Перевод дробных чисел, произвольных.

Предположим, что правильную дробь X, представленную в системе счисления с основанием q, требуется перевести в систему счисления с основанием р. Перевод осуще- ствляем по следующему правилу. Исходное число умножаем на новое основание р. Получающаяся при этом целая часть произведения является первой искомой цифрой. Дробную часть произведения снова умножаем на основание р', це- лая часть нового произведения будет второй искомой циф- рой. Дробную часть снова умножаем на основание р и т. д.

Пример 2.7.:

 

 

Число цифр в числе, представленном в системе счис- ления с основанием р, определяется из условия, что точность числа в этой системе должна соответствовать точности числа в системе счисления с основанием q.

Перевод двоичной дроби в десятичную можно осуществить сложением всех цифр со степенями 2, соответствующими позициям разрядов исходной двоичной дроби, в которых цифры равны 1.

Перевод произвольных чисел. Числа, имеющие целую и дробную часть, переводятся в два этапа: вначале целая часть числа, а затем дробная.

Тема 3. Электронные и логические основы ЭВМ.

1) Аналоговые и цифровые сигналы. Разновидности и характе- ристики.

 Ри- сунок 1 Временные диаграммы потенци- ального (а) и импульсного (б) сигналов

Двоичное число или закодирован- ное управляющее слово в ЭВМ пред- ставляется набором цифр (1 и 0). В цифровых устройствах коды пред- ставляются в виде двух различных уровней напряжения или тока или в виде импульсов. Один уровень или наличие импульса обозначает 1; другой уровень или отсутствие им- пульса — 0.

0 и 1 могут отличаться также направлением или импульсами противоположного знака. В схемах ЭВМ переменные и соответствующие им сигналы изменяются не непре-

рывно, а лишь в дискретные моменты времени t=0,1,2, ...

t, ... Временной интервал между двумя соседними момен- тами дискретного времени называется тактом или периодом представления информации. Дискретное время можно представить совокупностью пронумерованных точек на оси времени, соответствующих последовательным тактовым мо- ментам. Временные интервалы между периодами представле- ния информации могут быть произвольными.

Практически во всех случаях ЭВМ содержат специальный блок, вырабатывающий тактовые синхронизирующие импульсы (СИ), отмечающие моменты дискретного времени.

В цифровых вычислительных устройствах применяют потен- циальный и импульсный способы представления информации. При потенциальном способе представления информации (рис. 1, а) 0 и 1 соответствуют низкое Us и высокое Ui напряжения в определенной точке схемы машины (потенци- альный код).

При импульсном способе представления информа- ции (рис. 1, б) 1 и 0 соответствуют наличие и отсут- ствие электрического импульса в определенной точке схе- мы (импульсный код).

Схемы ЭВМ в соответствии с типом используемых сигналов для представления информации принято делить на им- пульсные, потенциальные, импульсно-потенциальные. В первых схемах используются только импульсные сигналы, во вторых, — только потенциальные, а в третьих, — и те и другие.

Для представления и передачи двоичных машинных слов, код которых содержит несколько двоичных разрядов, при- меняют последовательный и параллельный способы (после- довательный и параллельный коды).

При последовательном способе каждый временной такт исполь- зуется для отображения одного разряда слова, все разряды кото- рого передаются по каналу после- довательно, и фиксируются одним и тем же элементом. Номер разря- да определяется номером такта,

который отсчитывается от некото-

рого нулевого положения, совпа- дающего с началом слова. Таким образом, двоичный код слова

Рисунок 2Последовательные им- пульсный (а) и потенциальный (б) коды

представляется в виде некоторой временной последова- тельности потенциальных или импульсных сигналов, соот- ветствующих значениям цифр в разрядах слов. На рис. 2 показаны примеры последовательного импульсного (рис. 2, а) и последовательного потенциального кодов (рис. 2, б), появляющихся в дискретные моменты времени одновре- менно с синхроимпульсами (СИ).

При параллельном способе все разряды двоичного кода слова передаются в одном временном такте, фиксируются отдельными элементами и проходят через отдельные кана- лы, каждый из которых служит для представления и пере- дачи только одного разряда слова. При этом код слова развертывается не во времени, а в пространстве, так как значения цифр всех разрядов слова передаются по нескольким электрическим цепям одновременно (количество цепей равно числу разрядов). В один и тот же дискретный момент времени во всех цепях возникают сигналы в соот- ветствии со значениями цифр разрядов передаваемого сло- ва.

Устройства вычислительной техники в зависимости от при-

меняемого кода называются устройствами последовательно- го или параллельного действия.

