Аппаратные средства персональных компьютеров

Аппаратные средства персональных компьютеров

 

СОДЕРЖАНИЕ

Вступление. 4

Материнская плата 5

Что такое Chipset?. 5

Что такое BIOS?. 5

ISA, PCI, PCMCIA, USB, AGP, ACPI 6

Что такое кэш?. 6

Чем многопроцессорная плата  отличается от обычной?. 7

Особенности современных  интегрированных материнских плат 7

Контроллеры I/O 7

Звук. 7

Видео. 8

Ethernet 8

Теденции на рынке материнских  плат 8

Замечания по OEM и Retail 9

Аутсорсинг. 9

Концепция «черного ящика». 9

Типоразмеры (форм-факторы) материнских плат 10

AT 10

LPX 10

ATX 10

microATX 11

NLX 12

WTX 12

FlexATX 12

Процессор 14

Intel 14

AMD 18

Cyrix. 19

Rise. 20

Centaur. 20

VIA 20

SiS. 21

Transmeta. 21

Compaq. 21

Оперативная память 22

Чипы памяти – упаковка и особенности работы 22

Печатные платы для  модулей памяти. 23

Модули памяти. 23

Скорость памяти. 24

SDRAM . 24

RDRAM . 24

DDR SDRAM . 24

Видеоподсистема 26

Видеокарты . 26

The Accelerated Graphics Port (AGP). 26

Производительность текстурных карт 27

Что такое DirectX?. 27

Мониторы . 28

ЭЛТ. 29

LCD 30

Основные характеристики мониторов. 32

Носители информации 35

Жесткие диски 35

Технологии Жестких Дисков: Общие термины 35

IDE (Integrated Drive Electronics) 35

ATA (Advanced Technology Attachment) 35

PIO Mode (Programmed I/O Mode) 35

DMA (Direct Memory Access) 35

Areal Density. 35

Rotational Speed. 35

Seek time. 35

MTBF (Mean Time Between Failure) 36

Cache. 36

A/V (Audio/Video). 36

Типы жестких дисков: от IDE до Fiber Channel 36

Интерфейсы 36

UDMA 36

IDE/ATA 37

SCSI 38

Fibre Channel 39

IEEE 1394. 39

USB 40

Выбор интерфейса. 40

RAID 41

Размер. 41

Serial ATA 41

Причины перехода с IDE/ATA на SerialATA 41

Что нового в стандарте. 43

В перспективе. 43

Итого. 44

Связь компьютера с «внешним миром». 45

Модем . 45

Как работает модем. 45

NIC - Network Interface card 47

Характеристики сетевого адаптера. 47

Критерии выбора сетевого адаптера. 48

Неэкранированная витая  пара (Unshielded Twisted Pair) 48

Заключение. 50

Источники информации 51

Интернет-ресурсы 51

Печатные издания. 51

Консультанты 51

Вступление

Можно дать бесконечное множество  формулировок, так или иначе формализующих  применение термина «персональный  компьютер», например:

- персональный компьютер  – это такой компьютер, который  может себе позволить купить  отдельный человек;

- персональный компьютер  – это совокупность физических  и логических механизмов позволяющих  решать те или иные проблемы  с помощью или без помощи  человека;

- персональный компьютер  – это совокупность устройств,  реализующих прием, хранение, обработку  и последующий вывод информации  в доступном человеческому восприятию  виде.

Список далеко не исчерпывающий, но философская наполненность термина  «персональный компьютер» в рамках курса «Информатика» нас не интересует, а потому выберем именно третий вариант  формулировки и рассмотрим состав современного ПК в общем виде, не прибегая к  конкретике; впрочем, истории применявшихся  стандартов будет уделено достаточно места и времени.

Прежде чем приступить к обзору аппаратных средств ПК, необходимо ограничить тему определенными  рамками, иначе обзор выйдет за пределы  требований к учебным рефератам: «Нельзя объять необъятное» (К. Прутков). Ограничение это – условное. Мы рассмотрим лишь основные моменты, обратим внимание на вопросы, прежде не упоминавшиеся в рефератах студентов, но важные с точки зрения «конечного пользователя», и совершенно опустим вопросы компетенции профессионалов.

Основными вопросами в  описанных границах являются базовые  компоненты и их свойства любого компьютера – независимо от его принадлежности к той или иной платформе (Intel vs. AMD). Таким образом, кстати, мы избежим и holy war – ненужного и совершенно бесполезного обсуждения преимуществ одной платформы над другой.

С точки зрения подготовленного  «конечного пользователя» наиболее важными вопросами можно считать, несомненно,

- материнскую плату;

- видеоподсистему;

- подсистему оперативной  памяти;

- подсистему долговременного  хранения информации;

- подсистему связи компьютера  «с внешним миром».

Именно эти подсистемы имеют первостепенное значение в  выборе аппаратной конфигурации «конечным  пользователем», когда он самостоятельно решает, как именно потратить свои деньги.

Однако за пределами рассмотрения оставим подсистему пользовательского  ввода/вывода (клавиатуру, мышь etc.) как, несомненно, весьма объемную и важную, но требующую минимальных познаний от «конечного пользователя».

