Основные устройства системного блока ЭВМ 1
.pdfМинистерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования «Тульский государственный университет»
Институт прикладной математики и компьютерных наук Кафедра вычислительной техники
Курс «Архитектура вычислительных систем»
Лабораторная работа №2
Основные устройства системного блока ЭВМ
Тула 2015
Основные устройства системного блока ЭВМ
2.4.1. Корпус
2.4.2. Системная (материнская) плата
2.4.3. Микропроцессор
2.4.4. Запоминающие устройства
2.4.5. Интерфейсы сопряжения и платы расширения
2.4.1. Корпус
Системный блок является центральной частью ПК.
Системный блок – корпус, в котором находятся основные функциональные компоненты персонального компьютера. Корпуса обычно созданы из деталей на основе стали, алюминия и пластика, также иногда используются такие материалы, как дерево или органическое стекло.
В правой нижней части остова крепится опорная площадка под материнскую плату, На лицевой части остова крепится декоративная панель, на которой установлены съемные панели (рис. 2.13).
Вместо них можно смонтировать CD-ROM, винчестеры, кардридеры, привод для гибких магнитных дисков, также на передней панели установлены элементы управления, т. е. кнопка включения, кнопка сброса, ряд индикаторов – активности жесткого диска, питания, ждущего режима.
В современных корпусах на левой крышке расположены отверстия для дополнительного охлаждения процессора и установки дополнительного вентилятора.
С обратной стороны верхней части корпуса обычно располагается блок питания, преобразующий поступающий из сети переменный ток напряжением 220 В в постоянный +5, –5, +12, –12 В и предназначенный для питания устройств, расположенных в корпусе, а именно: материнской платы, дополнительных плат на материнской плате, CD-DVD приводов, дисководов, винчестеров, кардридеров (рис. 2.14–2.16).
Рис. 2.14. Внутреннее |
пространство Рис. 2.15. Блок питания Thermaltake |
корпуса Enermax CS718 |
W0134 TR2 550W ATX |
Рис. 2.16. Содержимое системного блока: 1 – вентилятор; 2 – блок питания; 3 – CD-ROM или DVD-ROM; 4
– жесткий диск; 5 – микропроцессор с установленным сверху кулером (вентилятором); 6 – системная (материнская) плата; 7 – порты (разъемы для подключения внешних устройств); 8 – разъемы на материнской плате с вставленными в них платами оперативной памяти; 9 – разъем для телефонной линии (в модем)
Опционально на передней панели могут быть расположены разъемы USB, аудиовход/выходы. Цвет декоративной панели и заглушек может быть разным. Но обычно используются неяркие цвета, за редким исключением. Корпус закрывается двумя крышками – левой и правой. Материнская плата монтируется на внутреннюю поверхность опорной пластины, на которой расположены специальные отверстия для крепления материнской платы. Обычно в комплекте к материнской плате прилагается специальная пластина, в которой имеются отверстия, повторяющие расположение разъемов на материнской плате. Данная пластина предназначена для придания завершенного вида задней стенке корпуса. На задней части корпуса, напротив возможного размещения разъемов материнской платы, в которой устанавливаются интерфейсные карты, имеются заглушки, которые удаляются при установке интерфейсных карт.
В системном блоке имеются вентиляторы (рис. 2.17), динамик, жесткий магнитный диск и дисководы для считывания/записи данных на дискеты и диски.
Основные электронные схемы в системном блоке размещены на системной плате (mother board). Здесь находятся микропроцессор, выполненный в виде большой микросхемы с индивидуальным вентилятором, тактовый генератор, микросхемы оперативной и постоянной памяти. На системной плате имеются специальные разъемы (зажимы), в которые вставляются дополнительные печатные платы – адаптеры внешних устройств (обеспечивающих обмен информацией между системным блоком и подключенным к нему внешним оборудованием) и модули дополнительной оперативной памяти [9].
а |
б |
Рис. 2.17. Вентиляторы системного блока Enermax CS718: а – вентилятор на задней стенке; б – вентилятор на передней стенке
2.4.2. Системная (материнская) плата
те инск л т – основная печатная плата компьютера, связывающая все его электронные компоненты и обеспечивающая их взаимодействие; на ней монтируется чипсет и прочие компоненты компьютерной системы.
Название происходит от английского motherboard, иногда используется сокращение MB или слово mainboard – главная плата.