Для достижения высокого быстродействия основные устрой- ства современных ЭВМ строятся параллельными. Однако они требуют большего количества аппаратуры, чем устройства последовательного действия, так как при параллельном коде надо иметь столько шин, а также запоминающих и преобразующих элементов, сколько разрядов в слове.

Поэтому в некоторых устройствах применяют пос- ледовательно-параллельный код, при котором слова разби- ваются на «слоги». «Слоги» передаются, а иногда и обра-

батываются последовательно. При этом каждый «слог» представляется параллельным кодом.

2) Алгебра логики. Логические элементы (И, НЕ, ИЛИ).

Для математического описания работы вычислительных устройств, синтеза и анализа схем широко используется алгебра логики. В основе решения логических задач лежит несколько основных логических операций, применяемых в алгебре логики. Алгебра логики — определенная часть ма- тематической логики, часто называемая исчислением вы- сказываний.

Под высказыванием понимается всякое предложение, в котором содержится смысл утверждения (истинности) или отрицания (ложности). Одно и то же высказывание не мо- жет быть одновременно истинным и ложным или не истинным и не ложным. Отдельные высказывания можно обозначить заглавными буквами латинского алфавита А, В, С,... .

Если высказывание (суждение) истинно, то, например, А=1. Если С=0, то высказывание С ложно.

Рассматриваются только два значения высказывания: истинное или ложное (1 или 0). Такое условие алгебры логики приводит к соответствию между логическими выска- зываниями в математической логике и двоичными цифрами в двоичной системе счисления, что позволяет описывать ра- боту схем и блоков машины и проводить их анализ и син- тез с помощью алгебры логики.

Основными логическими операциями являются логиче- ское отрицание, логическое умножение, логическое сложе- ние, сложение по модулю 2.

Логическоеотрицание (операция НЕ, инверсия).Пусть имеется неко- торое высказывание А. Отрицание этого высказывания обозначается ùА, которое принято читать: не А. Если вы- сказывание А истинно (А = 1), то высказывание ùА ложно (ùА=0). Если высказывание А ложно (А=0), то высказывание

ùА истинно (ùА=1). Таким образом, для логического отри- цания справедливо следующее правило: ù0=1; ù1=0.

Логическоеумножение (операция И, конъюнкция).Операцию логиче- ского умножения двух переменных А и В обозначают А/\В (принято читать: А и В). Высказывание А/\В истинно только в том случае, если А истинно (А=1) и В истинно (В=1), т.е. А/\В=1. Во всех остальных случаях это вы- сказывание ложно, т. е.А/\В=0. Следовательно, при логи- ческом умножении справедливо следующее правило: 0/\0=0; 0/\1=0; 1/\0=0; 1/\1=1. Правило логического умножения справедливо не только для двух сомножителей, но и для любого их количества, т. е. А/\В/\C/\D/\ ...

Логическоесложение (операция ИЛИ, дизъюнкция).Операцию логиче- ского сложения двух переменных А и В обозначают А\/В (принято читать: А или В). Высказывание А\/В истинно (А\/В=1) в том случае, если хотя бы одно из переменных А или В истинно (А=1 или В=1). Если же это условие не выполняется, то высказывание ложно (А\/В=0). Таким об- разом, при логическом сложении справедливо следующее правило: 0\/0=0; 0\/1=1; 1\/0=1; 1\/1=l. Правило логи- ческого сложения справедливо не только для двух слагае- мых, но и для любого их числа, т. е. A\/B\/C\/D\/ ....

Сложение помодулю 2 (ИЛИ исключающее).Операцию сложения двух переменных А и В по модулю 2 обозначают АÅВ. Вы- сказывание АÅВ истинно (AÅB=l) в том случае, если толь- ко одно из переменных А или В истинно (А=1, В=0 или А=0, В=1). Если же это условие не выполняется, то вы- сказывание ложно (АÅВ=0). Таким образом, сложение по модулю 2 выполняется по такому правилу: 0Å0=0, 0Å1=1; 1Å0=1; 1Å1=0.

На основе рассмотренных логических высказываний можно представить любое сложное высказывание, т. е. лю- бую логическую связь можно выразить посредством логиче- ских операций сложения, умножения и отрицания.

В алгебре логики существуют правила, с помощью ко- торых производятся преобразования формул.

Основные правила преобразования следующие:

 

Если подставить в эти выражения значения 0 и 1 для всех переменных, то можно убедиться в справедливости рассмотренных формул алгебры логики.