Материнская плата

Материнская плата – единственный компонент ПК, который всегда содержится в компьютере. Именно она несет основные функции по объединению абсолютно всех компонентов ПК в согласованно работающее устройство.

Материнская плата – это  не просто конструктивный элемент; как  правило, именно ее функциональность определяет «мощность» компьютера. В ее состав входят все базовые компоненты, которые  обеспечивают работу остальных подсистем  ПК. Самыми главными из которых являются

- так называемый «чипсет»;

- BIOS;

- набор системных шин;

- разъем процессора;

- ряд других (вспомогательных)  подсистем, которые обеспечивают  удобство и функциональность  конкретной материнской платы:  подсистема электропитания, подсистема  мониторинга физических и электрических  параметров и т.д.

Что такое Chipset?

Chip Set - набор микросхем.  Это одна или несколько микросхем,  специально разработанных для  "обвязки" микропроцессора.  Они содержат в себе контроллеры  прерываний, прямого доступа к  памяти, таймеры, систему управления  памятью и шиной - все те  компоненты, которые в целом и  обеспечивают согласованную работу  всех аппаратных средств ПК. Обычно  в одну из микросхем набора  входят также часы реального  времени с CMOS-памятью и иногда - клавиатурный контроллер, однако  эти блоки могут присутствовать  и в виде отдельных чипов.  В последних разработках в  состав микросхем наборов для  интегрированных плат стали включаться  и контроллеры внешних устройств,  а так же подсистемы мониторинга  физических параметров.

Внешне микросхемы Chipset'а  выглядят как самые большие после  процессора, с количеством выводов  от нескольких десятков до нескольких сотен. Название набора обычно происходит от маркировки основной микросхемы - OPTi495SLC, SiS471, UMC491, i82C437VX и т.п. При этом используется только код микросхемы внутри серии: например, полное наименование SiS471 - SiS85C471. Последние разработки используют и собственные имена; в ряде случаев это - фирменное название (Neptun, Mercury, Triton, Viper), либо собственная маркировка чипов третьих фирм (ExpertChip, PC Chips).

Тип набора в основном определяет функциональные возможности платы: типы поддерживаемых процессоров, структура/объем  кэша, возможные сочетания типов  и объемов модулей памяти, поддержка  режимов энергосбережения, возможность  программной настройки параметров и т.п. На одном и том же наборе может выпускаться несколько  моделей системных плат, от простейших до довольно сложных – с интегрированными контроллерами портов, дисков, видео  и т.п.

Что такое BIOS?

Это Basic Input/Output System - базовая  система ввода/вывода, зашитая в  ПЗУ («постоянное запоминающее устройство» - отсюда и название ROM BIOS). Она представляет собой набор программ проверки и  обслуживания аппаратуры компьютера, и выполняет роль посредника между DOS и аппаратурой. BIOS получает управление при включении и сбросе (reset) системной платы, тестирует саму плату и основные блоки компьютера (как правило – лишь наличие) - видеоадаптер, клавиатуру, контроллеры дисков и портов ввода/вывода, настраивает Chipset платы и запускает загрузку операционной системы. При работе под DOS/Windows BIOS управляет основными устройствами, при работе под OS/2, UNIX, Window 9x/NT/2000/XP BIOS практически не используется, выполняя лишь начальную проверку оборудования и настройку чипсета.

Обычно на системной плате  установлено только ПЗУ с системным (Main, System) BIOS, отвечающим за саму плату  и контроллеры FDD, HDD, портов и клавиатуры; в системный BIOS практически всегда входит System Setup - программа настройки аппаратных составляющих компьютера. Видеоадаптеры и контроллеры HDD с интерфейсом, например, SCSI имеют собственные BIOS в отдельных ПЗУ; их также могут иметь и другие платы - интеллектуальные контроллеры дисков и портов, сетевые карты и т.п.

Обычно BIOS для современных  системных плат разрабатывается  одной из специализирующихся на этом фирм - Award Software, American Megatrends Inc. (AMI), реже - Phoenix Technology, Microid Research; в данное время  наиболее популярен Award BIOS 6.00. Некоторые производители плат (например, IBM, Intel, Acer) сами разрабатывают BIOS'ы для своей продукции. Иногда для одной и той же платы имеются версии BIOS от разных производителей - в этом случае допускается копировать прошивки или заменять микросхемы ПЗУ; в общем же случае каждая версия BIOS привязана к конкретной модели платы.

Раньше BIOS зашивался в  однократно программируемые ПЗУ  либо в ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием; сейчас в основном выпускаются  платы с электрически перепрограммируемыми ПЗУ (Flash ROM), которые допускают «перешивку» BIOS средствами самой платы. Это позволяет  исправлять заводские ошибки в BIOS, изменять заводские умолчания, программировать  собственные экранные заставки и  т.п.

ISA, PCI, PCMCIA, USB, AGP, ACPI

Все перечисленные стандарты  – это аппаратные, программные  или комбинированные комплексы, объединяющие в единую, согласованно работающую систему аппаратные составляющие любого ПК.

