Лабараторные работы по Информатике

2



Оглавление





Лабораторная работа №  1. Подключение  оборудования  к системному блоку………………………………………………………………………...3

Лабораторная работа № 2. Изучение содержимого системного блока……………………………………………………………………….10

Лабораторная работа № 3. Изучение компонентов материнской платы……………………………………………………………………….19





















































Лабораторная работа № 1. Подключение оборудования 

к системному блоку



Цель: изучение основных компонентов персонального компьютера и основных видов периферийного оборудования, способов их подключения, основных характеристик (название, тип разъема, скорость передачи данных, дополнительные свойства). Определение по внешнему виду типов разъемов и подключаемого к ним оборудования.



Оборудование: макет системного блока, монитор, клавиатура, мышь, кабели в комплекте, периферийные устройства с различными типами разъемов (принтер, модем и другие).



Базовые сведения

Основные разъемы для подключения периферийного оборудования и устройств приведены на рис. 1.







Рис. 1. Основные разъемы для подключения 

периферийного оборудования и устройств











Таблица 1

Разъем

Тип разъема

Характеристика

Примечания

Питание системного

блока

Male

220 В.

Провод питания

Питание

 монитора

Female 

220 В.

Провод питания

Параллельный 

порт

LTP

Разрядность – 8

Скорость вывода

(макс.) - 80 кб/с.

Подключение принтера, факса

Последовательный порт

Serial

VGA

скорость передачи -115200 бит/с.

Обмен байтовой информации

Mouse

PS/2

6-и контактный разъем

Подключение мыши

Keyboard

PS/2

6-и контактный разъем

Подключение клавиатуры

USB

USB

Пакетный обмен, скорость

обмена – 12 мб/с.

Подключение любого оборудования, и дополнительных устройств.

LAN

LAN

Скорость обмена зависит от параметров сетевой карты  

Подключение локальной или глобальной сети.



Вопросы к защите:



	Классификация ЭВМ. Классификация по назначению: большие ЭВМ, мини-ЭВМ, микро-ЭВМ и персональные компьютеры, которые, в свою очередь, подразделяют на массовые, деловые, портативные, развлекательные и рабочие станции. Классификация по уровню специализации: универсальные и специализированные. Классификация по типоразмерам: настольные, портативные и карманные модели. Классификация по совместимости: аппаратная совместимость, совместимость на уровне операционной системы, программная совместимость, совместимость на уровне данных.

	Типовая аппаратная конфигурация компьютера. В настоящее время в базовой конфигурации рассматривают четыре устройства: системный блок, монитор, клавиатура, мышь.

	Основные характеристики системного блока. Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Для корпуса важен параметр, называемый форм-фактором (в настоящее время в основном используются корпуса форм-фактора ATX). Так же важна мощность блока питания (250-300 Вт). 

	Основные характеристики монитора. Монитор – устройство визуального представления данных. Сейчас наиболее распространены мониторы двух основных типов на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) и плоские жидкокристаллические (ЖК). Размер монитора измеряется по диагонали в дюймах (14, 15, 17, 19, 20, 21). Частота регенерации (обновления) изображения показывает, сколько раз в течение секунды монитор может полностью сменить изображение (Гц). Для ЭЛТ-мониторов минимальным считают значение 75 Гц, нормативным – 85 Гц и комфортным – 100 Гц.  

	Основные характеристики типового периферийного оборудования. 

	Периферийные устройства персонального компьютера подключаются к его интерфейсам и предназначены для выполнения вспомогательных операций. Благодаря ним компьютерная система приобретает гибкость и универсальность. По назначению периферийные устройства можно подразделять на: устройства ввода данных, устройства вывода данных, устройства хранения данных, устройства обмена данными.

	Характеристики (тип разъема, количество контактов, скорость передачи данных) разъемов:

	видеоадаптера;

	последовательных портов;

	параллельного порта;

	шины USB;

	питания системного блока;

	питания монитора.

	Смотри таблицу 1.

	Типы периферийных устройств. Устройства ввода знаковых данных (специальные клавиатуры), Устройства командного управления (специальные манипуляторы), Устройства ввода графических данных (планшетные сканеры, ручные сканеры, барабанные сканеры, сканеры форм, штрих-сканеры, графические планшеты, цифровые фотокамеры), Устройства вывода данных (матричные, светодиодные, лазерные и струйные принтеры), Устройства хранения данных (стримеры, накопители на съемных магнитных дисках, магнитооптические устройства, флеш-диски), Устройства обмена данными (модемы).

	Основные характеристики ЭВМ и вычислительных систем различных классов. 1) технические и эксплуатационные характеристики ЭВМ (быстродействие и производительность, показатели надежности, достоверности, точности, емкость оперативной и внешней памяти, габаритные размеры, стоимость технических и программных средств, особенности эксплуатации); 2) характеристики и состав функциональных модулей базовой конфигурации ЭВМ; 3) состав программного обеспечения ЭВМ и сервисных услуг (операционная система или среда, пакеты прикладных программ, средства автоматизации программирования).

	Понятие о семействах ЭВМ. Супер-ЭВМ, мини-ЭВМ, микро-ЭВМ и ПЭВМ. Большие ЭВМ – самые мощные компьютеры. Их применяют для обслуживания очень крупных организаций и даже целых отраслей народного хозяйства. Мини-ЭВМ используются крупными предприятиями, научными учреждениями и некоторыми высшими учебными заведениями, сочетающими учебную деятельность с научной. Их часто применяют для управления производственными процессами. Микро-ЭВМ доступны многим предприятиям. Организации, использующие микро-ЭВМ, обычно не создают вычислительные центры. Персональные компьютеры (ПК) предназначены для обслуживания одного рабочего места.

	Устройства ввода данных в системах обработки данных, построенных на базе ПЭВМ.  К ним относятся: клавиатуры, сканеры, графические планшеты, цифровые фото-видео камеры.

	Устройства ввода изображений (электронные фотоаппараты, проекционные сканеры, видеокамеры, графоповторители). Цифровые фотоаппараты, видеокамеры  и сканеры воспринимают графические данные с помощью приборов с зарядовой связью, объединенных в прямоугольную матрицу. Основным параметром является разрешающая способность, которая напрямую связана с количеством ячеек ПЗС в матрице.

	Устройства ввода и распознавания рукописного текста. Клавиатуры. Манипуляторы. Клавиатура – основное устройство ввода данных. Манипуляторы: трекболы, пенмаусы, инфракрасные мыши и джойстики. Трекбол устанавливается стационарно и его шарик приводится в движение ладонью руки. Пенмаус – аналог шариковой авторучки, на конце которой вместо пишущего узла установлен узел, регистрирующий величину перемещения. Инфракрасная мышь отличается от обычной наличием устройства беспроводной связи с системным блоком. Джойстики применяются для компьютерных игр и в некоторых специализированных имитаторах.  

	Устройства ввода данных в системах с мобильными ПЭВМ. Программное обеспечение, необходимое для работы с современными устройствами ввода данных. К ним относятся: клавиатуры, тачпады. Для работы необходимы текстовые и графические редакторы, программы просмотра видео и изображений.

	Устройства вывода информации в системах обработки данных, построенных на базе ПЭВМ. В качестве устройств вывода данных, дополнительных к монитору, используют печатающие устройства (принтеры), позволяющие получать копии документов на бумаге или прозрачном носителе. По принципу действия различают матричные, лазерные, светодиодные и струйные.