При разработке узлов ЭВМ смысл ложных или истинных высказываний A, B, C во внимание не принимается; аппа- рат алгебры логики используется для выполнения заданных логических преобразований. Например, арифметические преобразования (сложение, вычитание) задаются в виде совокупности логических преобразований над аргументами.

Единицы информации. Бит. Байт.

Последовательность, состоящая из определенного принято- го для данной ЭВМ числа байтов, называется словом. Для больших ЭВМ размер слова составляет четыре байта, для ПЭВМ - два байта. В качестве структурных элементов ин- формации различают также полуслово, двойное

слово и др.

Битв теории информации — количество информации, необ- ходимое для различения двух равновероятных сообщений.

 

А в вычислительной технике битомназывают наименьшую "порцию" памяти, необходимую для хранения одного из двух знаков "0" и "1", используемых для внутримашинного представления данных и команд.

Бит— слишком мелкая единица измерения. На практике чаще применяется более крупная единица — байт, равная восьми битам. Именно восемь битов требуется для того, чтобы закодировать любой из 256 символов алфавита кла- виатуры компьютера (256=28).

Широко используются также ещё более крупные производные единицы информации:

• 1 Килобайт(Кбайт) = 1024 байт = 210 байт,

• 1 Мегабайт(Мбайт) = 1024 Кбайт = 220 байт,

• 1 Гигабайт(Гбайт) = 1024 Мбайт = 230 байт. В последнее время в связи с увеличением объёмов обраба- тываемой информации входят в употребление такие произ- водные единицы, как:

Классификация ЭВМ.

Определение ЭВМ.

ЭВМ — комплекс технических и программных средств, объединенных общим управлением и предназначенных для переработки информации по заданному алгоритму.

Классификация.

Сообщения, являющиеся зафиксированной в некоторой материальной форме ин- формацией, могут быть непрерывными (аналоговыми) и дис- кретными (цифровыми).

В зависимости от вида обрабатываемой информации вы- числительные машины делятся на: аналоговые (АВМ), циф- ровые (общепринято ЭВМ), аналого-цифровые (АЦВМ).

По назначению различают ЭВМ общего назначения и специализированные. ЭВМ общего назначения обладают ши- рокими возможностями при решении задач, относящихся к различным отраслям науки, техники и народного хозяй- ства. Специализированные ЭВМ предназначаются для реше- ния определенного класса задач. Они могут быть счетны- ми, управляющими и информационными.

По производительности ЭВМ подразделяются на сверх- производительные ЭВМ (суперЭВМ), ЭВМ высокой производи- тельности, ЭВМ средней производительности, ЭВМ малой производительности.

 

Основные параметры ЭВМ.

К основным параметрам ЭВМ относятся производитель- ность, число разрядов машинного слова, емкость опера- тивной памяти (ОП), максимальная скорость передачи ин- формации между центральной частью ЭВМ (процессор (ПР) и ОП) и периферийными (внешними) устройствами, надеж- ность, габаритные размеры, потребляемая мощность.

В настоящее время производительность ЭВМ общего на- значения характеризуется упрощенно скоростью выполнения смеси команд (операций), выполняемых в единицу времени при решении широкого круга задач.

Число разрядов машинного слова определяет макси- мальное число разрядов машины, в которые записываются числовые или командные коды. Разрядность ЭВМ связана с точностью вычислений. Увеличение числа разрядов повыша- ет точность, но снижает производительность (при прочих равных условиях).

Емкость оперативной памяти характеризуется числом ячеек памяти, в которых могут храниться системные про- граммы, программы пользователей и обрабатываемые дан- ные.

Максимальная скорость передачи информации между центральной частью ЭВМ и периферийными устройствами оценивается количеством передаваемых слов в единицу времени.

Надежность ЭВМ определяется средним временем работы между отказами.

Габаритные размеры и потребляемая мощность ЭВМ, — наиболее важные параметры для специализированных ЭВМ. Развитие элементной базы ведет к снижению габаритных размеров и потребляемой мощности.

Модель ЭВМ.

Современные ЭВМ строятся по модульному принципу и могут иметь переменный состав оборудования, который обеспечивает пользователя наиболее целесообразным набо- ром внешних устройств.

Каждое устройство ЭВМ представляет собой автоном- ный, конструктивно законченный модуль с типовым сопря- жением.

Все устройства ЭВМ можно разделить на центральные и внешние (периферийные). Обобщенная структурная схема ЭВМ представлена на рис. 3.

