Вычислительные машины, системы и сети. Лекция 7. Тема 10. Структура современной ЭВМ

1.

Вычислительные машины,
системы и сети
Лекция 7
к.т.н., доцент, Тычинина Юлия
Александровна

10. Структура современной ЭВМ.
Список обслуживаемых систем материнской платы
южным мостом довольно велик:
1. Интерфейс IDE (Integrated Drive Electronics) —
параллельный
интерфейс
подключения
накопителей (жёстких дисков и оптических
приводов) к компьютеру. Разработан в 1986 году
фирмой
Western
Digital,
позднее
стал
именоваться ATA (Advanced Technology Attachment
– дословно соединение по передовой технологии),
затем PATA (Parallel ATA). Подключались они
широким шлейфом, с 40 (вроде) контактами. К
середине 90-х годов, технология IDE-ATA уже
поддерживалась повсеместно и практически
полностью вытеснила шину SCSI. На смену ему
пришел интерфейс SATA. с 40 штырьками для
притыкивания 40 штырьковых устройств (попросту
-это такой вид розетки для подключения
устройств.)

3.

10. Структура современной ЭВМ.
2. SATA (Serial ATA) —
последовательный интерфейс подключения
накопителей (жёстких дисков и оптических
дисководов) к компьютеру. В 2003 году SATA была
запущена с большой помпой, и за каких-то десять лет,
захватила 98% доли на рынке персональных
компьютеров. Поначалу этот интерфейс использовался
с жёсткими дисками, но затем стандарт был расширен
для работы и с другими устройствами, в основном использующими сменные носители. К числу таких
устройств относятся приводы CD-ROM и DVD-ROM,
ленточные накопители, а также дискеты большой
ёмкости, такие, как ZIP и магнитооптические диски.
SATA использует последовательный порт и
поддерживает технологию «горячего» подключения.
SATA использует 7-контактный разъём вместо 40контактного разъёма у PATA. SATA-кабель имеет
меньшую площадь, за счёт чего уменьшается
сопротивление воздуху, обдувающему
комплектующие компьютера, упрощается разводка
проводов внутри системного блока.

4.

10. Структура современной ЭВМ.
3. FireWire - последовательный высокоскоростной интерфейс для
подключения внешних устройств, в том числе HDD.
Поддерживает "горячу замену" винчестеров. По пропускной
способности сравним с USB 2.0, а с появлением USB 3.0 - даже проигрывает в
скорости. Однако у него все же есть преимущество - FireWire способен
обеспечить изохронную передачу данных, что способствует его применению в
цифровом видео, так как он позволяет передавать данные в режиме
реального времени. Несомненно, FireWire популярен, но не настолько, как
например USB или eSATA. Для подключения жестких дисков он используется
довольно редко, в большинстве случаев с помощью FireWire подключают
различные мультимедийные устройства.

5.

10. Структура современной ЭВМ.
4. USB (ю-эс-би, англ. Universal Serial Bus — «универсальная последовательная
шина») — последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных
и низкоскоростных периферийных устройств в вычислительной технике. Символ
USB: . В настоящее время через USB подключают такие периферийные устройства,
как флеш-накопители, клавиатуры, мыши, принтеры, сканеры и другие
периферийные устройства.
5. LAN – сетевой интерфейс. LAN - порт для локальной вычислительной сети
(Local Area Network). Наиболее широко используемой технологией является
технология Ethernet
6. LPC (Low Pin Count, малое число контактов) Bridge — шина, используемая
в IBM PC-совместимых персональных компьютерах для подключения устройств,
не требующих большой пропускной способности к ЦПУ. К таким устройствам
относятся загрузочное ПЗУ и контроллеры «устаревших» низкопроизводительных
интерфейсов передачи данных, такие как последовательный и параллельные
интерфейсы, интерфейс подключения манипулятора «мышь» и клавиатуры,
НГМД, а с недавнего времени и устройств хранения криптографической
информации. Обычно контроллер шины LPC расположен в южном мосте на
материнской плате.

6.

10. Структура современной ЭВМ.
В современных ПК шина LPC через мост
подключается к шине PCI или PCI Express (технически
мост PCI-LPC обычно входит в состав микросхемы
«южного моста»).
7. PCI (англ. Peripheral component interconnect,
дословно
—
взаимосвязь
периферийных
компонентов) — шина ввода-вывода для подключения
периферийных
устройств
к
материнской
плате компьютера соединением типа «точка-точка». PCI
является
параллельным
интерфейсом.
В
PCI
вставляются платы расширения как-то:
• звуковые карты,
• видеокарты,
• платы линейного\нелинейного монтажа,
• модемы,
• сетевые Ethernet /WiFi,
• доп контроллеры IDE/SATA/USB/SCSI
• TV-тюнеры и т. д.