	Современные средства визуального отображения информации – мониторы, принтеры, графопостроители. Монитор – основное средство отображения информации. Сейчас в основном используются ЖК и плазменные мониторы размерами 15, 17, 19, 21 и более дюймов. Основными критериями выбора мониторов являются время регенерации, размер зерна, угол обзора и максимальная разрешающая способность. Принтер – средство, позволяющее переносить данные (изображения, текст) на бумагу или пластиковые носители. Сейчас наибольшее распространение получили струйные и лазерные принтеры. Их выбирают исходя из параметров скорости печати, ее качества, объема собственной оперативной памяти и разрешающей способности. Графопостроитель — устройство для автоматического вычерчивания с большой точностью рисунков, схем, сложных чертежей, карт и другой графической информации на бумаге размером до A0 или кальке.

	Основные требования к современным средствам отображения информации. Основными требованиями к современным средствам отображения информации является их высокая производительность и доступность, удобство в использовании и эргономичность.

	Современные мониторы – принципы действия и характеристики. Монитор – устройство визуального представления данных. Сейчас наиболее распространены мониторы двух основных типов на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) и плоские жидкокристаллические (ЖК). Размер монитора измеряется по диагонали в дюймах (14, 15, 17, 19, 20, 21). Частота регенерации (обновления) изображения показывает, сколько раз в течение секунды монитор может полностью сменить изображение (Гц).

	Печатающие устройства. Принципы действия, особенности и характеристики принтеров. Матричные принтеры – простейшие печатающие устройства. Данные выводятся на бумагу в виде оттиска, образующегося при ударе цилиндрических стержней («иголок») через красящую ленту. Качество печати напрямую зависит от количества иголок в печатающей головке. Лазерные принтеры обеспечивают высокое качество печати. Итоговое изображение формируется из отдельных точек. Светодиодные принтеры принципом действия похожи на лазерные, но источником света в данном случае является не лазерная головка, а линейка светодиодов. Струйные принтеры – изображение на бумаге формируется из пятен, образующихся при попадании капель красителя на бумагу. Выброс микрокапель красителя происходит под давлением, которое развивается в печатающей головке за счет парообразования. 

	Способы использования устройств вывода информации в комплексах обработки данных, построенных на базе ПЭВМ. Программное обеспечение, необходимое для работы с современными устройствами вывода информации. В качестве основного устройства вывода информации на ПЭВМ используется монитор, а стандартным программным обеспечением является драйвер монитора.

	Устройства ввода и вывода анимационной и акустической информации. Аппаратная основа построения систем Multi-Media.  К устройствам ввода и вывода анимационной и акустической информации относятся видео и звуковые адаптеры (карты). К их параметрам относятся: объем собственной оперативной памяти, частота, количество входных и выходных каналов и способы связи с внешними устройствами. Мультимедиа — одновременное использование различных форм представления информации и ее обработки в едином объекте-контейнере. Например, в одном объекте-контейнере  может содержаться текстовая, аудио, графическая и видео  информация, а также, возможно, способ интерактивного взаимодействия с ней.

	Устройства накопления данных современных вычислительных систем. Накопители на магнитных лентах (НМЛ, стримеры) и жестких магнитных дисках (НЖМД) большой емкости. Стримеры – накопители на магнитной ленте. Емкость магнитных кассет  для стримеров достигает нескольких десятков гигабайт. Накопители на съемных магнитных дисках (ZIP-накопители) работают с дисковыми носителями, по размеру незначительно превышающими стандартные гибкие диски и имеющие емкость 100/250/750 Мбайт. Жесткий диск – основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ.

	Особенности контроллеров НЖМД для построения серверов ЛВС. 

																Для построения серверов ЛВС используются НЖМД высокого класса с интерфейсом SCSI у которых рабочие параметры значительно выше чем у стандартных НМЖД. К основным рабочим параметрам относятся: частота вращения и время поиска.

	Оптические диски и CD-ROM, особенности применения для распространения и хранения информации. CD-ROM – постоянное запоминающее устройство на основе компакт-диска. Принцип действия состоит в считывании числовых данных с помощью лазерного луча, отражающегося от поверхности диска. Оптический диск — собирательное название для носителей информации, выполненных в виде дисков, запись на которые ведётся с помощью оптического излучения. Диск обычно плоский, его основа сделана из поликарбоната, на который нанесен специальный слой, который и служит для хранения информации. 

	Что такое SPP, ECP, EPP? Это режимы работы параллельного (LPT) порта: SPP (стандартный параллельный порт) - обычный интерфейс PC AT. Осуществляет 8-разрядный вывод данных с синхронизацией по опросу или по прерываниям. Максимальная скорость вывода - около 80 кб/с. Может использоваться для ввода информации по линиям состояния. EPP (расширенный параллельный порт) - скоростной двунаправленный вариант интерфейса. Возможность адресации нескольких логических устройств и 8-разрядного ввода данных, 16-байтовый аппаратный FIFO-буфер. Максимальная скорость обмена до 2 Мб/с. ECP (порт с расширенными возможностями) - интеллектуальный вариант EPP. Возможность разделения передаваемой информации на команды и данные, поддержка DMA и сжатия передаваемых данных методом RLE. 

	Что такое IR Connector? Infrared Connector - разъем для инфракрасного излучателя/приемника. Подключен к одному из встроенных COM-портов (обычно - COM2) и позволяет установить беспроводную связь с любым устройством, снабженным подобным излучателем и приемником. Работает по тому же принципу, что и пульты управления бытовой радиоаппаратурой.

	Что такое USB, AGP, ACPI? USB (универсальная последовательная магистраль) - новый интерфейс для подключения различных внешних устройств. Предусматривает подключение до 127 внешних устройств к одному USB-каналу, реализации обычно имеют по два канала на контроллер. Обмен по интерфейсу - пакетный, скорость обмена - 12 Мбит/с. AGP (ускоренный графический порт) - интерфейс для подключения видеоадаптера к отдельной магистрали AGP, имеющей выход непосредственно на системную память. Интерфейс выполнен в виде отдельного разъема, в который устанавливается AGP-видеоадаптер. ACPI (интерфейс расширенной конфигурации по питанию) - предложенная Microsoft единая система управления питанием для всех компьютеров. 

	Устройства вывода (принтеры - матричный, струйный, лазерный; монитор). В качестве устройств вывода данных, дополнительных к монитору, используют печатающие устройства (принтеры), позволяющие получать копии документов на бумаге или прозрачном носителе. Матричные принтеры – простейшие печатающие устройства. Данные выводятся на бумагу в виде оттиска, образующегося при ударе цилиндрических стержней («иголок») через красящую ленту. Лазерные принтеры обеспечивают высокое качество печати. Итоговое изображение формируется из отдельных точек. Светодиодные принтеры принципом действия похожи на лазерные, но источником света в данном случае является не лазерная головка, а линейка светодиодов. Струйные принтеры – изображение на бумаге формируется из пятен, образующихся при попадании капель красителя на бумагу. 

	Коммуникационные устройства (сетевая плата, модем). Модем – устройство, предназначенное для обмена информацией между удаленными компьютерами по каналам связи. При этом под каналом связи понимают физические линии (проводные, оптоволоконные, кабельные, радиочастотные), способ их использования (коммутируемые и выделенные) и способ передачи данных (цифровые или аналоговые сигналы). Сетевая плата (сетевая карта, сетевой адаптер, Ethernet-адаптер) — периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети. 

