Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• 1. Системмный блок
• 2. Системная плата
• 3. Центрамльный процемссор
• 4. Семейство процессоров Intel
• 5. Процессоры других фирм
• 6. Сопроцессоры
• 8. Кэш - память
• 9. BIOS
• 10. CMOS
• 11. RAM
• 12. Системная шина и локальная шина
• 13. Контроллеры
• 14. Порты
• Список литературы

1. Системмный блок

Системмный блок (сленг. системник, кейс, корпус) -- функциональный элемент, защищающий внутренние компоненты компьютера от внешнего воздействия и механических повреждений, поддерживающий необходимый температурный режим внутри, экранирующий создаваемые внутренними компонентами электромагнитное излучение и являющийся основой для дальнейшего расширения системы. Системные блоки массово изготавливают заводским способом из деталей на основе стали, алюминия и пластика. Для креативного творчества используются такие материалы, как древесина или органическое стекло. В качестве привлечения внимания к проблемам защиты окружающей среды, выпущен корпус из гофрокартона

Типы корпусов

Горизонтальные (размеры указаны в миллиметрах):

Desktop (533?419?152)

FootPrint (406?406?152)

SlimLine (406?406?101)

UltraSlimLine (381?352?75)

Вертикальные:

MiniTower (152?432?432)

MidiTower (173?432?490)

BigTower (190?482?820)

SuperBigTower (разные размеры)

2. Системная плата

Системная плата - Материмнская пламта (англангл. chipset) -- набор микросхем, обеспечивающих подключение ЦПУ к ОЗУ и контроллерам периферийных устройств. Как правило, современные наборы системной логики строятся на базе двух СБИС: "северного" и "южного мостов".

Северный мост - (англ. Northbridge), MCH (Memory controller hub), системный контроллер -- обеспечивает подключение ЦПУ к узлам, использующим высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический контроллер.

Для подключения ЦПУ к системному контроллеру могут использоваться такие FSB-шины, как Hyper-Transport и SCI.

Обычно к системному контроллеру подключается ОЗУ. В таком случае он содержит в себе контроллер памяти. Таким образом, от типа применённого системного контроллера обычно зависит максимальный объём ОЗУ, а также пропускная способность шины памяти персонального компьютера. Но в настоящее время имеется тенденция встраивания контроллера ОЗУ непосредственно в ЦПУ (например, контроллер памяти встроен в процессор в AMD K8 и Intel Core i7), что упрощает функции системного контроллера и снижает тепловыделение.

В качестве шины для подключения графического контроллера на современных материнских платах используется PCI Express. Ранее использовались общие шины (ISA, VLB, PCI) и шина AGP.

Южный мост - (англ. Southbridge), ICH (I/O controller hub), периферийный контроллер -- содержит контроллеры периферийных устройств (жёсткого диска, Ethernet, аудио), контроллеры шин для подключения периферийных устройств (шины PCI, PCI-Express и USB), а также контроллеры шин, к которым подключаются устройства, не требующие высокой пропускной способности (LPC -- используется для подключения загрузочного ПЗУ; также шина LPC используется для подключения мультиконтроллера (англ. Super I/O) -- микросхемы, обеспечивающей поддержку "устаревших" низкопроизводительных интерфейсов передачи данных: последовательного и параллельного интерфейсов, контроллера клавиатуры и мыши).

Как правило, северный и южный мосты реализуются в виде отдельных СБИС, однако существуют и одночиповые решения. Именно набор системной логики определяет все ключевые особенности материнской платы и то, какие устройства могут подключаться к ней.

Оперативная память (также оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) -- в информатике -- память, часть системы памяти ЭВМ, в которую процессор может обратиться за одну операцию (jump, move и т. п.). Предназначена для временного хранения данных и команд, необходимых процессору для выполнения им операций. Оперативная память передаёт процессору данные непосредственно, либо через кеш-память. Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес.

ОЗУ может изготавливаться как отдельный блок или входить в конструкцию однокристальной ЭВМ или микроконтроллера.

загрузочное ПЗУ -- хранит ПО, которое исполняется сразу после включения питания. Как правило, загрузочное ПЗУ содержит BIOS, однако может содержать и ПО, работающие в рамках EFI.

3. Центрамльный процемссор

Центрамльный процемссор (ЦП, или центральное процессорное устройство -- ЦПУ; англ. central processing unit, сокращенно -- CPU, дословно -- центральное обрабатывающее устройство) -- микросхема, исполнитель машинных инструкций (кода программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Иногда называют микропроцессором или просто процессором.

Современные ЦП, выполняемые в виде отдельных микросхем (чипов), реализующих все особенности, присущие данного рода устройствам, называют микропроцессорами. С середины 1980-х последние практически вытеснили прочие виды ЦП, 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, построенные на основе микросхем большой (БИС) и сверхбольшой (СБИС) степени интеграции.

Изначально термин центральное процессорное устройство описывал специализированный класс логических машин, предназначенных для выполнения сложных компьютерных программ. Вследствие довольно точного соответствия этого назначения функциям существовавших в то время компьютерных процессоров, он естественным образом был перенесён на сами компьютеры. Начало применения термина и его аббревиатуры по отношению к компьютерным системам было положено в 1960-е годы. Устройство, архитектура и реализация процессоров с тех пор неоднократно менялись, однако их основные исполняемые функции остались теми же, что и прежде.