7.

10. Структура современной ЭВМ.
8. PCI Express, или PCIe, или PCI-E (также
известная как 3GIO for 3rd Generation I/O; не
путать с PCI-X и PXI) —компьютерная шина (хотя
на физическом уровне шиной не является, будучи
соединением
типа
«точка-точка»),
использующая программную модель шины PCI и
высокопроизводительный физический протокол,
основанный на последовательной передаче
данных.
9. SMBus (англ. System Management Bus) последовательный протокол обмена данными
для устройств питания.
SM Bus собирает локальную информацию о
состоянии
компьютера
(температура
материнской платы, параметры памяти и т.д.),
используется,
например,
для
управления
вентиляторами на плате.

8.

10. Структура современной ЭВМ.
10. DMA-контроллер, контроллер прямого доступ к
памяти (англ. Direct Memory Access, DMA) — режим обмена
данными между устройствами компьютера или же между
устройством и основной памятью без участия центрального
процессора (ЦП). В результате скорость передачи
увеличивается, так как данные не пересылаются в ЦП и
обратно. Контроллер DMA используется для уменьшения
нагрузки на центральный процессор в случае длительного
обмена большим потоком данных с устройствами. К таким
устройствам могут быть причислены:
•Жёсткие диски (IDE, ATA, SCSI).
•Приводы для гибких магнитных накопителей (FDD).
•Оптические приводы (CD, DVD).
•Звуковые карты (DSP, MIDI).
•Различные мультимедиа-устройства

9.

10. Структура современной ЭВМ.
11 IRQ-контроллер (Interrupt Request), Контроллер прерываний
(англ. Programmable Interrupt Controller, PIC) — микросхема или
встроенный блок процессора, отвечающий за возможность
последовательной обработки запросов на прерывание от разных
устройств.
12 Системные часы (англ. system clock) — это часы операционной
системы, работают с оперативной памятью. При включении
компьютера системные часы берут исходное время из аппаратных
часов и далее работают независимо от них
13 BIOS (англ. basic input/output system — «базовая система 12
ввода-вывода»),
также
БСВВ,
—
реализованная
в
виде
микропрограмм
часть
системного
программного
обеспечения,
которая
предназначается
для
предоставления операционной системе доступа к аппаратуре
компьютера и подключенным к нему устройствам.

10.

10. Структура современной ЭВМ.
Сразу после включения питания компьютера, во время начальной
загрузки компьютера, при помощи программ, записанных в BIOS,
происходит самопроверка аппаратного обеспечения компьютера —
POST (power-on self-test). В ходе POST BIOS проверяет работоспособность
контроллеров на материнской плате, задаёт низкоуровневые параметры
их работы (например, частоту шины и параметры центрального
микропроцессора,
контроллера
оперативной
памяти,
контроллеров шин FSB, AGP, PCI, USB). Если во время POST случился сбой,
BIOS может выдать информацию, позволяющую выявить причину сбоя.
Если нет возможности вывести сообщение на монитор, BIOS издаёт
звуковой сигнал через встроенный динамик. Если во время работы POST
удался, BIOS ищет на доступных носителях загрузчик операционной
системы MBR и передаёт управление операционной системе.
Операционная система по ходу работы может изменять большинство
настроек, изначально заданных в BIOS.
.

11.

10. Структура современной ЭВМ.
Более современные ЭВМ содержали вместо
BIOS
ПО,
работающие в рамках EFI ("ифай" Firmware Interface (EFI)
(англ. Расширяемый интерфейс прошивки)) — интерфейс между
операционной системой и микропрограммами, управляющими
низкоуровневыми функциями оборудования, его основное
предназначение: корректно инициализировать оборудование при
включении системы и передать управление загрузчику
операционной системы. EFI предназначен для замены BIOS —
интерфейса, который традиционно используется всеми IBM PCсовместимыми
персональными
компьютерами.
Первая
спецификация EFI была разработана Intel, позднее от первого
названия отказались и последняя версия стандарта носит
название Unified Extensible Firmware Interface (UEFI).

12.

