4. előadás - személyi számítógép alaplapja
4. előadás "Személyi számítógép: alaplap"
A számítógép olyan univerzális mûszaki rendszer, amely képes egy adott program mûködési sorrendjének egyértelmû végrehajtására. A személyi számítógépet (PC) egy személy használhatja a karbantartó személyzet segítségével. A felhasználóval való interakció számos környezetben, az alfanumerikus vagy grafikus párbeszéden keresztül megjelenik a kijelzőn, a billentyűzeten és az egéren keresztül a virtuális valóságos eszközökön keresztül.
A számítógép konfigurációja szükség szerint megváltoztatható. De létezik egy alapkonfiguráció koncepciója, amely jellemzőnek tekinthető:
A számítógépek hordozható verzióban is rendelkezésre állnak (laptop vagy notebook implementáció). Ebben az esetben a rendszeregység, a monitor és a billentyűzet egy házban helyezkedik el: a rendszeregység a billentyűzet alatt található, és a monitor a fedélbe van építve.
A központi egység a PC fő összetevője, amelynek közepén a legfontosabb komponensek tartoznak. A rendszeregység közepén található eszközöket belsőnek nevezik, és kívülről csatlakoztatott eszközöket külsőnek neveznek. Az információ bevitelére és kiadására szolgáló külső kiegészítő eszközöket perifériáknak is nevezik.
Megjelenésében a rendszerblokkok a ház formájától függően különböznek, amely lehet vízszintes (asztali) vagy függőleges (torony) kivitel. A függőleges kivitelezés különböző méretű lehet: teljes méretű (BigTower), közepes méretű (MidiTower), kis méretű (MiniTower). A horizontális végrehajtás két formája: keskeny (teljes AT) és nagyon keskeny (Baby-AT). A PC-tokok különböző kialakítási jellemzőkkel és további elemekkel rendelkeznek (elemek az illetéktelen hozzáférés blokkolásához, a belső hőmérséklet szabályozásához, porszívókhoz).
A házakat a tápegységgel együtt szállítják, amelynek ereje a burkolat egyik paramétere. A tömeges modellekhez elegendő teljesítmény 200-250 watt.
A rendszeregység fő összetevői:
- a számítógép működését vezérlő elektromos kártyák (mikroprocesszor, RAM, eszközvezérlők stb.);
- Merevlemez-meghajtó (merevlemez), amelyet információ olvasására vagy írására terveztek;
- meghajtók (floppy meghajtók) floppy lemezekhez (floppy lemezek).
A fő PC kártya az alaplap (MotherBoard). Megtalálható:
- processzor - az alap mikroáramkör, amely matematikai és logikai műveleteket végez;
- chipset (mikroprocesszoros készlet) - olyan chipek készlete, amelyek szabályozzák a számítógép belső eszközeinek működését és meghatározzák az alaplap fő funkcióit;
- A busz - olyan vezetőkészlet, amelyen keresztül a számítógép belső eszközei között jelcserére van szükség;
- RAM (véletlen hozzáférésű memória) - az adatok átmeneti tárolására szánt chipek készlete, miközben a számítógép be van kapcsolva;
- ROM - hosszú távú adattárolásra tervezett mikrochip, még akkor is, ha a számítógép ki van kapcsolva;
- Csatlakozók további eszközök (rések) csatlakoztatásához.
A processzor a számítógép legfontosabb mikroáramköre, "agya". Lehetővé teszi a memóriában tárolt programkód végrehajtását és a számítógép összes eszközének működését. A működés sebessége határozza meg a számítógép sebességét. Szerkezetileg a processzor nagyon kicsi méretű szilikon kristály. A processzor speciális cellákat tartalmaz, amelyeket regisztereknek hívnak. A regiszterek a processzor által végrehajtott parancsokat, valamint a parancsok által működtetett adatokat helyezik el. A processzor munkája a parancsok és adatok bizonyos sorrendjében történő kiválasztásából és végrehajtásából áll. Ez a programok végrehajtásának alapja.
A PC-ben egy központi processzornak (Central Rpocessing Unit - CPU) kell lennie, amely elvégzi az összes alapvető műveletet. Gyakran PC felszerelt kiegészítő koprocesszor orientált hatékony ellátásához speciális funkciók, mint például a matematikai koprocesszor feldolgozására numerikus adatokat lebegőpontos formátum, grafikai társprocesszorral feldolgozásra grafika, I / O társprocesszorral végrehajtandó műveletekhez kölcsönhatás perifériát.