Ранние ЦП создавались в виде уникальных составных частей для уникальных, и даже единственных в своём роде, компьютерных систем. Позднее от дорогостоящего способа разработки процессоров, предназначенных для выполнения одной единственной или нескольких узкоспециализированных программ, производители компьютеров перешли к серийному изготовлению типовых классов многоцелевых процессорных устройств. Тенденция к стандартизации компьютерных комплектующих зародилась в эпоху бурного развития полупроводниковых элементов, мейнфреймов и миникомпьютеров, а с появлением интегральных схем она стала ещё более популярной. Создание микросхем позволило ещё больше увеличить сложность ЦП с одновременным уменьшением их физических размеров. Стандартизация и миниатюризация процессоров привели к глубокому проникновению основанных на них цифровых устройств в повседневную жизнь человека. Современные процессоры можно найти не только в таких высокотехнологичных устройствах, как компьютеры, но и в автомобилях, калькуляторах, мобильных телефонах и даже в детских игрушках. Чаще всего они представлены микроконтроллерами, где помимо вычислительного устройства на кристалле расположены дополнительные компоненты (память программ и данных, интерфейсы, порты ввода/вывода, таймеры и др.). Современные вычислительные возможности микроконтроллера сравнимы с процессорами персональных ЭВМ десятилетней давности, а чаще даже значительно превосходят их показатели.

4. Семейство процессоров Intel

Каждой категории продукции Intel была присвоена своя цифра.

Первыми изделиями Intel стали микросхемы памяти (PMOS-чипы), которым была присвоена нумерация 1xxx. В серии 2xxx разрабатывались микросхемы NMOS. Биполярные микросхемы были отнесены к серии 3xxx. 4-разрядные микропроцессоры получили обозначение 4xxx. Микросхемы CMOS получили обозначение 5xxx, память на магнитных доменах -- 7xxx, 8-ми и более разрядные микропроцессоры и микроконтроллеры принадлежали к серии 8xxx. Серии 6xxx и 9xxx не использовались.

Вторая цифра обозначала тип продукции: 0 -- процессоры, 1-- микросхемы RAM, 2 -- контроллеры, 3 -- микросхемы ROM, 4 -- сдвиговые регистры, 5 -- микросхемы EPLD, 6 -- микросхемы PROM, 7 -- микросхемы EPROM, 8 -- чипы наблюдения и схемы синхронизации в генераторах импульсов, 9 -- чипы для телекоммуникаций.

Третья и четвёртая цифры соответствовали порядковому номеру изделия.

Для таких процессоров как 8086/88, 186/188, 286, 386, 486 были выпущены сопроцессоры для операций с плавающей точкой, как правило последняя цифра у таких сопроцессоров была 7(8087, 187, 287, 387, 487).

4004: первый процессор, реализованный в одной микросхеме

Представлен: 15 ноября 1971 года

Частота: 740 кГц

Во всей технической документации фирмы Intel, относящейся к 4004, включая самые первые проспекты, выпущенные в ноябре 1971 года, явно указывается, что минимальный период тактового сигнала составляет 1350 наносекунд, что означает, что максимальная тактовая частота, при которой 4004 может нормально функционировать составляет 740 кГц. К сожалению, во многих источниках приводится другое, неверное значение максимальной тактовой частоты -- 108 кГц; эта цифра приводится на некоторых интернет-страницах самой фирмы Intel. Минимальное время цикла инструкции 4004 составляет 10,8 микросекунд (8 циклов сигнала синхронизации), и, скорее всего кто-то когда-то перепутал эту цифру с максимальной тактовой частотой. К сожалению, эта ошибка получила очень широкое распространение.

Быстродействие: 0,06 MIPS

Ширина шины: 4 бита (мультиплексирование шины адреса/данных вследствие ограниченного количества выводов микросхемы)

Количество транзисторов: 2,300

Технология: 10 мкм PMOS

Адресуемая память: 640 байт

Память для программы: 4 Кбайта

Один из первых коммерческих микропроцессоров

Использовался в калькуляторе Busicom

На микропроцессоре 4004 был построен "мозг" космического аппарата Пионер-10, запуск которого состоялся в марте 1972. Предполагаемый жизненный цикл составлял около 2-х лет, но до 2003 года, когда была утрачена радиосвязь с аппаратом, компьютер и большинство его электронных систем продолжали функционировать.

