.

Внешне дискеты выглядят следующим образом:

Загрузочное отверстие служит для привода дискового вращения.

Индексное отверстие служит для указания физического начала диска. При совмещении отверстий в диске и в конверте специальное устройство в дисководе считывает начало диска.

Окно данных служит для записи-чтения информации на диске.

Окно защиты записи служит для защиты от записи. На дискетах 5,25'' - для защиты окно открывают, на дискетах 3,5 - закрывают.

FDD - Floppy Disk Drive - дисководы на гибких магнитных дисках.

Дисковод 5,25” - 300 оборотов в минуту; дисковод 3,5” - 360 оборотов в минуту.

Логическая структура дискет

Информация на магнитных дисках записывается и считывается магнитными головками (head - головки) вдоль концентрических окружностей - дорожек (Track). Количество информации на диске зависит от его типа, конструкции накопителя, качества головок и магнитного покрытия.

Ближайшая к краю дорожка называется нулевой. На нулевой дорожке находится системная область, в ней зарезервировано место для системных файлов. После него находится библиотека файлов и таблица их размещения на диске.

Дорожки с одинаковыми номерами, находящиеся на разных сторонах диска в совокупности образуют цилиндр (Cilinder).

Цилиндр - это совокупность дорожек магнитных дисков, находящихся на одном расстоянии от центра.

При записи несколько секторов могут объединяться и образовывать кластер (Cluster).

Кластер - это минимальная единица размещения информации на диске, которая состоит из одного или нескольких секторов.

В один кластер можно записать один файл и часть файла. У дискет один кластер содержит один сектор (один сектор имеет объем 512 байт). На дискете имеется 80 дорожек. На дискете имеется 80 дорожек. Современные дискеты 5,25” имеют 15 секторов на дорожке, а 3,5” имеют 18 секторов на дорожке. Самое большое количество дорожек 83.

При записи и чтении диск вращается на оси, а механизм управления головкой подводит ее к нужной дорожке. Когда к головке подходит нужный кластер начинается запись или считывание информации.

Данные на дисках хранятся в файлах.

Файл - это поименованная область внешней памяти, выделенная для хранения информации.

Место, выделенное для записи одного файла, кратно целому числу кластеров. Кластеры одного файла могут оказаться несмежными, тогда файл называется фрагментированным

Форматирование дискет

Перед началом работы каждая дискета должна быть отформатирована.

Форматирование диска - это создание структуры записи информации на ее поверхности: разметка дорожек, секторов, записи маркеров и другой служебной информации.

Форматирование диска - это процесс деления диска на дорожки и сектора, а также создание системной области диска.

Использование секторов дискет после форматирования:

Сектор “0” - в этом секторе содержаться данные, предназначенные для начальной загрузки - Boot Sector (Boot Record)

Секторы 1 - 4 - в них находится информация о том, сколько секторов дискеты используется, а сколько свободно. Зона, в которой расположены эти секторы называется FAT (File Allocation Table - таблица размещения файлов). Так как на основании FAT осуществляется точное управление пространством на дискете, при форматировании создаются две одинаковые копии таблицы: исходная в секторах 1-2, копии в секторах 3-4.

Секторы 5 - 11 - в них зарезервировано место для каталогов файлов на дискете, в них помещаются 112 имен файлов. Если дискета является системной, то здесь содержатся имена двух скрытых файлов ОС и файлы Io.sys и Msdos.sys, командного процессора Command.com и остается место для 108 имен файлов.

Сектор 12 … - начиная с этого сектора размещаются файлы ОС Io.sys, Msdos.sys, command.com, после этих секторов пользователь может записывать на дискету свои файлы. Если на дискете нет системных файлов, файлы пользователя начинаются с 12 сектора.

Форматирование дискет

FORMAT A:/s - создание системной дискеты

SYS A: - копирование системных файлов на дискету

FORMAT A:/q - быстрое форматирование; разделение на дорожки и сектора не производится, а только производится обновление системной области.