A processzorok fő paraméterei a következők:
- órajel,
- számjegy kapacitás,
- üzemi feszültség,
- az órafrekvencia belsõ szorzásának együtthatója,
- memória gyorsítótár mérete.
Az órafrekvencia határozza meg a processzor által végrehajtott elemi műveletek (ciklusok) számát egységenként. A modern processzorok órajelsebességét MHz-ben mérjük (1 Hz egy másodpercenkénti műveletnek felel meg, 1 MHz = 106 Hz). Minél több az órajel frekvenciája, annál több parancsot képes végrehajtani a processzor, és annál nagyobb a teljesítménye. A PC-ben használt első processzorok 4,77 MHz-en dolgoztak, ma a modern processzorok működési frekvenciája elérte a 2 GHz-et (1 GHz = 103 MHz).
A processzor mérete megmutatja, hogy hány darab adatot fogadhat és feldolgozhat a regiszterében egy órai ciklusban. A processzor méretét a parancssín szélessége határozza meg, vagyis a buszon levő vezetők számát, amelyen a parancsok továbbításra kerülnek. A modern Intel család processzorai 32 bitesek.
A processzor működési feszültsége az alaplap, így a különböző alaplapok különböző alaplapokkal találkoznak. A processzorok üzemi feszültsége nem haladja meg a 3 V-ot. Az üzemi feszültség csökkentése lehetővé teszi a processzorok méretének csökkentését és a processzoron belüli hőtermelés csökkentését, amely lehetővé teszi a teljesítmény növelését a túlmelegedés veszélye nélkül.
Az órafrekvencia belsõ szorzásának együtthatója az az együttható, amellyel az alaplap órafrekvenciáját meg kell szorozni a processzor frekvenciájának eléréséhez. A processzor az alaplapból érkező órajeleket fogadja, amelyek tisztán fizikai okokból nem képesek olyan nagy frekvenciákon működni, mint a processzor. Ma az alaplapok órajelsebessége 100-133 MHz. A magasabb frekvenciák elérése érdekében a processzor 4, 4,5, 5 vagy több faktorral belső szorzással megszorozódik.
Gyorsítótár. A processzoron belüli adatcsere sokkal gyorsabb, mint a processzor és a RAM közötti adatcsere. Ezért a fő memóriába való belépések számának csökkentése érdekében a processzoron belül létrejön egy úgynevezett szuper-operatív vagy gyorsítótár. Ha a processzor adatra van szüksége, először hozzáfér a gyorsítótárhoz, és csak akkor, ha nincs szükséges adat a RAM-hoz. Minél nagyobb a gyorsítótár mérete, annál nagyobb a valószínűsége annak, hogy a szükséges adatok ott vannak. Ezért a nagy teljesítményű processzorok növelik a gyorsítótár méretét.
Különböztesse cache memória az első szintű (végrehajtható egy chip a processzor és a térfogata a sorrendben több tíz kilobájt), a második szint (végeztünk egy külön chip, de a processzor határokat, egy térfogata száz vagy több bájt) és a harmadik réteg (végre egyéni nagyteljesítményű chipek az alaplapon, és kapacitása egy vagy több MB).
Intel processzorok használt IBM PC közös, több mint ezer parancsok, valamint azokra a feldolgozók egy kiterjesztett utasításkészlet - CISC-processzorok (CISC - Complex Instruction Set Computing). Ezzel szemben a CISC-RISC processzorok processzorok építészet csökkent utasításkészlet (RISC - Reduced Instruction Set Computing). Ezzel az architektúrával a parancsok száma sokkal kisebb, és minden parancs gyorsabb. Így az egyszerű parancsokból álló programok sokkal gyorsabbak a RISC processzorokon. A rövidített parancsrendszernek az a hátránya, hogy az összetett műveleteket emulálni kell messze nem mindig az egyszerűbb parancsok hatékony sorrendjével. Ezért a CISC processzorokat egyetemes számítógépes rendszerekben használják, és a RISC-processzorokat speciálisan használják. Mert PC IBM PC platform dominálnak CISC-processzorok cégek az Intel, bár az utóbbi években, az AMD gyárt feldolgozók AMD-K6 család, akik egy hibrid architektúra (a belső mag ilyen processzorokkal végzik RISC-architektúra és a külső szerkezet - a CISC architektúra).