Лабораторная работа № 2. Изучение содержимого

системного блока



Цель: знать основные устройства системного блока, их назначение и основные характеристики; научиться определять тип и назначение устройств системного блока по внешнему виду, уяснить порядок и способы их соединения.



Оборудование: системный блок в сборе, видеоадаптер, сетевая плата, материнская плата, жесткий диск, дисководы накопителя на флоппи-дисках, СD, интерфейсные кабели.



Базовые сведения

Как известно, корпуса компьютеров делятся на два больших класса: 

"Настольный" (desktop) - располагается горизонтально. 

"Башня" (tower) - располагается вертикально.

Существует несколько типоразмеров desktop-корпусов: АТХ, Micro-ATX, Slim-ATX, NLX и несколько типоразмеров tower-корпусов: Mini, Middle, Big, Full. 























Таблица 2

       Устройство

Характерные особенности

         Куда и как подключается

Материнская плата

Главная плата компьютера. На ней размещаются все остальные платы.

Крепится к корпусу системного блока изнутри. К ней подводятся провода питания.

Жесткий диск

Основной носитель для долговременного хранения                                            информации.

Устанавливается внутри корпуса в специально отведенные пазы. Подключается к материнской плате посредством многожильных шлейфов.

Дисковод гибких дисков

Используется для оперативного переноса небольших объемов информации.

Устанавливается аналогично жесткому диску, с выводом приемного окна для дискет на лицевую панель. Подключается к материнской плате. К нему также подходит провод питания.

Дисковод компакт дисков       CD/DVD-R/RW

Используется для хранения информации объемом до  800 Мб (4 Гб – DVD),     CD/DVD-RW дисководы предназначены для записи информации на пустые диски.

Устанавливаются аналогично дисководу гибких дисков.

Видеокарта

Совместно с монитором образует видеосистему компьютера.

Подключаются через спец-разъем к материнской плате.

Звуковая карта

Предназначена для расшифровки цифрового сигнала в звуковой.

Подключается аналогично видеокарте.



Вопросы к защите:



Общие принципы построения современных ЭВМ. Основным принципом построения современных ЭВМ является программное управление. В его основе лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений. Алгоритм это конечный набор предписаний, определяющий решение задачи посредством конечного количества операций. Программа – это упорядоченная последовательность команд, подлежащая обработке. 

Функции аппаратного и программного обеспечения. Программное обеспечение наряду с аппаратными средствами, важнейшая составляющая информационных технологий, включающая компьютерные программы и данные, предназначенные для решения определённого круга задач и хранящиеся на машинных носителях. Программное обеспечение представляет собой либо данные для использования в других программах, либо алгоритм,  реализованный в виде последовательности инструкций для процессора. В области вычислительной техники и программирования программное обеспечение — это совокупность всей информации,  данных и программ, которые обрабатываются компьютерными системами. Аппаратное обеспечение включает в себя все физические части компьютера, но не включает данные, которые он хранит и обрабатывает, и программное обеспечение, которое им управляет.

Структурная схема и основные компоненты современной ПЭВМ. 



Рис. 2. Структурная схема ПЭВМ

Соединение всех устройств в единую машину обеспечивается с помощью общей шины, представляющей собой линии передачи данных, адресов, сигналов управления и питания. Все передачи данных по шине осуществляются под управлением сервисных программ. Ядро ПЭВМ образуют процессор и основная память, состоящая из оперативной памяти и постоянного запоминающего устройства. Подключение всех внешних устройств, дисплея, клавиатуры и других обеспечивается через адаптеры - согласователи скоростей работы сопрягаемых устройств или контроллеры - специальные устройства управления периферийной аппаратурой. Контроллер играют роль каналов ввода-вывода. 

		Оперативная память современных ПЭВМ. Оперативная память — память, предназначенная для временного хранения данных и команд, необходимых процессору для выполнения им операций. Оперативная память передаёт процессору команды и данные непосредственно, либо через кэш-память. Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес. В современных вычислительных устройствах, оперативная память представляет собой динамическую память с произвольным доступом. Понятие памяти с произвольным доступом предполагает, что в процессе обращения к данным не учитывается порядок их расположения в ней. Она может изготавливаться как отдельный блок, или входить в конструкцию однокристальной ЭВМ или микроконтроллера.

Архитектура персонального компьютера. Архитектура современного персонального компьютера — это схема его чипсета. Раньше компьютер имел до 2-х сотен микросхем на материнской плате. Современные компьютеры содержат две основные большие микросхемы чипсета: 1) контроллер-концентратор памяти или Северный мост, который обеспечивает работу процессора с памятью и с видеоподсистемой; 2) контроллер-концентратор ввода-вывода или Южный мост, обеспечивающий работу с внешними устройствами. Выбор типа чипсета зависит от процессора, с которым он работает, и определяет разновидности внешних устройств (видеокарты, винчестера и другие).

Состав системного блока. Он состоит из металлического корпуса, в котором располагаются основные компоненты компьютера: 1) микропроцессор, который выполняет все поступающие команды, производит вычисления и управляет работой всех компонентов компьютера; 2) оперативная память, предназначенная для временного хранения программ и данных; 3) системная шина, осуществляющая информационную связь между устройствами компьютера; 4) материнская плата, на которой находятся микропроцессор, системная шина, оперативная память, коммуникационные разъемы, микросхемы управления различными компонентами компьютера, счётчик времени, системы индикации и защиты; 5) блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы компьютера; 6) вентиляторы для охлаждения греющихся элементов; 7) устройства внешней памяти, к которым относятся накопители на гибких и жестких магнитных дисках, СD-ROM, предназначенные для длительного хранения информации.

		Назначение, основные характеристики, интерфейс устройств персонального компьютера (по каждому устройству), входящих в состав системного блока. Таблица 2.

Устройство жесткого диска. Жесткий диск – основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. Этот диск имеет 2n поверхностей, где n – число отдельных дисков в группе. Над каждой поверхностью располагается головка, предназначенная для чтения-записи данных. При высоких скоростях вращения дисков в зазоре между головкой и поверхностью образуется аэродинамическая подушка, и головка парит над магнитной поверхностью на высоте, составляющей несколько тысячных долей миллиметра. При изменении силы тока, протекающего через головку, происходит изменение напряженности динамического магнитного поля в зазоре, что вызывает изменения в стационарном магнитном поле ферромагнитных частиц, образующих покрытие диска. Так осуществляется запись данных на магнитный диск. Операция считывания происходит в обратном порядке. 

Устройство гибкого магнитного диска. Гибкие магнитные диски используются для оперативного переноса и хранения небольших объемов информации. С нижней стороны гибкий диск имеет центральную втулку, которая захватывается шпинделем дисковода и приводится во вращение. Магнитная поверхность прикрыта сдвигающейся шторкой для защиты от грязи, влаги и пыли.  

Интерфейс системной шины. PCI – это интерфейс локальной шины, связывающей процессор с оперативной памятью, в которую врезаны разъемы для подключения внешних устройств. Данный интерфейс поддерживает частоту шины 66 МГц и обеспечивает пропускную способность 528 Мб/с. 