Мелочи: Изначальной целью было достижение частоты IBM 1620 (1 МГц); это не было достигнуто

Хронология

1971, 15 ноября: 4004

1972, 4-й квартал: 4040

1972, 1 апреля: 8008

1974, 1 апреля: 8080

1976, Март: 8085

1978, 8 июня: 8086

1979, 1 июня: 8088

1981, 1 января: iAPX 432

1982: 80186

1982, 1 февраля: 80286

1985, 17 октября: 80386DX

1988, 5 апреля: i960 aka 80960

1988, 16 июня: 80386SX

1989, 16 января: 80376

1989, 27 февраля: i860 aka 80860

1989, 10 апреля: 80486DX

1990, 15 октября: 80386SL

1991, 22 апреля: 80486SX

1992, 3 марта: 80486DX2

1992, 9 ноября: 80486SL

1993, 22 марта: Pentium

1994, 7 марта: 80486DX4

1994, Август: Intel386 EX

1995, 1 ноября: Pentium Pro

1997, 8 января: Pentium MMX

1997, 7 мая: Pentium II

1998, 15 апреля: Celeron (Pentium II-based)

1998, 29 июня: Pentium II Xeon

1999, 26 февраля: Pentium III

1999, 25 октября: Pentium III Xeon

2000, 23 августа: XScale

2000, 20 ноября: Pentium 4

2001: Itanium

2001, 21 Мая: Pentium 4 Xeon

2002, Июль: Itanium 2

2003, Март: Pentium M

2003, Март: Celeron M

2003, Сентябрь: Pentium 4EE

2004, Весна: EM64T

2005, Q2 (?): Pentium D

2006, Осень: Conroe, Merom

2007, Зима: Core 2 Extreme QX6700

2007, Зима: Core 2 Quad -- Четырёхъядерный

2008, Зима: Core 2 обновление линейки

2008, Весна: Centrino Atom

2008, Осень: Core i7

2009, Осень: Core i5

2010, 4 января: Core i3

5. Процессоры других фирм

Advanced Micro Devices, Inc. (AMD) -- американский производитель интегрированной электроники. Второй по величине производитель x86 и x64-совместимых процессоров, а также крупнейший поставщик графических процессоров (с 2006 года после покупки компании ATI Technologies ), чипсетов для материнских плат и флеш-памяти. Во 2-м квартале 2010 г. Nvidia впервые уступила первенство на рынке дискретных видеоадаптеров своему основному конкуренту, компании AMD. По данным Mercury Research, в указанный период Advanced Micro Devices заняла 51,1 % рынка по объему поставок, тогда как Nvidia -- 48,8 %.

Производственные мощности компании расположенны в США, Германии, Канаде, Китае, Сингапуре и Таиланде.

Стратегическими партнёрами AMD на рынке персональных компьютеров являются такие компании, как Acer, Fujitsu, Fujitsu Siemens Computers, SUN и IBM; в сфере сетевых продуктов: 3Com, Bay Networks, Cabletron, Cisco; на рынке телекоммуникационных систем: Alcatel, AT&T, Ericsson, NEC, Siemens AG, Sony. Главными конкурентами для компании являются Intel и Nvidia.

6. Сопроцессоры

Сопроцессор -- специализированный процессор, расширяющий возможности центрального процессора компьютерной системы, но оформленный как отдельный функциональный модуль. Физически сопроцессор может быть отдельной микросхемой или может быть встроен в центральный процессор (как это делается в случае математического сопроцессора в процессорах для ПК начиная с Intel 486DX).

7. Оперативная память

Оператимвная паммять (Random Access Memory) -- часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся данные и команды, необходимые процессору для выполнения им операции. Обязательным условием является адресуемость (каждое машинное слово имеет индивидуальный адрес) памяти. Передача данных в/из оперативную память процессором производится непосредственно, либо через сверхбыструю память.

Оперативное запоминающее устройство, ОЗУ -- техническое устройство, реализующее функции оперативной памяти.

ОЗУ может изготавливаться как отдельный блок или входить в конструкцию, например однокристальной ЭВМ или микроконтроллера

Физические виды ОЗУ

В большинстве современных компьютеров оперативная память представляет собой динамические модули памяти, содержащие полупроводниковые БИС ЗУ, организованные по принципу устройств с произвольным доступом. Память динамического типа дешевле, чем статического, и её плотность выше, что позволяет на том же пространстве кремниевой подложки размещать больше ячеек памяти, но при этом её быстродействие ниже. Статическая, наоборот, более быстрая память, но она и дороже. В связи с этим массовую оперативную память строят на модулях динамической памяти, а память статического типа используется для построения кеш-памяти в микропроцессоре

Память динамического типа (англ. DRAM (Dynamic Random Access Memory))

Основная статья: DRAM

Экономичный вид памяти. Для хранения разряда (бита или трита) используется схема, состоящая из одного конденсатора и одного транзистора (в некоторых вариациях конденсаторов два). Такой вид памяти решает, во-первых, проблему дороговизны (один конденсатор и один транзистор дешевле нескольких транзисторов) и во-вторых, компактности (там, где в SRAM размещается один триггер, то есть один бит, можно уместить восемь конденсаторов и транзисторов). Есть и свои минусы. Во-первых, память на основе конденсаторов работает медленнее, поскольку если в SRAM изменение напряжения на входе триггера сразу же приводит к изменению его состояния, то для того чтобы установить в единицу один разряд (один бит) памяти на основе конденсатора, этот конденсатор нужно зарядить, а для того чтобы разряд установить в ноль, соответственно, разрядить. А это гораздо более длительные операции (в 10 и более раз), чем переключение триггера, даже если конденсатор имеет весьма небольшие размеры. Второй существенный минус -- конденсаторы склонны к "стеканию" заряда; проще говоря, со временем конденсаторы разряжаются. Причём разряжаются они тем быстрее, чем меньше их ёмкость. За то, что разряды в ней хранятся не статически, а "стекают" динамически во времени память на конденсаторах получила своё название динамическая память. В связи с этим обстоятельством, дабы не потерять содержимое памяти, заряд конденсаторов для восстановления необходимо "регенерировать" через определённый интервал времени. Регенерация выполняется центральным микропроцессором или контроллером памяти, за определённое количество тактов считывания при адресации по строкам. Так как для регенерации памяти периодически приостанавливаются все операции с памятью, это значительно снижает производительность данного вида ОЗУ. Память статического типа (англ. SRAM (Static Random Access Memory))