Az IBM PC-k az Intel által kifejlesztett processzorokat használják, vagy kompatibilisek velük az x86 családhoz tartozó más vállalatok feldolgozóival. A őse ez a család volt egy 16-bites Intel processzor 8086. Ezt követően kibocsátott processzorok Intel 80286, Intel 80386, Intel 80486 módosításokkal, más modell Intel Pentium, Pentium MMX, Pentium Pro, Pentium II, Celeron, Pentium III. Az Intel legújabb modellje a Pentium IV processzor. A processzorok gyártói között az AMD-t az AMD-K6, az Athlon, a Duron és a Cyrix modellekkel is meg kell jegyezni.
Más eszközökkel, elsősorban RAM-val a processzort vezetők csoportjai kötik össze, amelyeket buszoknak neveznek. A fő gumiabroncsok háromak:
Parancsbusz. Ezen a buszon a processzor parancsai a RAM-ból származnak. A parancsok bájtként jelennek meg. Egyszerű parancsok kerülnek egy bájtba, de vannak olyan parancsok is, amelyekhez két, három vagy több bájt szükséges. A legtöbb modern processzor 32 bites parancsbusz, bár 64 bites processzorok vannak parancsbuszokkal.
Az alaplapon lévő gumiabroncsokat nem csak a processzorral való kommunikációra használják. Az alaplap minden más belső eszköze, valamint az ahhoz csatlakozó eszközök egymással kommunikálnak busszal. Ezeknek az elemeknek az architektúrája nagymértékben függ a PC egészének teljesítményétől.
Az alaplapok fő busz interfészei:
ISA (Industry Standard Architecture). Lehetővé teszi a rendszeregység összes eszközének összekapcsolását, valamint az új eszközök egyszerű csatlakoztatását a szabványos réseken keresztül. A sávszélesség legfeljebb 5,5 MB / s. A modern számítógépeken csak olyan külső eszközök csatlakoztatására használható, amelyek nem igényelnek nagyobb sávszélességet (hangkártyák, modemek stb.).
EISA (Extended ISA). Az ISA szabvány kibővítése. A sávszélesség 32 MB / s-ra emelkedett. Az ISA szabványhoz hasonlóan ez a szabvány kimerítette képességeit, és a jövőben az alaplapokat támogató alaplapok kiadása megszűnik.
PCI (perifériás komponens összeköttetés). A külső eszközök csatlakoztatásának szabványa, amelyet egy Pentium processzoron alapuló PC-be vezettek be. Lényegében ez egy helyi busz interfész csatlakozókkal a külső komponensek csatlakoztatásához. Ez az interfész támogatja a 66 MHz-es buszsebességet és 264 MB / s teljesítményt biztosít a csatlakoztatott eszközök számától függetlenül. E szabvány egyik fontos újítása a plug-and-play mechanizmus támogatása, amelynek lényege, hogy miután a külső eszköz fizikailag a PCI buszcsatlakozóhoz csatlakozik, ez az eszköz automatikusan konfigurál.
FSB (Front Side Bus). A Pentium Pro processzortól kezdve a RAM kommunikációhoz speciális FSB busz használatos. Ez a busz 100-133 MHz frekvencián működik, és sávszélessége akár 800 MB / s. Az FSB busz frekvenciája a fő paraméter, az alaplap specifikációjában szerepel. A PCI busz mögött csak az új külső eszközök csatlakoztatásának funkciója volt.
USB (Universal Serial Bus). Az univerzális soros busz szabvány meghatározza a számítógép új módját a perifériákkal való kommunikációhoz. Lehetővé teszi, hogy akár 256 különböző eszközt is csatlakoztasson soros interfésszel, és az eszközöket egy lánc csatlakoztassa. Az USB busz teljesítménye viszonylag kicsi, és 1,55 Mbps. Ennek a szabványnak az előnyei közé tartozik az a képesség, hogy az eszközöket a "forró üzemmódban" (vagyis a számítógép újraindítása nélkül) csatlakoztatják és leválasztják, valamint képesek arra, hogy több számítógépet egy egyszerű hálózatba kombináljanak külön hardver és szoftver használata nélkül.
Belső memória
A belső memória alatt mindenféle tárolóeszköz található az alaplapon. Ezek közé tartozik a RAM, az állandó memória és a nem felejtő memória.
RAM memória (Random Access Memory)
A memória RAM olyan kristálycellák tömbje, amelyek képesek az adatok tárolására. A processzor, a külső memória és a perifériák közötti gyors információcsere (parancsok és adatok). Ebből a processzor programokat és adatokat vesz fel feldolgozásra, rögzíti az eredményeket. Az "operatív" név abból a tényből ered, hogy nagyon gyorsan működik, és a processzornak nem kell várnia memóriából vagy írásban tárolt adatok olvasásakor. Az adatok azonban csak ideiglenesen tárolódnak, amikor a számítógép be van kapcsolva, különben eltűnnek.