Интерфейсы внешних запоминающих устройств (ВЗУ) ПЭВМ. Внешняя память  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. В состав внешней памяти компьютера входят: 1) накопители на жёстких магнитных дисках; 2) накопители на гибких магнитных дисках; 3) накопители на компакт-дисках; 4) накопители на магнитно-оптических компакт-дисках; 5) накопители на магнитной ленте (стримеры) и другие.

Способы организации совместной работы периферийных и центральных устройств. Связь двух ЭВМ и внешнего устройства или двух ЭВМ друг с другом может быть организована в трех режимах: симплексном, полудуплексном и дуплексном. В симплексном режиме передача данных может вестись только в одном направлении: один передает, другой принимает. Полудуплексный режим позволяет выполнять поочередный обмен данными в обоих направлениях. В каждый момент времени передача может вестись только в одном направлении: один передает, другой принимает. И пока передача не закончилась, принимающий ничего не может сообщить передающему. Дуплексный режим позволяет вести передачу и прием одновременно в двух встречных направлениях. В симплексном режиме может быть осуществлена связь, например, между ЭВМ и принтером, клавиатурой и ЭВМ или ЭВМ и дисплеем, а также между двумя ЭВМ, находящимися всегда в односторонней связи. Для организации симплексного режима необходимо, чтобы передатчик одной ЭВМ был связан с приемником другой ЭВМ двухпроводной линией связи. Для организации полудуплексного режима можно применить либо специальное коммутационное устройство у каждой ЭВМ, переключающее линию связи с выхода передатчика на вход приемника и обратно, либо линию связи с большим количеством проводов. Для организации дуплексного режима необходимо, чтобы аппаратурные средства обеспечивали возможность одновременной передачи информации во встречных направлениях. 

Последовательный и параллельный интерфейсы ввода-вывода. В состав микропроцессорного комплекта входит большая интегральная схема УСАПП (универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик), предназначенная для реализации интерфейса типа RS-232. УСАПП является программируемой микросхемой, преобразующей параллельный код, получаемый от шины данных системной магистрали, в последовательный, для передачи по двухпроводной линии связи. В качестве УСАПП используются БИС i8250, П6450, П6550 и другие. Функции, выполняемые этими микросхемами, одинаковы. Различия заключаются в обеспечиваемом ими быстродействии. От микропроцессора передаваемый байт данных поступает по шинам данных в буфер данных УСАПП на входной регистр, затем через внутреннюю шину передается в регистр передатчика. В момент передачи содержимое регистра передатчика серией сдвигов выдвигается в канал с преобразованием в последовательный код. Передаваемый последовательный код перед выходом из передатчика УСАПП в линию связи комплектуется управляющими сигналами, необходимыми для настройки приемника. В УСАПП-приемнике поступившая от канала связи кодовая комбинация проверяется в соответствии с установленным заранее режимом контроля, освобождается от управляющих сигналов и передается в шину данных системной магистрали параллельным кодом. Параллельный интерфейс представлен в микропроцессорном комплекте микросхемой типа i8255 - контроллером параллельного интерфейса или программируемым интерфейсным адаптером. 

Типы электронных плат управления работой компьютера. Для  упрощения  подключения   устройств электронные схемы  IBM  PC  состоят  из  нескольких  модулей электронных плат. На основной плате компьютера -  системной, или материнской, плате -  обычно  располагаются  основной микропроцессор, сопроцессор, оперативная память и шина. Схемы, управляющие внешними устройствами   компьютера  (контроллеры  или  адаптеры),находятся на отдельных платах, вставляющихся  в  унифицированные разъемы  (слоты) на материнской плате. Через эти разъемы контроллеры устройств подключаются непосредственно к системной магистрали передачи  данных  в  компьютере  - шине. Таким образом, наличие свободных разъемов шины  обеспечивает  возможность добавления к  компьютеру  новых  устройств. Чтобы заменить одно устройство другим (например, устаревший адаптер монитора на новый), надо просто  вынуть  соответствующую  плату  из разъема и вставить вместо нее  другую. Несколько  сложнее  осуществляется замена самой материнской платы.

Основные характеристики материнской платы. Материнская плата – основная плата персонального компьютера. Именно на материнской плате монтируются все основные устройства компьютера, к ней же подключается внешнее оборудование вычислительной машины. Основные характеристики современных материнских плат: 1) компания-производитель; 2) тип установленного на плате чипсета; 3) тип и быстродействие поддерживаемых платой процессоров; 4) тип и быстродействие поддерживаемых платой модулей оперативной памяти; 5) наличие и количество слотов для подключения встроенного оборудования; 6) наличие и количество портов для подключения периферийных устройств; 7) форм-фактор. 

Устройства, расположенные на материнской плате, их характеристики. На материнской плате размещаются: 1) процессор – основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций; 2) микропроцессорный комплект (чипсет) – набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы; 3) шины – наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера; 4) оперативная память – набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компьютер выключен; 5) постоянное запоминающее устройство – микросхема, предназначенная для длительного хранения данных, в том числе и когда компьютер выключен; 6) разъемы для подключения дополнительных устройств.

Характеристики шин - тип подключаемых устройств, скорость передачи данных. XT-Bus - шина архитектуры XT - первая в семействе IBM PC. Относительно проста, поддерживает обмен 8-разрядными данными внутри 20-разрядного адресного пространств, работает на частоте 4.77 МГц. Совместное использование линий IRQ в общем случае невозможно. ISA (архитектура промышленного стандарта) - основная шина на компьютерах типа PC AT. Является расширением XT-Bus, разрядность - 16/24, тактовая частота - 8 МГц, предельная пропускная способность - 5.55 Мб/с. Разделение IRQ невозможно. EISA (расширенная ISA) - функциональное и конструктивное расширение ISA. Платы EISA имеют более высокую ножевую часть разъема с дополнительными рядами контактов. Разрядность - 32/32, работает  на частоте 8 МГц. Предельная пропускная способность - 32 Мб/с. Поддерживает Bus Mastering - режим управления шиной со стороны любого из устройств на шине, имеет систему арбитража для управления доступом устройств на шине, позволяет автоматически настраивать параметры устройств, возможно разделение каналов IRQ и DMA. MCA (микроканальная архитектура) - шина компьютеров PS/2 фирмы IBM. Не совместима ни с одной другой, разрядность - 32/32. Поддерживает Bus Mastering, имеет арбитраж и автоматическую конфигурацию, синхронная, предельная пропускная способность - 40 Мб/с. VLB (локальная шина стандарта VESA) - 32-разрядное дополнение к шине ISA. Разрядность - 32/32, тактовая частота - 25..50 МГц, предельная скорость обмена - 130 Мб/с. PCI (соединение внешних компонент) - развитие VLB в сторону EISA/MCA. Не совместима ни с какими другими, разрядность - 32/32, тактовая частота - до 33 МГц, пропускная способность - до 132 Мб/с, поддержка Bus Mastering и автоконфигурации. PCMCIA (ассоциация производителей плат памяти для персональных компьютеров) - внешняя шина компьютеров класса NoteBook. Предельно проста, разрядность - 16/26, поддерживает автоконфигурации, возможно подключение и отключение устройств в процессе работы компьютера. 

Контроллеры и адаптеры, их назначение и основные характеристики. Контроллеры и адаптеры представляют собой наборы электронных цепей, которыми снабжаются устройства компьютера с целью совместимости их интерфейсов. Контроллер — устройство, которое связывает периферийное оборудование или каналы связи с центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования. 