Основная статья: SRAM (память)

ОЗУ, собранное на триггерах, называется статической памятью с произвольным доступом или просто статической памятью. Достоинство этого вида памяти -- скорость. Поскольку триггеры собраны на вентилях, а время задержки вентиля очень мало, то и переключение состояния триггера происходит очень быстро. Данный вид памяти не лишён недостатков. Во-первых, группа транзисторов, входящих в состав триггера, обходится дороже, даже если они вытравляются миллионами на одной кремниевой подложке. Кроме того, группа транзисторов занимает гораздо больше места, поскольку между транзисторами, которые образуют триггер, должны быть вытравлены линии связи. Используется для сверхбыстрого ОЗУ.

8. Кэш - память

Кэш или кеш (англ. cache, от фр. cacher -- прятать; произносится [k??] -- кэш) -- промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий информацию, которая может быть запрошена с наибольшей вероятностью. Доступ к данным в кэше идёт быстрее, чем выборка исходных данных из оперативной (ОЗУ) и быстрее внешней (жёсткий диск или твердотельный накопитель) памяти, за счёт чего уменьшается среднее время доступа и увеличивается общая производительность компьютерной системы. Прямой доступ к данным, хранящимся в кэше, программным путем невозможен.

История

Впервые слово "кэш" в компьютерном контексте было использовано в 1967 году во время подготовки статьи для публикации в журнале "IBM Systems Journal". Статья касалась усовершенствования памяти в разрабатываемой модели 85 из серии IBM System/360. Редактор журнала Лайл Джонсон попросил придумать более описательный термин, нежели "высокоскоростной буфер", но из-за отсутствия идей сам предложил слово "кэш". Статья была опубликована в начале 1968 года, авторы были премированы IBM, их работа получила распространение и впоследствии была улучшена, а слово "кэш" вскоре стало использоваться в компьютерной литературе как общепринятый термин

Кэш центрального процессора

Основная статья: Кэш процессора

Ряд моделей центральных процессоров (ЦП) обладают собственным кэшем, для того чтобы минимизировать доступ к оперативной памяти (ОЗУ), которая медленнее, чем регистры. Кэш-память может давать значительный выигрыш в производительности, в случае когда тактовая частота ОЗУ значительно меньше тактовой частоты ЦП. Тактовая частота для кэш-памяти обычно ненамного меньше частоты ЦП.

В процессорах с поддержкой виртуальной адресации часто вводят небольшой быстродействующий буфер трансляций адресов (TLB). Его скорость важна, т.к. он опрашивается на каждом обращении в память.

9. BIOS

BIOS (англ. basic input/output system -- "базовая система ввода-вывода") -- реализованная в виде микропрограмм часть системного программного обеспечения, которая предназначается для обеспечения операционной системы API доступа к аппаратуре компьютера и подключенным к нему устройствам.

В персональных IBM PC-совместимых компьютерах, использующих микроархитектуру x86, BIOS представляет собой набор записанного в микросхему EEPROM (ПЗУ) персонального компьютера микропрограмм (образующих системное программное обеспечение), обеспечивающих начальную загрузку компьютера и последующий запуск операционной системы.

Подробнее по этой теме см.: Начальная загрузка компьютера.

Для новых платформ, компания Intel на замену традиционному BIOS предлагает Extensible Firmware Interface.

Для компьютеров на базе иных платформ для обозначения встроенного ПО, используются другие термины. Например в архитектуре SPARC, firmware может называться PROM, или Boot

Назначение BIOS материнской платы

Бомльшую часть BIOS материнской платы составляют микропрограммы инициализации контроллеров на материнской плате, а также подключённых к ней устройств, которые в свою очередь могут иметь управляющие контроллеры с собственными BIOS.

Сразу после включения питания компьютера, во время начальной загрузки компьютера, при помощи программ записанных в BIOS, происходит самопроверка аппаратного обеспечения компьютера -- POST. В случае сбоя во время прохождения POST, BIOS может выдать информацию, позволяющую выявить причину сбоя. Кроме вывода сообщения на монитор, используется звуковой сигнал, воспроизводимый при помощи встроенного динамика.

Подробнее по этой теме см.: POST (аппаратное обеспечение).

Подробнее по этой теме см.: Звуковые сигналы BIOS.

Подробнее по этой теме см.: Коды ошибок BIOS.

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), и после этого ищет на доступных носителях загрузчик операционной системы и передаёт управление операционной системе. Операционная система по ходу работы может изменять большинство настроек, изначально заданных в BIOS. В некоторых реализациях BIOS позволяет производить загрузку операционной системы через интерфейсы, изначально для этого не предназначенные (USB и IEEE 1394) а также производить загрузку по сети (применяется, например, в т. н. "тонких клиентах"). Старые IBM PC/XT, которые не имели полноценной операционной системы, либо её загрузка не была необходимой пользователю, вызывали встроенный интерпретатор языка Бейсик. Также BIOS содержит набор сервисных функций, например, для вывода сообщений на экран или приёма символов с клавиатуры, что так же обусловливает расшифровку её названия: basic -- Базовая. В некоторых BIOS'ах реализуется дополнительная функциональность -- воспроизведение аудио-CD или DVD-дисков.