На материнской плате, кроме чипсета, располагаются разъёмы для подключения центрального процессора, графической платы, звуковой платы, жёстких дисков, оперативной памяти и других дополнительных периферийных устройств (рис. 2.18).
Рис. 2.18. Материнская плата EPoX EP-9NPA7I
Разъемы для установки процессора (одного или нескольких) различны для разных процессоров Pentium III, Celeron, Pentium IV, AMD (рис. 2.19).
Микросхема BIOS (Basic Input Output System) – базовая система ввода-вывода, содержит ПО платы – драйвера низкого уровня для обслуживания основных устройств ввода-вывода, программу начального загрузчика, выполняющую функцию загрузки ОС с диска и программу POST (Power on Self Test), осуществляющую тестирование устройств ПК при включении питания. Раньше для микросхем BIOS использовалась нестираемая память, а теперь используется перезаписываемая память [1].
Все основные электронные схемы компьютера и необходимые дополнительные устройства включаются в материнскую плату или подключаются к ней с помощью слотов расширения. Наиболее важной частью материнской платы является чипсет.
Чи сет – это комплект микросхем системной логики, установленный на системной плате (motherboard), он состоит из 2 основных микросхем: северный и южный мост.
Севе ный мост (Northbridge) – МСН – контроллер-концентратор памяти (Memory Controller Hub),
обеспечивает взаимодействие центрального процессора (ЦП) с памятью и видеоадаптером (PCI Express). Северный мост определяет частоту системной шины, возможный тип оперативной памяти, её
максимальный объём и скорость обмена информацией с процессором. В новых чипсетах часто имеется интегрированная видеоподсистема. Контроллер памяти может быть интегрирован в процессор (например
Opteron, Nehalem, UltraSPARC T1).
Рис. 2.19. Разъём для подключения центрального процессора
Южный мост (Southbridge) – ICH – контроллер-концентратор ввода-вывода (I/О Controller Hub) – это микросхема, которая обеспечивает взаимодействие между центральным процессором и жёстким диском, картами PCI, PCI Express, интерфейсами IDE, SATA, USB и др. В отличие от северного моста, южный мост обычно не подключён напрямую к процессору (CPU).
Также иногда к чипсетам относят микросхему Super I/Q, которая подключается к южному мосту и отвечает за низкосортные порты RS232, LPT, PS/2.
Чипсет легко найти на материнской плате, обычно это две самые большие после процессора микросхемы. На них обязательно наносится маркировка, по которой можно узнать тип чипсета. Северный и южный мосты расположены на отдельных микросхемах.
Архитектуру чипсета можно представить в виде карты. Тогда процессор будет находиться наверху, как на севере. Он будет соединён с чипсетом через быстрый северный мост, а северный мост будет соединён с остальной частью чипсета через медленный южный мост.
Особенности материнской платы и то, какие устройства могут подключаться к ней, определяют северный и южный мосты.
Существуют материнские платы разных форматов (АТ, АТХ, LPX, NLX, Mini-, MicroATX, MicroNLX, Flex-ATX.
Основные характеристики материнских плат:
–модель чипсета;
–тип используемого процессора (зависит от разъёма для установки процессора);
–форм-фактор;
–число и тип разъемов для установки дочерних плат;
–возможность обновления BIOS.
Кл ссифик ци м те инских л т о фо м-ф кто у. Форм-фактор материнской платы – стандарт, определяющий размеры материнской платы для персонального компьютера, места её крепления к корпусу; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода/вывода, сокета центрального процессора (если он есть) и слотов для оперативной памяти, а также тип разъёма для подключения блока питания.
Форм-фактор (как и любые другие стандарты) носит рекомендательный характер. Спецификация форм-фактора определяет обязательные и опциональные компоненты. Однако подавляющее большинство производителей предпочитают соблюдать спецификацию, поскольку ценой соответствия существующим стандартам является совместимость материнской платы и стандартизированного оборудования (периферии, карт расширения) других производителей.
Устаревшими считаются: Baby-AT; Mini-ATX; полноразмерная плата АТ; LPX.
Современными считаются: АТХ; microATX; Flex-ATX; NLX; WTX; СЕВ.
Внедряемыми считаются: Mini-ITX и Nano-ITX; Pico-ITX; ВТХ, MicroBTX и PicoBTX.