Порядок установки и удаления устройств. Установка устройств должна происходить при отключенном питании ПК. Затем включая его необходимо произвести обновление конфигурации оборудования и установить необходимое для работы программное обеспечение и драйвера. Исключение составляют устройства, подключающиеся через шину USB. Они не требуют отключения питания, и, как правило, пользуются ресурсами операционной системы компьютера, не требуя для работы драйверов и специального программного обеспечения. Для удаления устройства необходимо откатить его программное обеспечение и вручную отключить его внутри системы, затем отключается питание компьютера, и устройство извлекается механически.

Контроллер. Адаптер. Драйвер устройства. Драйвер — компьютерная программа, с помощью которой другая программа получает доступ к аппаратному обеспечению стандартным образом. В общем случае для использования каждого устройства, подключённого к компьютеру, необходим специальный драйвер. Обычно с операционными системами поставляются драйверы для ключевых компонентов аппаратного обеспечения, без которых система не сможет работать. Однако для более специфических устройств могут потребоваться специальные драйверы, обычно предоставляемые производителем устройства. Контроллеры и адаптеры представляют собой наборы электронных цепей, которыми снабжаются устройства компьютера с целью совместимости их интерфейсов. Контроллер — устройство, которое связывает периферийное оборудование или каналы связи с центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования. 

Чем отличаются шины XT-Bus, ISA, EISA, VLB, PCI, PCMCIA и MCA? XT-Bus - шина архитектуры XT - первая в семействе IBM PC. Относительно проста, поддерживает обмен 8-разрядными данными внутри 20-разрядного адресного пространств, работает на частоте 4.77 МГц. Совместное использование линий IRQ в общем случае невозможно. ISA (архитектура промышленного стандарта) - основная шина на компьютерах типа PC AT. Является расширением XT-Bus, разрядность - 16/24, тактовая частота - 8 МГц, предельная пропускная способность - 5.55 Мб/с. Разделение IRQ невозможно. EISA (расширенная ISA) - функциональное и конструктивное расширение ISA. Платы EISA имеют более высокую ножевую часть разъема с дополнительными рядами контактов. Разрядность - 32/32, работает  на частоте 8 МГц. Предельная пропускная способность - 32 Мб/с. Поддерживает Bus Mastering - режим управления шиной со стороны любого из устройств на шине, имеет систему арбитража для управления доступом устройств на шине, позволяет автоматически настраивать параметры устройств, возможно разделение каналов IRQ и DMA. MCA (микроканальная архитектура) - шина компьютеров PS/2 фирмы IBM. Не совместима ни с одной другой, разрядность - 32/32. Поддерживает Bus Mastering, имеет арбитраж и автоматическую конфигурацию, синхронная, предельная пропускная способность - 40 Мб/с. VLB (локальная шина стандарта VESA) - 32-разрядное дополнение к шине ISA. Разрядность - 32/32, тактовая частота - 25..50 МГц, предельная скорость обмена - 130 Мб/с. PCI (соединение внешних компонент) - развитие VLB в сторону EISA/MCA. Не совместима ни с какими другими, разрядность - 32/32, тактовая частота - до 33 МГц, пропускная способность - до 132 Мб/с, поддержка Bus Mastering и автоконфигурации. PCMCIA (ассоциация производителей плат памяти для персональных компьютеров) - внешняя шина компьютеров класса NoteBook. Предельно проста, разрядность - 16/26, поддерживает автоконфигурации, возможно подключение и отключение устройств в процессе работы компьютера. 































Лабораторная работа № 3. Изучение компонентов 

материнской платы



Цель: знать устройства, расположенные на материнской плате персонального компьютера.



Оборудование: макет материнской платы, процессора, модулей оперативной памяти.



Базовые сведения: основные характеристики памяти компьютера.







Таблица 3

Тип шины

Характеристики

Размер

ISA

Разрядность - 16/24, тактовая частота - 8 МГц, предельная пропускная способность - 5.55 Мб/с, черный.

Длинный 

PCI

Разрядность - 32/32, тактовая частота - до 33 МГц, пропускная способность - до 132 Мб/с, поддержка Bus Mastering и автоконфигурации, белый.

Средний

AGP

Тактовая частота - 66 МГц, скорость передачи - 1066 Мб/с, коричневый.

Короткий





Таблица 4



Изготовитель

Модель

Процессор

Intel ©

Intel® Pentium(R)  4 CPU 2.80GHz

Чипсет

Intel©

ACPI\GENUINEINTEL_-_X86_FAMILY_15_MODEL_3\_0

Система BIOS

Microsoft®  3.02 ’06

----------------













Таблица 5

Количество разъемов модулей оперативной памяти

Количество слотов для установки плат расширения

SIMM

DIMM

ISA

PCI

AGP

0

4

0

6

1





Вопросы к защите:



Логические основы ЭВМ. Основные понятия и законы алгебры-логики.  Алгебраическая интерпретация понятий традиционной логики получила свое ясное оформление в трудах английского математика Джорджа Буля (1815-1864), таких как "The mathematical analysis of logic", 1847 и "An investigation of the laws of thought ...", 1854. Категорические суждения логики стали рассматриваться как уравнения относительно символов, обозначающих термины суждения. Логическая переменная в алгебре логики может принимать одно из двух возможных значений: TRUE - истина, FALSE - ложь. Эти значения в цифровой технике принято рассматривать как логическую "1" (TRUE) и логический "0" (FALSE), или как двоичные числа 1 и 0. Физически это может означать присутствие или отсутствие некоторого сигнала, уровень потенциала на электронном элементе, протекание или отсутствие тока в некоторой цепи и тому подобное. Логические переменные позволяют легко описать состояние таких объектов, как тумблеры, кнопки, реле, триггеры и других, которые могут находиться в двух четко различимых состояниях: включено - выключено.

Понятие о минимизации логических функций. Техническая интерпретация логических функций. Минимизация логических функций основана на применении законов склеивания и поглощения. Различают аналитический и табличный методы минимизации логической функции. Среди аналитических методов наиболее известным является метод Квайна-МакКласки, среди табличных методов - с применением диаграмм Вейча. По логическим выражениям проектируются схемы ЭВМ. При этом следует придерживаться следующей последовательности действий: 1) Словесное описание работы схемы. 2) Формализация словесного описания. 3) Запись функции в дизъюнктивной совершенной нормальной форме по таблицам истинности. 4) Минимизация логических зависимостей с целью их упрощения. 5) Представление полученных выражений в выбранном логически полном базисе элементарных функций. 6) Построение схемы устройств.

Элементная база ЭВМ. Классификация элементов и узлов ЭВМ. Как правило, в структуре ЭВМ выделяют следующие структурные единицы: устройства, узлы, блоки и элементы.  Нижний уровень обработки реализуют элементы. Каждый элемент предназначается для обработки единичных электрических сигналов, соответствующих битам информации. Узлы обеспечивают одновременную обработку группы сигналов - информационных слов. Блоки реализуют некоторую последовательность в обработке информационных слов - функционально обособленную часть машинных операций. Устройства предназначаются для выполнения отдельных машинных операций и их последовательностей. Элементы ЭВМ можно классифицировать по следующим признакам: тип сигналов, назначение элементов, технология их изготовления. В ЭВМ широко применяют два способа физического представления сигналов: импульсный и потенциальный. При импульсном способе представления сигналов единичному значению некоторой двоичной переменной ставится в соответствие наличие импульса, нулевому значению - отсутствие импульса. При потенциальном представлении сигналов единично значение двоичной переменной отображается высоким уровнем напряжения, а нулевое значение - низким уровнем. По своему назначению элементы делятся на формирующие, логические и запоминающие. К формирующим элементам относятся различные формирователи и усилители. Простейшие логические элементы преобразуют входные сигналы в соответствии с элементарными логическими функциями. Запоминающим элементом называется элемент, который способен принимать и хранить код двоичной цифры. 