10. Структура современной ЭВМ.
13 Системы энергообеспечения APM и ACPI.
АРМ (Advanced Power Management) – это набор функций, позволяющий
программам управлять энергопотреблением устройств персонального
компьютера.
ACPI (Advanced Configuration and Power Interface) - расширенный интерфейс
конфигурирования компьютера и управления питанием это стандарт, написанный
объединением поставщиков в целях предоставления стандартного интерфейса
для аппаратных ресурсов и управления питанием (отсюда и название). ACPI это
прямой наследник APM (Advanced Power Management).
Очень важно использовать аппаратные ресурсы эффективно. Управление
питанием и ресурсами это один из ключевых компонентов современной
операционной системы. Например, вам может потребоваться, чтобы
операционная система следила за температурными ограничениями и возможно,
предупреждала при неожиданном росте температуры. До того, как появился ACPI,
управление потреблением питания и температурными характеристиками
системы было очень сложной для операционной системы задачей. Аппаратное
обеспечение контролировалось одним из видов встроенного интерфейса BIOS,
таким как: Plug and Play BIOS (PNPBIOS), Advanced Power Management (APM) и так
далее. ACPI предоставляет операционной системе (OS) больше контроля и более
универсален. Современные системы вышли за пределы ограничений
существующих Plug and Play интерфейсов до появления ACP

13.

14.

10. Структура современной ЭВМ.
Контроллеры внешних устройств выполняются в виде карт
расширения – печатных плат с краевым разъёмом. Платы расширения
устанавливаются в слоты расширения. Слот расширения – щелевой
разъем системной шины – посадочное место платы расширения. Карты
расширения, обеспечивающие какой-либо дополнительный интерфейс,
называют интерфейсными картами или адаптерами.
Загрузочное ПЗУ. Хранит ПО, которое исполняется сразу после
включения питания. Как правило, загрузочное ПЗУ содержит BIOS
(базовая система ввода-вывода).
Оперативная память (также оперативное запоминающее устройство,
ОЗУ). Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный
адрес.
Оперативная
память
передаёт
процессору
данные
непосредственно, либо через кэш-память. ОЗУ изготавливается как
отдельный блок; также может входить в конструкцию однокристальной
ЭВМ или микроконтроллера в виде оперативной памяти.

15.

10. Структура современной ЭВМ.
Графический процессор (англ. graphics processing unit, GPU) —
отдельное устройство персонального компьютера или игровой приставки,
выполняющее графический рендеринг. Современные графические
процессоры очень эффективно обрабатывают и
отображают компьютерную графику. Благодаря специализированной
конвейерной архитектуре они намного эффективнее в обработке
графической информации, чем типичный центральный процессор.
Графический процессор в современных видеоадаптерах применяется в
качестве ускорителя трёхмерной графики.
Может применяться как в составе дискретной видеокарты, так и
в интегрированных решениях (встроенных в северный мост, либо
в гибридный процессор).
Любая дискретная видеокарта имеет свою память + может добирать
при необходимости из оперативной. Интегрированная же видеокарта
своей памяти не имеет и использует оперативную память при
необходимости.

16.

10. Структура современной ЭВМ.
Ре́ндеринг
(англ.
rendering
—
«визуализация»)
—
термин в компьютерной графике, обозначающий процесс получения
изображения по модели с помощью компьютерной программы.
Здесь модель — это описание любых объектов или явлений на строго
определённом языке или в виде структуры данных. Такое описание
может содержать геометрические данные, положение точки
наблюдателя, информацию об освещении, степени наличия какого-то
вещества, напряжённость физического поля и пр.
Часто в компьютерной графике (художественной и технической) под
рендерингом (3D-рендерингом) понимают создание плоской картинки —
цифрового растрового изображения — по разработанной 3D-сцене.
Синонимом в данном контексте является визуализация.
Визуализация — один из наиболее важных разделов в компьютерной
графике, и на практике он тесным образом связан с остальными. Обычно
программные пакеты трёхмерного моделирования и анимации включают
в себя также и функцию рендеринга. Существуют отдельные
программные продукты, выполняющие рендеринг.

17.

11. Выбор конфигурации компьютера.
При
выборе
комплектующие
ПК
необходимо, прежде всего,
решить, для каких целей
будет рассчитана система, а
именно какие операции будут
производиться
за
компьютером.
Будут
ли
установлены
ресурсоемкие
программы, различные игры,
мультимедийные
приложения, предъявляющие
высокие
требования
к
системе или более простые
программы для работы с
текстом, интернетом.

English Русский Rules