С развитием компьютерных систем в BIOS продолжали использоваться устаревшие технологии: прежде всего "реальный режим" работы процессора x86; для принципиальной замены BIOS рядом производителей вычислительных систем (Unified EFI Forum, UEFI) предложена и внедряется технология EFI.

10. CMOS

CMOS - КМОП (К-МОП; комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник; КМДП[1]; англ. CMOS, Complementary-symmetry/metal-oxide semiconductor) -- технология построения электронных схем. В технологии КМОП используются полевые транзисторы с изолированным затвором с каналами разной проводимости. Отличительной особенностью схем КМОП по сравнению с биполярными технологиями (ТТЛ, ЭСЛ и др.) является очень малое энергопотребление в статическом режиме (в большинстве случаев можно считать, что энергия потребляется только во время переключения состояний). Отличительной особенностью структуры КМОП по сравнению с другими МОП-структурами (N-МОП, P-МОП) является наличие как n-, так и p-канальных полевых транзисторов; как следствие, КМОП-схемы обладают более высоким быстродействием и меньшим энергопотреблением, однако при этом характеризуются более сложным технологическим процессом изготовления и меньшей плотностью упаковки.

Подавляющее большинство современных логических микросхем, в том числе, процессоров, используют схемотехнику КМОП.

Схемы КМОП в 1963 изобрёл Фрэнк Вонлас (Frank Wanlass) из компании Fairchild Semiconductor, первые микросхемы по технологии КМОП были созданы в 1968. Долгое время КМОП рассматривалась как энергосберегающая, но медленная альтернатива ТТЛ, поэтому микросхемы КМОП нашли применение в электронных часах, калькуляторах и других устройствах с батарейным питанием, где энергопотребление было критичным.

К 1990 году с повышением степени интеграции микросхем встала проблема рассеивания энергии на элементах. В результате технология КМОП оказалась в выигрышном положении. Со временем были достигнуты скорость переключения и плотность монтажа недостижимые в технологиях, основанных на биполярных транзисторах.

Ранние КМОП-схемы были очень уязвимы к электростатическим разрядам. Сейчас эта проблема в основном решена, но при монтаже КМОП-микросхем рекомендуется принимать меры по снятию электрических зарядов.

Для изготовления затворов в КМОП-ячейках на ранних этапах применялся алюминий. Позже, в связи с появлением так называемой самосовмещённой технологии, которая предусматривала использование затвора не только как конструктивного элемента, но одновременно как маски при получении сток-истоковых областей, в качестве затвора стали применять поликристаллический кремний.

11. RAM

RAM - Запоминающее устройство с произвольным доступом (сокращённо ЗУПД; также Запоминающее устройство с произвольной выборкой, сокращённо ЗУПВ; англ. Random Access Memory) -- один из видов памяти компьютера, позволяющий единовременно получить доступ к любой ячейке (всегда за одно и то же время, вне зависимости от расположения) по её адресу на чтение или запись.

Это отличает данный вид памяти от устройств памяти первых компьютеров, созданных в конце 40-х -- начале 50-х годов XX века (EDSAC, EDVAC, UNIVAC), которые для хранения программы использовали разрядно-последовательную память[1] на ртутные линии задержки при которой разряды слова, для последующей обработки в АЛУ, поступали последовательно, один за другим.

Дополнительные сведения: Прямой доступ к памяти

Ранние модели компьютеров, чтобы осуществить функции основной памяти ёмкостью сотни или тысячи бит, использовали реле, память на линиях задержки или различные виды вакуумных трубок.

Защёлки, построенные сперва на вакуумных триодах, а позднее на дискретных транзисторах, использовались для меньших по размеру и более быстрых блоков памяти, таких как регистры и регистровые хранилища прямого доступа. До разработки интегральных микросхем, память прямого доступа (или только для чтения) часто создавалась из матриц полупроводниковых диодов, управляемых дешифраторами адреса.

Ситуация в принципе изменилась с изобретением запоминающих устройств с произвольной выборкой, стала реализуемой разрядно-параллельная память, в которой все разряды слова одновременно считываются из памяти и обрабатываются АЛУ.

Первой коммерческой ЭВМ, использующей новую организацию памяти стала созданная в 1953 году IBM 701, а первой массово продаваемой (150 экземпляров) -- выпущенная в 1955 году IBM 704, в которой были реализованы такие новшества, как память на ферритовых сердечниках и аппаратное средство вычисления чисел с плавающей запятой.

Внешние устройства IBM 704 и большинства компьютеров того времени были очень медленны (например, лентопротяжное работало со скоростью 15 тыс. символов в секунду, что было гораздо меньше скорости обработки данных процессором), а все операции ввода-вывода производились через АЛУ, что требовало принципиального решение проблемы низкой производительности на операциях ввода-вывода.