FORMAT A:/u - низкоуровневое форматирование (DOS форматирование) - производится полное форматирование.

При безопасном форматировании сохраняется образ системной области (Mirror.dat)

DAT - расширение, содержащее данные.

Обозначение дискет

Вариант форматирования зависит от типа дискеты:

SS/SD - (Single Sides)/(Single Density)	-- односторонняя одинарной плотности
SS/DD - (Single Sides)/(Double Density)	-- односторонняя двойной плотности
DS/SD - (Double Sides)/( Single Density)	-- двухсторонняя одинарной плотности
DS/DD - (Double Sides)/( Double Density)	-- двухсторонняя двойной плотности
DS/HD - (Double Sides)/(High Density)	-- двухсторонняя высокой плотности

TPI - Track per inch (дорожки на дюйм)

Capacity - емкость

Extended - расширенная

Правила эксплуатации дискет

1. Нельзя гнуть, мочить

2. Дискету, принесенную с мороза можно использовать только через 2 часа

3. Не писать на дискетах

4. оберегать от воздействия магнитных полей

5. обязательно отформатировать

6. Нельзя доставать дискету из дисковода во время работы

7. Не включать и не выключать питание в то время, когда дискета находится в дисководе

8. Не оставлять дискету в дисководе.

НЖМД

В качестве накопителей на жестких магнитных дисках используются «винчестеры».

В этих накопителях несколько жестких дисков из алюминия или керамики, покрытые ферролаком, вместе с блоком магнитных головок помещены в герметичный корпус.

В современных винчестерах применяется режим зонной записи. Пространство диска делится на несколько зон, причем на внешних зонах число секторов больше.

Логическая структура на диске организуется низкоуровневым форматированием. На носитель пишется служебная информация, причем дефектные сектора маркируются. Максимальная емкость и скорость передачи данных определяются интерфейсом накопителя.

Винчестер может содержать от 2 до 20 физических дисков.

Парковка - процесс перевода головок записи-чтения в специальную посадочную область.

Скорость вращения от 3600 до 7200 оборотов в минуту.

Основные фирмы-производители винчестеров: IBM, QUANTUV, SEAGATE, WESTERN DIGITAL, FUJITSU.

Интерфейсы накопителей

IDE позволяет подключать до 2 винчестеров. Объем до 528 МБт. Скорость - 3кБт/с.

EIDE позволяет подключать до 4 устройств любого объема. Скорость - 10кБт/с.

1) Primary Master (по умолчанию с него осуществляется считывание);

2) Primary Slave (первый слуга)

3) Secondary Master (второй главный)

4) Secondary Slave (самый низщий).

SCSI позволяет подключать до 27 устройств. Скорость - 40 кБт/с.

Режимы:

1) Transrer

2) Large

3) LBA

Основные характеристики интерфейса

За основу взяли принцип считывания компакт-дисков.

Характериситка	IDE	EIDE	FAST SCSI-2	ULTRA SCSI-2	WIDE FAST SCSI-2	ULTRA WIDE SCSI-2
1. Максимальное количество подключаемых устройств	2	4	7	4	15	7 или 15
2. Номинальная пропускная способность, МБт/с	10	16	10	20	20	40
3. Фактическая пропускная способность МБт/с	3-4	12-14	8-9	17-18	17-18	35-37
4. Поддержка других типов накопителей	-	+	+	+	+	+
5. Поддержка внешних устройств	-	-	+	+	+	+
6. Поддержка одновременной работы нескольких устройств	-	-	+	+	+	+
7. Число проводов в кабеле	40	40 (80)	50	50	68	68

Накопители на оптических дисках

CD-ROM

Используется пластиковая подложка (1), на нее наносится рабочий слой (2) и защитное покрытие - лак (3).

Запись производится только в заводских условиях. Создается матрица, с которой создаются компакт-диски. Лазерный луч образует на рабочем слое маленькие углубления. Они соответствуют 0.