Существуют материнские платы, не соответствующие никаким из существующих форм-факторов. Обычно это обусловлено либо тем, что производимый компьютер узкоспециализирован, либо желанием производителя материнской платы самостоятельно производить и периферийные устройства к ней, либо невозможностью использования стандартных компонентов (так называемый «бренд», например, Apple Computer, Commodore, Silicon Graphics, Hewlett Packard, Compag чаще других игнорировали стандарты;
кроме того, в нынешнем виде распределённый рынок производства сформировался только к 1987 г., когда многие производители уже создали собственные платформы).
Наиболее известными производителями материнских плат на российском рынке в настоящее время являются фирмы Asus, Gigabyte, Intel, Elitegroup, MS. Ранее большой известностью пользовались платы фирм Abit и Epox, но в настоящее время доля их на российском рынке невелика. Из российских производителей материнских плат можно упомянуть только компанию Формоза, которая производила платы, используя компоненты фирм Lucky Star и Albatron.
2.4.3. Микропроцессор
ик о оцессо – процессор, реализованный в виде одной микросхемы или комплекта из нескольких специализированных микросхем (в противоположность реализации процессора в виде электрической схемы на элементной базе общего назначения или в виде программной модели, рис. 2.20).
Рис. 2.20. Микропроцессор AMD со штатным вентилятором
П оцессо – основная часть ЭВМ, обеспечивающая выполнение процедур обработки данных и взаимодействие всех устройств ЭВМ. Он имеет АЛУ, УУ, собственные запоминающие устройства (регистры, кэш-память).
Команды, закодированные в цифровом виде, хранятся в оперативной памяти наравне с данными. Для процессора оперативная память – это тысячи 8-разрядных ячеек, каждая из которых имеет свой номер, который называется адресом. Команды программы поочередно выбираются из оперативной памяти и поступают в устройство управления, которое расшифровывает команду и сообщает арифметикологическому устройству, из каких ячеек оперативной памяти взять данные, какие операции над ними выполнить и в какую ячейку памяти поместить результат вычисления [9].
Основные характеристики процессора.
●Разрядность процессора – число двоичных кодов, одновременно обрабатываемых при выполнении одной команды [1]. То есть информация внутри компьютера передается не сплошным потоком, а порциями – машинными словами. Машинным словом называется передаваемая за один такт работы компьютера группа двоичных кодов (группа логических единиц и нулей, которыми зашифровано какоелибо число или другой вид информации). Разрядность микропроцессора – это длина используемых им машинных слов [9].
●Производительность, тактовая частота. Производительность процессора определяется скоростью выполнения команд программы. Поскольку время исполнения разных команд существенно
варьируется, то для характеристики производительности процессора используют следующие показатели
[1]:
МИПС (MIPS – Mega Instruction Per Second) – миллион операций в секунду над целыми числами (числами с фиксированной запятой);
МФЛОПС (MFLOPS – Mega Floating Operations Per Second) – миллион операций в секунду над дробными числами (числами с плавающей запятой).
Тактовая частота – это количество циклов работы устройства за единицу времени (или частота периодического электрического сигнала, вырабатываемого специальной микросхемой, называемой генератором тактовых импульсов (тактовым генератором)). Указанный периодический сигнал используется для синхронизации работы всех устройств компьютера подобно тому, как многочисленные зубчатые колеса в механических часах работают синхронно колебаниям маятника.
Тактовая частота измеряется в мегагерцах (миллионах тактов в секунду).
●Система команд.
●Наличие и характеристики кэш-памяти.
●Параллельное исполнение команд.
●Технология изготовления процессоров.
Производительность массово выпускаемых в настоящее время процессоров для IBM PC примерно соответствует следующей схеме [1]:
Celeron < AMD Duron < Pentium III < AMD Atlon || Pentium IV.
Для различных процессоров, например, AMD и Intel, требуются разные материнские платы, поскольку устанавливаются на нее через разъемы разного типа.
2.4.4. Запоминающие устройства
Информация в ПК хранится в электронной памяти.
Запоминающие устройства ЭВМ – это совокупность устройств, обеспечивающих хранение и передачу данных (рис. 2.21). Основные операции, выполняемые запоминающими устройствами, – запись и считывание информации, в совокупности называются обращением к памяти [1].
Наиболее важные характеристики запоминающих устройств:
–емкость (объем хранимой информации);
–быстродействие (время доступа к информации).