Одним из первых решений стало введение в состав ЭВМ специализированной ЭВМ, называемой каналом ввода-вывода, которое позволяло АЛУ работать независимо от устройств ввода-вывода. На этом принципе, путём добавления в состав IBM 704 ещё шести каналов ввода-вывода, построена IBM 709 (1958 год).

Первый широко распространённой тип перезаписываемой памяти прямого доступа был запоминающим устройством на магнитных сердечниках, разработанным в 1949--1952 годах, и впоследствии использовался в большинстве компьютеров вплоть до разработки статических и динамических интегрированных каналов оперативной памяти в конце 1960-х -- начале 1970-х.

Для построения ЗУПВ современных персональных компьютеров широко применяются полупроводниковые запоминающие устройства, в частности широко применяются СБИС запоминающих устройств оперативной памяти, по принципу организации подразделяемые на статические и динамические. В ОЗУ статического типа запоминающий элемент представляет собой триггер, изготовленный по той или иной технологии (ТТЛ, ЭСЛ, КМОП и др.), что позволяет считывать информацию без её потери. В динамических ОЗУ элементом памяти является ёмкость (например, входная ёмкость полевого транзистора), что требует восстановления записанной информации в процессе её хранения и использования. Это усложняет применение ОЗУ динамического типа, но позволяет реализовать больший объём памяти. В современных динамических ОЗУ имеются встроенные системы синхронизации и регенерации, поэтому по внешним сигналам управления они не отличаются от статических.

На полупроводниках

Полупроводниковая статическая (англ. Static Random Access Memory, SRAM) -- ячейки представляют собой полупроводниковые триггеры. Достоинства -- небольшое энергопотребление, высокое быстродействие. Отсутствие необходимости производить "регенерацию". Недостатки -- малый объём, высокая стоимость. Благодаря принципиальным достоинствам широко используется в качестве кеш-памяти процессоров в компьютерах.

Полупроводниковая динамическая (англ. Dynamic Random Access Memory, DRAM) -- каждая ячейка представляет собой конденсатор на основе перехода КМОП-транзистора. Достоинства -- низкая стоимость, большой объём. Недостатки -- необходимость периодического считывания и перезаписи каждой ячейки -- т. н. "регенерации", и, как следствие, понижение быстродействия, большое энергопотребление. Процесс регенерации реализуется специальным контроллером, установленным на материнской плате или в центральном процессоре. DRAM обычно используется в качестве оперативной памяти (ОЗУ) компьютеров. В настоящее время выпускается в виде модулей памяти -- небольшой печатной платы, на которой размещены микросхемы запоминающего устройства.

На ферромагнетиках

Ферромагнитная -- представляет собой матрицу из проводников, на пересечении которых находятся кольца или биаксы, изготовленные из ферромагнитных материалов. Достоинства -- устойчивость к радиации, сохранение информации при выключении питания; недостатки -- малая ёмкость, большой вес, стирание информации при каждом чтении. В настоящее время в таком, собранном из дискретных компонентов виде, не применяется. Однако к 2003 году появилась магнитная память MRAM в интегральном исполнении. Сочетая скорость SRAM и возможность хранения информации при отключённом питании, MRAM является перспективной заменой используемым ныне типам ROM и RAM. Однако она на 2006 год была приблизительно вдвое дороже микросхем SRAM (при той же ёмкости и габаритах).

12. Системная шина и локальная шина

Компьютерная шимна (от англ. computer bus, bidirectional universal switch -- двунаправленный универсальный коммутатор) -- в архитектуре компьютера подсистема, которая передаёт данные между функциональными блоками компьютера. Обычно шина управляется драйвером. В отличие от связи точка-точка, к шине можно подключить несколько устройств по одному набору проводников. Каждая шина определяет свой набор коннекторов (соединений) для физического подключения устройств, карт и кабелей.

Ранние компьютерные шины представляли собой параллельные электрические шины с несколькими подключениями, но сейчас данный термин используется для любых физических механизмов, предоставляющих такую же логическую функциональность, как параллельные компьютерные шины. Современные компьютерные шины используют как параллельные, так и последовательные соединения и могут иметь параллельные (multidrop) и цепные (daisy chain) топологии. В случае USB и некоторых других шин могут также использоваться хабы (концентраторы).

Первое поколение

Ранние компьютерные шины были группой проводников, подключающей компьютерную память и периферию к процессору. Почти всегда для памяти и периферии использовались разные шины, с разным способом доступа, задержками, протоколами.

Одним из первых усовершенствований стало использование прерываний. До их внедрения компьютеры выполняли операции ввода-вывода в цикле ожидания готовности периферийного устройства. Это было бесполезной тратой времени для программ, которые могли делать другие задачи. Также, если программа пыталась выполнить другие задачи, она могла проверить состояние устройства слишком поздно и потерять данные. Поэтому инженеры дали возможность периферии прерывать процессор. Прерывания имели приоритет, так как процессор может выполнять только код для одного прерывания в один момент времени, а также некоторые устройства требовали меньших задержек, чем другие.

Некоторое время спустя, компьютеры стали распределять память между процессорами. На них доступ к шине также получил приоритеты.

Классический и простой способ обеспечить приоритеты прерываний или доступа к шине заключался в цепном подключении устройств.