На таких дисках всего одна спиралевидная дорожка, он не делится на сектора.

Для считывания используется специальная оптическая система. Лазерный луч проходит через призму, попадает на рабочий слой и в зависимости от того, выжжено это место или нет, отражается или не отражается. Образуется 0 или 1. Питы - выжженные места. Используется два дополнительных (приводящих) лазера для того, чтобы оптическая система не попадала на другую дорожку.

Скорость вращения не постоянна, она зависит от расположения оптической системы, чем ближе оптическая система к центру, тем скорость выше.

CD-R

Это однократно записываемый диск. Внешне он отличается от CD-ROM поверхностью - она у него не серебристая, а золотистая, голубая или зеленая.

Новый CD-R диск нужно отформатировать. Чистые CD-R называются матрицами, на такие диски можно записать 650-700 МБт данных, либо 74 минуты музыки.

Рабочий слой - цианин (диски голубого цвета), фталоцианин.

Диски, которые используют фталоцианин более устойчивы к механическим воздействиям, более долговечны.

ASUStek, CREATIVE, LG, MITSUMI, PANASONIC.

CD-RW

Это диски, на которые можно дописывать или перезаписывать информацию. Они имеют серо-коричневый цвет.

ZIP

Для того, чтобы записать такой диск используется лазерный луч и магнитная головка. Лазерный луч используется для нагрева. Диск имеет размер 100 МБт. Для считывания и стирания информации используется специальный дисковод.

LS-120

Это магнитооптические диски. Для считывания и стирания информации используется магнитная головка. Ширину дорожки и расстояние между дорожками сделали минимальными. Объем до 120 МБт. Это гибкий диск, он находится в конверте. Дисководы LS-120 поддерживают дискеты.

DVD

Digital Video Disk - цифровой видео диск. Digital Versatile Disk - универсальный цифровой диск.

Это двухслойные диски. Один слой реагирует на продольные диски, другой - на поперечные. Используются специальные голубые лазеры. Объем 3,5 ГБт.

Существуют двусторонние диски, на которые можно записать 7 ГБт данных.

JAZ (Lomega).

Это ненадежные диски. Скорость передачи 16,6 МБт/с.

Другие виды памяти

CMOS

(Complementary metal-oxide semiconductor). Это полупостоянная память. Кроме ОЗУ и ПЗУ в ПК имеется также небольшой участок памяти для хранения параметров конфигурации ПК. Этот участок памяти называют CMOS - памятью (она выполняется по технологии CMOS), обладает низким энергопотреблением. Содержимое CMOS - памяти не изменяется при выключении питания ПК, т.к. для питания этой памяти используется специальный аккумулятор (батарейка, от нее же питается системный таймер). Для изменения параметров конфигурации ПК в BIOS имеется специальная программа настройки SETUP. (Чтобы войти в SETUP нужно при загрузке удерживать нажатой клавишу DELETE или F2). Программа Setup позволяет установить некоторые характеристики устройств ПК (типы видеоконтроллера, жестких дисков, дисководов, часто режимы работы с ОЗУ, запрос пароля при начальной загрузке и т.д.).

CACHE - память

Эта память служит в качестве буферной памяти («емкость») при обмене данными между процессором и основной (оперативной) памятью. Так как КЭШ организован на микросхемах типа SRAM (Static Random Access Memory - статистическая память с произвольным доступом), которые работают примерно на порядок быстрее микросхем типа DRAM, процессор обрабатывает данные из КЭШ-памяти сразу, практически не тратя рабочие циклы на ожидание доступа. Во многих процессорах (начиная с Intel 80486) имеется встроенная память первого уровня (Level 1). Современные модели процессоров Intel (Pentium II / III, Xeon, Celeron, начиная с 300 A) имеют КЭШ-память второго уровня (Level 2) в модуле самого процессора. Иногда КЭШ-память Level 2 располагается на материнской (системной) плате.