Комбинационные схемы. Схемы с памятью. Обработка входной информации Х в выходную У в любых схемах ЭВМ обеспечивается преобразователями или цифровыми автоматами двух видов: комбинационными схемами и схемами с памятью. Комбинационные схемы - это схемы, у которых выходные сигналы Y = (у1, у2, ..., уm) в любой момент дискретного времени однозначно определяются совокупностью входных сигналов Х = (х1, х2,..., хn), поступающих в тот же момент времени t. Реализуемый в комбинационной схеме способ обработки информации называется комбинационным потому, что результат обработки зависит только от комбинации входных сигналов и формируется сразу при поступлении входных сигналов. Более сложным преобразователем информации являются схемы с памятью. Наличие памяти в схеме позволяет запоминать промежуточные состояния обработки и учитывать их значения в дальнейших преобразованиях. Выходные сигналы Y = (y1, y2, ..., уm) в схемах данного типа формируются не только по совокупности входных сигналов Х = (х1, х2, ..., хn), но и по совокупности состояний схем памяти Q = (q1, q2, ..., qk). 

Проблемы развития элементной базы ЭВМ. Уменьшение линейных размеров микросхем и повышение уровня их интеграции заставляют проектировщиков искать средства борьбы с потребляемой Wn и рассеиваемой Wp мощностью. При сокращении линейных размеров микросхем в 2 раза их объемы изменяются в 8 раз. Пропорционально этим цифрам должны меняться и значения Wn и Wp, в противном случае схемы будут перегреваться и выходить из строя. Протекание тока по микроскопическим проводникам сопряжено с выделением большого количества тепла. Поэтому, создавая сверхбольшие интегральные схемы, проектировщики вынуждены снижать тактовую частоту работы микросхем. Таким образом, переход к конструированию ЭВМ на СБИС и ультра-СБИС должен сопровождаться снижением тактовой частоты работы схемы. Дальнейший прогресс в повышении производительности может быть обеспечен либо за счет архитектурных решений, либо за счет новых принципов построения и работы микросхем. Большие исследования проводятся также в области использования явления сверхпроводимости и туннельного эффекта - эффекта Джозефсона. Работа микросхем при температурах, близких к абсолютному нулю, позволяет достигнуть fmax, при этом Wp=Wn=0. Таким образом, можно сделать вывод, что в настоящее время возможности микроэлектроники еще не исчерпаны, но давление пределов уже ощутимо. Основой для ЭВМ будущих поколений будут БИС и СБИС совместно с ССИС. При этом структуры ЭВМ и ВС будут широко использовать параллельную работу микропроцессоров.

Функциональная и структурная организация ЭВМ. Общие принципы функциональной и структурной организации ЭВМ. ЭВМ имеет большое количество функциональных средств. К ним относятся коды, с помощью которых обрабатываемая информация представляется в цифровом виде: арифметические коды, помехозащищенные коды, цифровые коды аналоговых величин. Кроме кодов на функционирование ЭВМ оказывают влияние: алгоритмы их формирования и обработки, технологии выполнения различных процедур, способы организации работы различных устройств, организация системы прерывания. Функциональную организацию ЭВМ образуют: коды, системы команд, алгоритмы выполнения машинных операций, технология выполнения различных процедур, способы использования устройств при организации их совместной работы, составляющие идеологию функционирования ЭВМ. Идеологию функционирования ЭВМ можно реализовать: аппаратурными, программно-аппаратурными и программными средствами. Таким образом, реализация функций ЭВМ дополняет ее структурную организацию. 

Организация функционирования ЭВМ с магистральной архитектурой. ЭВМ представляет собой совокупность устройств, выполненных на больших интегральных схемах. Комплект интегральных схем, из которых состоит ЭВМ, называется микропроцессорным комплектом. Все устройства ЭВМ делятся на центральные и периферийные. Центральные устройства полностью электронные, периферийные устройства могут быть либо электронными, либо электромеханическими с электронным управлением. В центральных устройствах основным узлом, связывающим микропроцессорный комплект в единое целое, является системная магистраль. Она состоит из трех узлов, называемых шинами: шина данных, шина адреса, шина управления. В состав системной магистрали входят регистры-защелки, в которых запоминается передаваемая информация, шинные формирователи, шинные арбитры, определяющие очередность доступа к системной магистрали. Логика работы системной магистрали, количество разрядов в шинах данных, адреса и управления, порядок разрешения конфликтных ситуаций, возникающих при одновременном обращении различных устройств ЭВМ к системной магистрали, образуют интерфейс системной шины. 

Организация работы ЭВМ при выполнении задания пользователя. Организация процессов ввода, преобразования и отображения результатов относится к сфере системного программного обеспечения. Это сложные процессы, которые чаще всего делаются незаметными для пользователя. Один из них - реализация задания пользователя: профессиональный пользователь пишет задание для ЭВМ в виде программы на алгоритмическом языке. Написанное задание представляет собой исходный модуль, сопровождаемый управляющими предложениями, указывающими операционной системе ЭВМ, на каком языке написана программа и что с ней надо делать. Исходный модуль перед исполнением должен быть переведен на внутренний язык машины. Эта операция выполняется специальной программой - транслятором. Трансляторы выполняются в виде двух разновидностей: интерпретаторы и компиляторы. Интерпретатор после перевода на язык машины каждого оператора алгоритмического языка немедленно исполняет полученную машинную программу. Компилятор же сначала полностью переводит всю программу, представленную ему в виде исходного модуля, на язык машины. 

Особенности управления основной памятью ЭВМ. Основная память – память, в которой размещается выполняемая в данный момент программа, ее данные. Она является важнейшим ресурсом компьютера, требующим тщательного управления со стороны мультипрограммной операционной системы. Распределению подлежит вся оперативная память, не занятая операционной системой. Функции операционной системы по управлению памятью: 1) отслеживание свободной и занятой памяти; 2) выделение памяти процессам и освобождение памяти при завершении процессов; 3) вытеснение процессов из оперативной памяти на диск, когда размеры основной памяти недостаточны для размещения в ней всех процессов, и возвращение их в оперативную память, когда в ней освобождается место.

Понятие адресного пространства. Адресная структура команд микропроцессора и планирование ресурсов. При больших размерах реализуемых программ возникают некоторые противоречия при организации мультипрограммного режима работы, трудности динамического распределения ресурсов. В настоящее время разработано несколько способов решения этих противоречий. Например, для борьбы с фрагментацией основной памяти адресное пространство программы может быть разбито на отдельные сегменты, слабо связанные между собой. Тогда программа может быть представлена в виде ряда сегментов, загружаемых в различные области оперативной памяти. При статическом перемещении программы в процессе загрузки ее в основную память адреса должны быть привязаны к конкретному месту в памяти, на что уходит много времени. Более эффективной является динамическая трансляция адресов, которая заключается в том, что сегменты загружаются в основную память без трансляции адресного пространства, а трансляция адресов каждой команды производится в процессе ее выполнения. Этот тип трансляции называется динамическим перемещением и осуществляется специальными аппаратурными средствами. 