ISA (Industry Standard Architecture - архитектура  промышленного стандарта) - основная  шина на компьютерах типа PC AT (другое  название - AT-Bus). Является расширением  XT-Bus, разрядность - 16/24 (16 Мб), тактовая  частота - 8 МГц, предельная пропускная  способность - 5.55 Мб/с. Конструктив - 62-контактный разъем XT-Bus с прилегающим к нему 36-контактным разъемом расширения.

PCI (Peripheral Component Interconnect - соединение  внешних компонент) – шина  периферийных устройств. Не совместима ни с какими другими, разрядность - 32/32 (расширенный вариант - 64/64), тактовая частота - до 33 МГц (PCI 2.1 - до 66 МГц), пропускная способность - до 132 Мб/с (264 Мб/с для 32/32 на 66 МГц и 528 Мб/с для 64/64 на 66 МГц), поддержка Bus Mastering и автоконфигурации. Самая популярная шина в настоящее время, используется также на других, «не ПиСи», платформах. 64-разрядный разъем имеет дополнительную 64-контактную секцию с собственным ключом.

PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association - ассоциация производителей  плат памяти для персональных  компьютеров) - внешняя шина компьютеров  класса NoteBook. Современное название  модуля PCMCIA - PC Card. Предельно проста, разрядность - 16/26 (адресное пространство - 64 Мб), поддерживает автоконфигурацию, возможно подключение и отключение  устройства в процессе работы  компьютера (то есть без отключения  питания компьютера). Конструктив  - миниатюрный 68-контактный разъем. Контакты питания сделаны более  длинными, что позволяет вставлять  и вынимать карту при включенном  питании компьютера.

USB (Universal Serial Bus - универсальная  последовательная магистраль) - современный  интерфейс для подключения различных  внешних устройств. Предусматривает  подключение до 127 внешних устройств  к одному USB-каналу (по принципу  общей шины), реализации обычно  имеют по два канала на контроллер. Обмен по интерфейсу - пакетный, скорость  обмена – от 12 Мбит/с в версии 1.0 до 480 Мбит/с в версии 2.0.

AGP (Accelerated Graphics Port - ускоренный  графический порт) - интерфейс для  подключения видеоадаптера к  отдельной магистрали AGP, имеющей  выход непосредственно на системную  память. В системной памяти размещаются  преимущественно текстуры трехмерных  объектов, требующие быстрого доступа  со стороны как процессора, так и видеоадаптера. Интерфейс выполнен в виде отдельного разъема, в который устанавливается AGP-видеоадаптер.

ACPI (Advanced Configuration Power Interface - интерфейс  расширенной конфигурации по  питанию) - предложенная Microsoft единая  система управления питанием  для всех компьютеров, наподобие используемой в NoteBook. В частности, позволяет предусмотрено сохранение состояния системы перед отключением питания, с последующим его восстановлением без полной перезагрузки.

Что такое кэш?

Cache (запас) в контексте  терминов материнской платы обозначает  быстродействующую буферную память  между процессором и основной  памятью. Кэш служит для частичной  компенсации разницы в скорости  процессора и основной памяти  – там хранятся наиболее часто  используемые данные. Когда процессор  первый раз обращается к ячейке  памяти, ее содержимое параллельно  копируется в кэш, и в случае  повторного обращения в скором  времени может быть с гораздо  большей скоростью выбрано из  малого, но очень быстродействующего  кэша, чем из относительно медленной  основной памяти.

Процессоры 486 и выше имеют  также внутренний (Internal) кэш объемом 8-16 кб. Он также обозначается как Primary (первичный) или L1 (Level 1 - первый уровень) в отличие от внешнего (External), расположенного на плате и обозначаемого Secondary (вторичный) или L2, а в наиболее современных процессорах – даже L3. Применение кэша совместно с обычной памятью примерно на 3-15% ускоряет обработку информации (в первую очередь – мультимедийной) процессором.

Чем многопроцессорная  плата отличается от обычной?

На многопроцессорную  плату можно устанавливать более  одного процессора. Процессоры «разделяют»  общую память и системную шину, работая на одной системной частоте. Для каждого процессора имеется  свой внешний кэш. Процессоры устанавливаются  либо непосредственно на плату, либо на специальные модули-переходники.

Многопроцессорные системные  платы IBM PC имеют симметричную (SMP) архитектуру, в которой оба процессора равноправны, и в равной мере способны выполнять  код как ОС, так и приложений.

Выигрыш от многопроцессорной  системы можно получить лишь при  использовании систем, поддерживающих такую архитектуру - Windows NT/2000/XP/2003, Solaris, SCO UNIX MPX, UNIXWare, Linux, FreeBSD. При этом различные  подзадачи могут независимо и  одновременно выполняться на различных (или всех одновременно) процессорах. В случае «однопроцессорной» ОС или  при отсутствии активных процессов  с более чем одной подзадачей дополнительные процессоры выигрыша не дают.

Большинство многопроцессорных  плат может работать с меньшим  количеством процессоров, чем предусмотрено  конструкцией. В этом случае неиспользуемые разъемы либо оставляются свободными, либо заполняются специальными заглушками.