A fizikai működési elv szerint megkülönböztetik a dinamikus memória DRAM és a statikus SRAM memóriát.
A dinamikus memória sejtjei mikrokondenzátorok lehetnek, amelyek képesek felhalmozni az elektromos töltést. A DRAM hátrányai: lassabb írási és olvasási adatok, állandó feltöltést igényel. Előnyök: könnyű végrehajtás és alacsony költség.
A statikus memória sejtjei elektronikus nyomelemekként jelennek meg - tranzisztorból álló triggerek. A trigger nem tárolódik, hanem az állapotot (be / ki). Az SRAM memória előnyei: sokkal több sebesség. Hátrányok: Technológiailag összetettebb gyártási folyamat, és ennek megfelelően nagyobb költség.
A memóriában dinamikus memória chipeket használnak, és statikus chipeket használnak a gyorsítótárban.
A számítógép RAM-ja szabványos panelekre van helyezve, amelyeket moduloknak neveznek. A RAM modulok be vannak helyezve az alaplap megfelelő csatlakozóiba. Szerkezetileg a memóriamoduloknak két végrehajtása van - egysoros (SIMM-modulok) és kétsoros (DIMM-modulok). A Pentium processzorokkal rendelkező számítógépeken az egysoros modulok csak párban használhatók (az alaplapon történő telepítéshez csatlakozók száma mindig egyenletes). A DIMM modulok egyenként telepíthetők. Kombináljon különböző modulokat ugyanazon a fórumon.
A RAM modulok fő jellemzői:
A SIMM modulok térfogata 4, 8, 16, 32, 64 megabájt; DIMM modulok - 16, 32, 64, 128, 256, 512 MB. A hozzáférési idő azt mutatja, hogy mennyi időre van szükség a memóriacellák eléréséhez, annál kevesebb, annál jobb. Ezt nanoszekundumokban mérjük. SIMM modulok - 50-70 ns, DIMM modulok - 7-10 ns.
ROM állandó memória (csak olvasható memória)
E programok fő célja a rendszer összetételének és munkaképességének tesztelése, valamint a billentyűzet, monitor, kemény és rugalmas lemezek kölcsönhatása.
Nem illékony CMOS memória
A billentyűzethez hasonló szabványos eszközök működését a BIOS programok segíthetik, de ilyen eszközöket nem lehet biztosítani a robot számára az összes lehetséges eszközzel (a hatalmas sokféleség és számos különböző paraméter miatt). De munkájukért a BIOS programok minden információt igényelnek az aktuális rendszer konfigurációjáról. Nyilvánvaló okokból ez az információ nem tárolható RAM-ban vagy állandó memóriában. Különösen erre a célra az alaplapon van egy nem felejtő memória chip, az úgynevezett CMOS. A RAM-tól eltér, hogy tartalma nem tűnik el, amikor a számítógép ki van kapcsolva, de különbözik az állandó memóriától, mivel az adatokat ott lehet beírni és önállóan változtatni, attól függően, hogy milyen berendezések vannak a rendszerben.
A CMOS memória chipet folyamatosan az alaplapon található kis akkumulátor biztosítja. Ebben a memóriában tárolt adatokat tárolják rugalmas és merevlemezek, processzorok stb. Az a tény, hogy a számítógép tisztán nyomon követi a dátumot és az időt, szintén összefügg azzal, hogy ezt az információt folyamatosan tárolják (és frissítik) a CMOS memóriában. Így a BIOS programok a számítógépes rendszer összetételéről adatokat olvashatnak a CMOS chipről, majd elérhetik a merevlemezt és más eszközöket.
Tesztes kérdések
- Mi az alaplap? Melyek a személyi számítógép komponensei?
- Mi a programok végrehajtása a CPU-n keresztül?
- Melyek a processzor fő paraméterei? Mi jellemzi az órafrekvenciát és milyen mértékegységeket méri?
- Mi a gyorsítótár? Gyorsítótár szintjei?
- Mi a gumiabroncs? Milyen gumiabroncsok vannak?
- Milyen busz interfészei vannak az alaplapon?
- Mi a különbség a RAM és az állandó memória között?
- Mi a RISC processzor? Mi a különbség a CISC-processzoroktól?
- Mely memóriában tárolják a BIOS programokat?
- Milyen információkat tárol a nem felejtő memóriában?
- Milyen RAM-okat tudsz? Mi a különbség köztük?