Виртуальная память. Виртуальная память — схема адресации памяти компьютера, при которой память представляется программному обеспечению непрерывной и однородной, в то время как в реальности для фактического хранения данных используются отдельные области различных видов памяти, включая кратковременную (оперативную) и долговременную (жёсткие диски, твёрдотельные накопители). В случае расположения данных на внешних запоминающих устройствах память может быть представлена, например, специальным разделом на жёстком диске или отдельным файлом на обычном разделе диска.  Также существует термин swap также означающий виртуальную память, или же означает подкачку данных с диска.

Организация многопрограммной работы и понятие о системе прерываний. Современная ЭВМ представляет собой комплекс автономных устройств, каждое из которых выполняет свои функции под управлением местного устройства управления независимо от других устройств машины. Включает устройство в работу центральный процессор. Он передает устройству команду и все необходимые для ее исполнения параметры. При возникновении события, требующего немедленной реакции со стороны машины, центральный процессор прекращает обработку текущей программы и переходит к выполнению другой программы, специально предназначенной для данного события, по завершении которой возвращается к выполнению отложенной программы. Такой режим работы называется прерыванием. Каждое событие, требующее прерывания, сопровождается специальным сигналом, который называется запросом прерывания. Некоторые из этих запросов порождаются самой программой, но время их возникновения невозможно предсказать заранее. Прерывания делятся на три типа: аппаратурные, логические и программные. Аппаратурные прерывания вырабатываются устройствами, требующими внимания микропроцессора. Запросы на логические прерывания вырабатываются внутри микропроцессора при появлении “нештатных” ситуаций. Последние два прерывания используются отладчиками программ для организации пошагового режима выполнения программ и для остановки программы в заранее намеченных контрольных точках. 

Центральные устройства ЭВМ. Центральный процессор или центральное процессорное устройство (ЦПУ) — процессор машинных инструкций, часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера, отвечающая за выполнение основной доли работ по обработке информации — вычислительный процесс. Современные ЦПУ, выполняемые в виде отдельных микросхем, реализующих все особенности, присущие данного рода устройствам, называют микропроцессорами. С середины 80-х последние практически вытеснили прочие виды ЦПУ, вследствие чего термин стал всё чаще и чаще восприниматься как обыкновенный синоним слова «микропроцессор». Тем не менее, это не так: центральные процессорные устройства некоторых суперкомпьютеров даже сегодня представляют собой сложные комплексы больших и сверхбольших  интегральных схем. 

Основная память. Состав, устройство и принцип действия основной памяти. Основная память состоит из микроскопических ячеек, каждая из которых имеет свой уникальный адрес, или номер. Элемент информации сохраняется в памяти с назначением ему некоторого адреса. Чтобы отыскать эту информацию, компьютер «заглядывает» в ячейку и копирует ее содержимое в свой «командный» пункт. Емкость отдельной ячейки памяти называется словом. Обычно длина слова для персонального компьютера составляет 16 двоичных цифр, или битов. Длина в 8 бит называется байтом. Типичные большие компьютеры оперируют словами длиной от 32 до 128 бит, тогда как миникомпьютеры имеют дело со словами в 16–64 бит. Микрокомпьютеры используют, как правило, слова длиной 8, 16 или 32 бит.

Размещение информации в основной памяти ПЭВМ на базе МП IntelTM. Единицей информации основной памяти является байт. Каждый байт, записанный в оперативной памяти, имеет уникальный адрес. При использовании 20-битной шины адреса абсолютный адрес каждого байта является пятиразрядным шестнадцатеричным числом, принимающим значения от 00000 до FFFFF. В младших адресах располагаются блоки операционной системы, в этой же части могут размещаться драйверы устройств, дополнительные обработчики прерываний DOS и BIOS, командный процессор операционной системы. Затем располагается область памяти, отведенная пользователю. Область памяти пользователя заканчивается адресом 9FFFF. Остальное адресное пространство отведено под видеопамять, которая физически размещается не в оперативной памяти, а в адаптере дисплея. После видеопамяти расположено адресное пространство постоянного запоминающего устройства, хранящего программы базовой системы ввода-вывода. Из отведенных 256 Кбайт непосредственно постоянное запоминающее устройство занимает 64 Кб, а остальные 192 Кб оставлены для расширения постоянного запоминающего устройства. 

Расширение основной памяти ПЭВМ. Физически увеличить объем памяти несложно, для этого необходимо только подключить к системной магистрали дополнительные модули. Но каждый байт дополнительной памяти должен иметь уникальный адрес, а адресного пространства для дополнительной памяти нет. Дополнительная память не обязательно должна была иметь объем 64 Кб. Ее объем мог быть и большим. Желание использовать в реальном режиме всю фактически имеющуюся в наличии дополнительную память привело к созданию двух виртуальных режимов, один из которых стандарт EMS, реализующий принцип банкирования дополнительной памяти. Вся дополнительная память делится на страницы емкостью по 16 Кб; выбираются четыре страницы и объявляются активными. Выбранные активные страницы отображаются на четыре окна UMB, теперь при обращении к одному из окон UMB вместо него подставляется отображенная на него страница дополнительной памяти. Поскольку любое окно UMB можно отобразить на любую страницу дополнительной памяти, то, изменяя отображение в процессе работы, можно использовать всю дополнительную память любого объема. 

Центральный процессор ЭВМ. Центральный процессор или центральное процессорное устройство (ЦПУ) — процессор машинных инструкций, часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера, отвечающая за выполнение основной доли работ по обработке информации — вычислительный процесс. Современные ЦПУ, выполняемые в виде отдельных микросхем, реализующих все особенности, присущие данного рода устройствам, называют микропроцессорами. С середины 80-х последние практически вытеснили прочие виды ЦПУ, вследствие чего термин стал всё чаще и чаще восприниматься как обыкновенный синоним слова «микропроцессор». Тем не менее, это не так: центральные процессорные устройства некоторых суперкомпьютеров даже сегодня представляют собой сложные комплексы больших и сверхбольших  интегральных схем. 

Структура базового МП. Система команд МП.  Микропроцессор - обрабатывающее устройство, служащее для арифметических и логических преобразований данных, для организации обращения к оперативной памяти и для управления ходом вычислительного процесса. В настоящее время существует большое число разновидностей микропроцессоров, различающихся назначением, функциональными возможностями, структурой, исполнением. В современных микропроцессорах реализована расширенная система команд. Во всех современных моделях вводятся и совершенствуются средства, позволяющие повысить производительность микропроцессора: совершенствуются конвейер команд и встроенный блок управления оперативной памятью, вводятся микропрограммное управление операциями, прогнозирование переходов по командам условной передачи управления, скалярная архитектура центрального процессора и мультискалярная архитектура. С помощью операционной системы стало возможным реализовать работу в режиме SVM, то есть на одной ПЭВМ реализовать множество независимых виртуальных машин. SL - микропроцессор изготовлен для работы с пониженным потреблением энергии; SX - данный микропроцессор является переходным - длина машинного слова в нем осталась без изменения от предыдущей модели; DX - длина машинного слова увеличена вдвое по сравнению с микропроцессором предыдущей модели. 