DEC отмечала, что две разные шины могут быть излишними и дорогими для малых, серийных компьютеров и предложила отображать периферийные устройства на шину памяти, так, что они выглядели как области памяти. В то время это было очень смелым решением, и критики предсказывали ему провал.

Первые миникомпьютерные шины представляли пассивные объединительные платы, подключенные к контактам микропроцессора. Память и другие устройства подключались к шине с использованием тех же контактов адреса и данных, что и процессор. Все контакты были подключены параллельно. В некоторых случаях, например в IBM PC, необходимы дополнительные инструкции процессора для генерации сигналов, чтобы шина была настоящей шиной ввода-вывода.

Во многих микроконтроллерах и встраиваемых системах шины ввода-вывода до сих пор не существует. Процесс передачи контролируется ЦПУ, который в большинстве случаев читает и пишет информацию в устройства, так, как будто они являются блоками памяти. Все устройства используют общий источник тактового сигнала. Периферия может запросить обработку информации путём подачи сигналов на специальные контакты ЦПУ, используя какие-либо формы прерываний. Например, контроллер жёсткого диска уведомит процессор о готовности новой порции данных для чтения, после чего процессор должен считать их из области памяти, соответствующей контроллеру. Почти все ранние компьютеры были построены по таким принципам, начиная от Altair с шиной S-100 (англ.), заканчивая IBM PC в 1980_х.

Такие простые шины имели серьёзный недостаток для универсальных компьютеров. Всё оборудование на шине должно было передавать информацию на одной скорости и использовать один источник синхросигнала. Увеличение скорости процессора было непростым, так как требовало такого же ускорения всех устройств. Это часто приводило к ситуации, когда очень быстрым процессорам приходилось замедляться для возможности передачи информации некоторым устройствам. Хотя это допустимо для встраиваемых систем, данная проблема непозволительна для коммерческих компьютеров. Другая проблема состоит в том, что процессор требуется для любых операций, и когда он занят другими операциями, реальная пропускная способность шины может значительно страдать.

Такие компьютерные шины были сложны в настройке, при наличии широкого спектра оборудования. Например, каждая добавляемая карта расширения могла требовать установки множества переключателей для задания адреса памяти, адреса ввода-вывода, приоритетов и номеров прерываний.

Второе поколение

Компьютерные шины "второго поколения", например NuBus решали некоторые из вышеперечисленных проблем. Они обычно разделяли компьютер на две "части", процессор и память в одной и различные устройства в другой. Между частями устанавливался специальный контроллер шин (bus controller). Такая архитектура позволила увеличивать скорость процессора без влияния на шину, разгрузить процессор от задач управления шиной. При помощи контроллера устройства на шине могли взаимодействовать друг с другом без вмешательства центрального процессора. Новые шины имели лучшую производительность, но также требовали более сложных карт расширения. Проблемы скорости часто решались увеличением разрядности шины данных, с 8-ми битных шин первого поколения до 16 или 32-х битных шин во втором поколении. Также появилась программная настройка устройств для упрощения подключения новых устройств, ныне стандартизованная как Plug-n-play. Однако новые шины, так же как и предыдущее поколение, требовали одинаковых скоростей от устройств на одной шине. Процессор и память теперь были изолированы на собственной шине и их скорость росла быстрее, чем скорость периферийной шины. В результате, шины были слишком медленны для новых систем и машины страдали от нехватки данных. Один из примеров данной проблемы: видеокарты быстро совершенствовались, и им не хватало пропускной способности даже новых шин Peripheral Component Interconneсt (PCI). Компьютеры стали включать в себя Accelerated Graphics Port (AGP) только для работы с видеоадаптерами. В 2004 году AGP снова стало недостаточно быстрым для мощных видеокарт и AGP стал замещаться новой шиной PCI Express. Увеличивающееся число внешних устройств стало применять собственные шины. Когда были изобретены приводы дисков, они присоединялись к машине при помощи карты, подключаемой к шине. Из-за этого компьютеры имели много слотов расширения. Но в 1980_х и 1990_х были изобретены новые шины SCSI и IDE решившие эту проблему и оставив большую часть разъёмов расширения в новых системах пустыми. В наше время типичная машина поддерживает около пяти различных шин. Шины стали разделять на внутренние (local bus) и внешние (external bus). Первые разработаны для подключения внутренних устройств, таких как видеоадаптеры и звуковые платы, а вторые предназначались для подключения внешних устройств, например, сканеров. IDE является внешней шиной по своему предназначению, но почти всегда используется внутри компьютера.

Третье поколение

Шины "третьего поколения" в настоящее время^{[когда?]} находятся в процессе выхода на рынок, включая HyperTransport и InfiniBand. Они обычно позволяют использовать как большие скорости, необходимые для памяти, видеокарт и межпроцессорного взаимодействия, так и небольшие при работе с медленными устройствами, например, приводами дисков. Также они стремятся к большей гибкости в терминах физических подключений, позволяя использовать себя и как внутренние и как внешние шины, например для объединения компьютеров. Это приводит к сложным проблемам при удовлетворении различных требований, так что большая часть работ по данным шинам связана с программным обеспечением, а не с самой аппаратурой. В общем, шины третьего поколения больше похожи на компьютерные сети, чем на изначальные идеи шин, с большими накладными расходами, чем у ранних систем. Также они позволяют использовать шину нескольким устройствам одновременно. Современные интегральные схемы часто разрабатываются из заранее созданных частей. Разработаны шины (например Wishbone) для более простой интеграции различных частей интегральных схем.