При первичном обращении к данным, они копируются в ОЗУ, из ОЗУ в КЭШ. В случае повторного обращения к ним, данные поступают уже из КЭШ.

При записи данных происходит обратная операция.

Системные шины

Системная шина - это совокупность всех шин компьютера.

В качестве системных шин в ПК используются

· шины расширения - шины общего назначения, позволяющие подключить самые разные устройства (ISA, EISA, MCA)

· локальные шины (VLB, PCI) которые обслуживают устройства определенного класса.

Шина никогда не работает на той же частоте, что и процессор. Ее частота всегда ниже.

Параметр	ISA	EISA	MCA	VLB	PCI
Разрядность, бит	8	16	32	32	32
Рабочая частота, МГц	8	16	10-20	33	33
Пропускная способность, Мбит/сек	10	20	20	80	50; 100
Число подключаемых узлов	6	15	15	4	10

ISA - появилась с процессорами 80/88, 80/86.

EISA - расширенная шина ISA.

VLB - быстродействующая шина, разработанная ассоциацией видеостандартов VESA.

MCA используется в IBM PC1 и IBM PC2.

PCI появилась в 486 компьютерах.

AGP (высокоскоростной графический порт) - для подключения видеокарт; 64-разрядная, рабочая частота 66 МГц (локальная шина), слишком быстродействующая, подключена через мост CPU AGP

Контроллеры

Для управления работой устройств используются электронные схемы - контроллеры. Различные устройства используют разные способы подключения к контроллерам:

· Некоторые устройства подключаются к имеющимся стандартным контроллерам (дисковод, клавиатура, принтер и т.д.)

· Некоторые устройства выполнены как электронные платы, т.е. смонтированы на одной плате со своим контроллером (звуковая карта, факс - модем и т.д.)

· Для остальных устройств в слот на материнской плате вставляется электронная плата (контроллер), управляющая работой устройства (видеокарта).

В современных ПК многие контроллеры входят в состав материнской платы. Такие контроллеры называют встроенными или интегрированными.

Порты

Порты служат для подключения периферийных устройств ввода-вывода. Они представляют собой разъемы различного типа.

Виды портов

· Параллельные (обозначаются LPT 1 - LPT 4). У ПК их может быть до 4. К параллельному порту обычно подключается принтер. Параллельный порт имеет 25 гнезд в 2 ряда. Количество проводников больше, чем у последовательных портов. Все биты передаются параллельно по проводникам.

· Последовательные (обозначаются COM 1, COM 2). Обычно подключается мышь. Последовательный порт имеет 9 штырьков. Отдельно выделяют разновидность последовательного порта - RS 232 (промышленный стандарт), который имеет 25 штырьков в 2 ряда. Передаваемые биты выстраиваются в цепочку.

Параллельные порты выполняют ввод и вывод с большей скоростью, чем последовательные.

В современных ПК для подключения мыши и клавиатуры используется порт PS/2.

USB-порт - универсальная последовательная шина (смесь порта и внешней шины), ее рабочая частота может достигать нескольких сотен МГц, позволяет горячее подключение устройств (до 127).

Подключение периферийных устройств

Тип разъема	Число гнезд, штрихов	Назначение
Штырьки в 2 ряда	9	Последовательный порт com1
Штырьки в 2 ряда	25	Последовательный порт com2 (RS-232C)
Гнезда в 2 ряда	25	Параллельный порт LPT1
Гнезда в 2 ряда	15	Игровой порт (для подключения джойстика или MIDI-клавиатуры)
Гнезда в 3 ряда	15	Подключение монитора VGA, SVGA
Гнезда в 2 ряда	50	Разъем SCSI контроллера
Гнезда по кругу	5	Для подключения клавиатуры
Гнезда по кругу	6	Разъем для порта PS/2
Контакты в ряд	4	Порт USB
RS - 11 RS - 45	4 6	Разъем для подключения телефонной сети

Размещено на Allbest.ru

...