Взаимодействие элементов при работе МП. Работа МП при выполнении программного прерывания. Работой МП управляет программа, записанная в оперативной памяти ЭВМ. Адрес очередной команды хранится в счетчике команд IP и в одном из сегментных регистров, чаще всего в CS. Каждый из них в реальном режиме имеет длину 16 бит, тогда как физический адрес оперативной памяти должен иметь длину 20 бит. Несогласованность длины машинного слова (16 бит) и длины физического адреса оперативной памяти (20 бит) приводит к тому, что в командах невозможно указать физический адрес оперативной памяти - его приходится формировать, собирать из разных регистров МП в процессе работы. В реальном режиме вся оперативная память делится на сегменты (длина сегмента - 64 Кбайта). Адрес оперативной памяти разделяется на две части: номер сегмента в оперативной памяти и номер ячейки внутри данного сегмента. Базовый адрес сегмента образуется добавлением к номеру сегмента справа четырех нулей. Сегмент может начинаться не с любой ячейки оперативной памяти, а только с “параграфа” - начала 16-байтного блока. На шину управления выдается команда в оперативную память, предписывающая выбрать число,  находящееся по адресу, указанному в системной магистрали. Выбранное число, являющееся очередной командой, поступает из оперативной памяти через шину данных системной магистрали, интерфейс памяти, внутреннюю магистраль МП на регистр команд. Из команды в регистре команд выделяется код операции, который поступает в УУ исполнительного блока для выработки управляющих сигналов, настраивающих микропроцессор на выполнение требуемой операции. 

Что такое Memory Relocation? Memory Relocation – это перенос неиспользуемой памяти из системной области в область расширенной памяти. В первых IBM PC устанавливалось 640 кб основной памяти и отдельно - расширенная память, поэтому со старшими 384 кб проблем не возникало. В современных платах вся память представляет собой непрерывный массив, поэтому системную область приходится аппаратно исключать, теряя при этом 384 кб. Большинство чипсетов позволяют использовать часть этой памяти под Shadow Memory, однако некоторые могут переносить ее за пределы первого мегабайта, присоединяя к расширенной памяти. Одни чипсеты могут переносить все свободные от Shadow участки, другие - только все 384 кб целиком.

Что такое Shadow Memory? Shadow Memory – это так называемая теневая память. В адресах памяти от 640 кб до 1 Мб находятся "окна", через которые видно содержимое различных системных ПЗУ. При включении для каких-либо окон режима Shadow содержимое их ПЗУ копируется в участки ОЗУ, которые затем подключаются к этим же адресам вместо ПЗУ, "затеняя" их; запись в эти участки аппаратно запрещается для полной имитации ПЗУ. Это дает в первую очередь ускорение работы с данными ПЗУ за счет более высокого быстродействия микросхем ОЗУ. Кроме этого, появляется возможность модифицировать видимое содержимое ПЗУ. 

Что такое кэш и зачем он нужен? Кэш обозначает быстродействующую буферную память между процессором и основной памятью. Кэш служит для частичной компенсации разницы в скорости процессора и основной памяти. 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 кэша. При записи в память значение попадает в кэш, и либо одновременно копируется в память, либо копируется через некоторое время. В основном используются две схемы организации кэша: с прямым отображением, когда каждый адрес памяти может кэшироваться только одной строкой, и n-связный ассоциативный, когда каждый адрес может кэшироваться несколькими строками. Ассоциативный кэш более сложен, однако позволяет более гибко кэшировать данные; наиболее распространены 4-связные системы кэширования. 

Что такое DIP, SIP, SIPP, SIMM, DIMM, CELP, COAST? DIP (корпус с двумя рядами выводов) - классические микросхемы, применяющиеся в блоках кэш-памяти. SIP (корпус с одним рядом выводов) - микросхема с одним рядом выводов, устанавливаемая вертикально. SIPP (модуль с одним рядом проволочных выводов) - модуль памяти, вставляемый в панель наподобие микросхем DIP/SIP; применялся в ранних AT. SIMM (модуль памяти с одним рядом контактов) - модуль памяти, вставляемый в зажимающий разъем; применяется во всех современных платах, а также во многих адаптерах, принтерах и прочих устройствах. SIMM имеет контакты с двух сторон модуля, но все они соединены между собой, образуя как бы один ряд контактов. DIMM (модуль памяти с двумя рядами контактов) - модуль памяти, похожий на SIMM, но с раздельными контактами, за счет чего увеличивается разрядность или число банков памяти в модуле. CELP (COAST) - модуль внешней кэш-памяти, собранный на микросхемах SRAM или PB SRAM. По внешнему виду похож на 72-контактный SIMM, имеет емкость 256 или 512 кб. Другое название -. Модули динамической памяти, помимо памяти для данных, могут иметь дополнительную память для хранения битов четности для байтов данных - такие SIMM иногда называют 9- и 36-разрядными модулями. 

Какие типы микросхем памяти используются в системных платах? Из микросхем памяти используется два основных типа: статическая и динамическая. В статической памяти ячейки построены на различных вариантах триггеров - схем с двумя устойчивыми состояниями. После записи бита в такую ячейку она может пребывать в этом состоянии столь угодно долго - необходимо только наличие питания. При обращении к микросхеме статической памяти на нее подается полный адрес, который при помощи внутреннего дешифратора преобразуется в сигналы выборки конкретных ячеек. Ячейки статической памяти имеют малое время срабатывания, однако микросхемы на их основе имеют низкую удельную плотность данных и высокое энергопотребление. Поэтому статическая память используется в основном в качестве буферной (кэш-память). В динамической памяти ячейки построены на основе областей с накоплением зарядов, занимающих гораздо меньшую площадь, нежели триггеры, и практически не потребляющих энергии при хранении. При записи бита в такую ячейку в ней формируется электрический заряд, который сохраняется в течение нескольких миллисекунд; для постоянного сохранения заряда ячейки необходимо регенерировать - перезаписывать содержимое для восстановления зарядов. Ячейки микросхем динамической памяти организованы в виде прямоугольной матрицы; при обращении к микросхеме на ее входы вначале подается адрес строки матрицы, сопровождаемый сигналом RAS, затем, через некоторое время - адрес столбца, сопровождаемый сигналом CAS. При каждом обращении к ячейке регенерируют все ячейки выбранной строки, поэтому для полной регенерации матрицы достаточно перебрать адреса строк. Ячейки динамической памяти имеют большее время срабатывания, но большую удельную плотность и меньшее энергопотребление. 

Что такое BIOS и зачем он нужен? BIOS - основная система ввода/вывода, зашитая в ПЗУ. 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 системной платы, тестирует саму плату и основные блоки компьютера - видеоадаптер, клавиатуру, контроллеры дисков и портов ввода/вывода, настраивает чипсет платы и загружает внешнюю операционную систему.  Обычно на системной плате установлено только ПЗУ с системным BIOS, отвечающим за саму плату и контроллеры FDD, HDD, портов и клавиатуры; в системный BIOS практически всегда входит System Setup - программа настройки системы. Видеоадаптеры и контроллеры HDD с интерфейсом ST-506 и SCSI имеют собственные BIOS в отдельных ПЗУ; их также могут иметь и другие платы - интеллектуальные контроллеры дисков и портов, сетевые карты и тому подобное.