13. Контроллеры

Программимруемый логимческий контромллер (ПЛК) (англ. Programmable Logic Controller, PLC) или программируемый контроллер -- электронная составляющая промышленного контроллера, специализированного (компьютеризированного) устройства, используемого для автоматизации технологических процессов. В качестве основного режима длительной работы ПЛК, зачастую в неблагоприятных условиях окружающей среды, выступает его автономное использование, без серьёзного обслуживания и практически без вмешательства человека. Иногда на ПЛК строятся системы числового программного управления станком (ЧПУ, англ. Computer numerical control, CNC). ПЛК являются устройствами реального времени.

В отличие от

микроконтроллера (однокристального компьютера), микросхемы предназначенной для управления электронными устройствами, областью применения ПЛК обычно являются автоматизированные процессы промышленного производства, в контексте производственного предприятия;

компьютеров, ПЛК ориентированы на работу с машинами и имеют развитый 'машинный' ввод-вывод сигналов датчиков и исполнительных механизмов в противовес возможностям компьютера, ориентированого на человека (клавиатура, мышь, монитор и т. п.);

встраиваемых систем - ПЛК изготавливается как самостоятельное изделие, отдельно от управляемого при его помощи оборудования.

Первые логические контроллеры появились в виде шкафов с набором соединённых между собой реле и контактов. Эта схема задавалась жёстко на этапе проектирования и не могла быть изменена далее. Первый в мире ПЛК -- MOdular DIgital CONtroller (Modicon) 084, имеющий память 4 кБ, произведен в 1968 году. В первых ПЛК, пришедших на замену обычным логическим контроллерам, логика соединений программировалась схемой соединений LD (Ladder logic Diagram). Устройство имело тот же принцип работы, но реле и контакты (кроме входных и выходных) были виртуальными, то есть существовали в виде программы, выполняемой микроконтроллером ПЛК. Современные ПЛК являются „свободно программируемыми". В системах управления технологическими объектами логические команды преобладают над числовыми операциями, что позволяет при сравнительной простоте микроконтроллера (шины шириной 8 или 16 бит), получить мощные системы действующие в режиме реального времени. В современных ПЛК числовые операции реализуются наравне с логическими. В то же время, в отличие от большинства процессоров компьютеров, в ПЛК обеспечивается доступ к отдельным битам памяти.

14. Порты

компьютер процессор плата шина

Аппаратный порт -- специализированный разъём в компьютере, предназначенный для подключения оборудования определённого типа. Обычно портами называют разъёмы, предназначенные для работы периферийного оборудования, существенно разделённого от архитектуры компьютера (например, сетевые разъёмы не называют портами, так же, как не называют портами разъёмы PCI/ISA/AGP/VLB/PCI-E-шин, разъёмы для оперативной памяти и процессора).

В протоколах TCP и UDP (семейства TCP/IP) порт -- идентифицируемый номером системный ресурс, выделяемый приложению, выполняемому на некотором сетевом хосте, для связи с приложениями, выполняемыми на других сетевых хостах (в том числе c другими приложениями на этом же хосте).

Для каждого из протоколов TCP и UDP стандарт определяет возможность одновременного выделения на хосте до 65536 уникальных портов, идентифицирующихся номерами от 0[1] до 65535. При передаче по сети номер порта в заголовке пакета используется (вместе с IP-адресом хоста) для адресации конкретного приложения (и конкретного, принадлежащего ему, сетевого соединения).

В обычной клиент-серверной модели приложение либо ожидает входящих данных (или запроса на соединение; "слушает порт"; роль сервера), либо посылает данные (или запрос на соединение) на известный порт, открытый приложением-сервером (роль клиента).

По умолчанию приложению выдается порт с произвольным (например, ближайшим свободным, большим 1024) номером. При необходимости приложение может запросить конкретный (предопределённый) номер порта. Так, веб-серверы обычно открывают для ожидания соединения предопределённый порт 80 протокола TCP.

Порт ввода/вывода (англ. I/O ports) -- схемотехническое решение, организующее интерфейс процессора и внешних устройств (памяти, устройств вводе-вывода и т.д).

Порты ввода/вывода создаются в системном оборудовании, которое циклически декодирует управляющие, адресные и контакты данных процессора. Затем порты настраиваются для обеспечения связи с периферийными устройствами ввода-вывода.

Одни порты используются для передачи данных (например приём данных от клавиатуры или чтение времени системных часов), другие -- для управления периферийными устройствами (команда чтения данных с диска), исходя из этого

Список литературы

- Скотт Мюллер. Upgrading and Repairing PCs. -- 17-е изд. -- М.: Вильямс, 2007

- Евгений Панкратов Операционная система MS-DOS 6.22: Справочное пособие. -- 2 изд.. -- М.: Познавательная книга плюс, 2002.

- Степаненко Олег Степанович Настройка персонального компьютера. Установки BIOS. Самоучитель. -- 2 изд.. -- М.: "Диалектика", 2007.

Размещено на Allbest.ru