 

 

Структурно компьютер состоит из функциональных бло- ков: тактового генератора, центрального процессора, устройств памяти, устройства ввода-вывода, периферийно- го оборудования, обеспечивающего общение человека с компьютером.

Характер действий и их последовательность определя- ются программой, представляющей собой совокупность ма- шинных операций, называемых командами. Все основные функциональные узлы компьютера связаны друг с другом шинами — физическими каналами передачи электрических сигналов в ЭВМ [для связи между устройствами].

Основной интерфейсной системой компьютера, обеспечиваю- щей сопряжение и связь всех его устройств между собой, является системная шина. Системная шина включает в себя:

• шину данных (ШД), содержащую провода и схемы со- пряжения для параллельной передачи всех разрядов число- вого кода (машинного слова) операнда;

• шину адреса (ША), включающую провода и схемы со- пряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;

• инструкций (управления)(ШИ), содержащую провода и схемы сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машины;

Системная шина персонального компьютера обеспечивает три направления передачи информации:

1) между процессором и основной памятью;

2) между процессором и портами ввода-вывода внешних устройств;

3) между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти — DMA).

Все блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через со- ответствующие унифицированные разъемы подключаются к шине единообразно: непосредственно или через кон-

22

троллеры (адаптеры). Управление системной шиной осуще- ствляется процессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему — контроллер шины, формирующий основные сигналы управления.

Оперативная(основная) память (ОП) предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

ПЗУслужит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации, позволяет опера- тивно только считывать хранящуюся в нем информацию (из- менить информацию в ПЗУ нельзя).

ОЗУпредназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосред- ственно участвующей в информационно-вычислительном про- цессе, выполняемом ПК в текущий период времени. Главны- ми достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке). В качестве недостатка ОЗУ следует отметить невозможность сохранения информации в ней после выключения питания машины (энергозависимость).

Руководит работой компьютера центральный процессор, в состав которого входит устройство управления работой компьютера, регистр инструкций, арифметико-логическое устройство, адресный регистр, программный счетчик. Ра- бота центрального процессора самым тесным образом свя- зана с устройством оперативной памяти, в котором хра- нится вся исходная, промежуточная и окончательная ин- формация, полученная в результате обработки.

Центральный процессор (ЦП) — мозг компьютера. Он вы- полняет команды, записывает информацию в память и счи- тывает ее оттуда, осуществляет доступ к внешним устрой- ствам. Через ЦП проходит почти (см. DMA) вся информа- ция, обрабатываемая компьютером. Производительность ЦП во многом зависит от способности процессора работать с высокой тактовой частотой (качество микропроцессора), но не от тактового генератора, от пропускной способно- сти шины передачи данных, от набора команд и других факторов.

В оперативной памяти компьютера хранятся комплекс руководящих команд, называемых операционной системой, а также необходимые для выполнения операций прикладные программы. Каждая команда находится в памяти компьютера по определенному адресу, который указывается программ- ным счетчиком. Регистр команд процессора содержит ис-

полняемую в данный момент команду. Действия над числами производит арифметико-логическое устройство (АЛУ).

Так как, основные устройства компьютера (процессор, шины, память) делаются параллельными, то возникает необходимость в синхронизации — такте. Генератор такто- вых импульсов генерирует последовательность электриче- ских импульсов; частота генерируемых импульсов опреде- ляет тактовую частоту машины.

Промежуток времени между соседними импульсами опре- деляет время одного такта работы машины или просто такт работы машины.

Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая опе- рация в машине выполняется за определенное количество тактов. Центральный процессор использует такт для дос- тупа к ячейкам памяти и периферийным устройствам, вы- полнения любых команд. Чем выше тактовая частота, тем быстрее ЦП выполняет элементарные операции и тем бы- стрее работает компьютер вообще.

Устройство ввода-выводаобеспечивает обмен данными между оперативной памятью ЭВМ и внешними устройствами.

Система долговременной памяти(внешняя память) отно- сится к внешним устройствам ПК и используется для дол- говременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач. Внешняя па- мять содержит разнообразные виды запоминающих устройств, но наиболее распространенными, имеющимися практически на любом компьютере, являются накопители на жестких (НЖМД) и гибких (НГМД) магнитных дисках.

Назначение этих накопителей — хранение больших объемов информации, запись и выдача хранимой информации по запросу в оперативное запоминающее устройство. Раз- личаются НЖМД и НГМД лишь конструктивно, объемами хра- нимой информации и временем поиска, записи и считывания информации.

Блок питания обеспечивает ЭВМ электроэнергией с за- данными показателями (значениями напряжений, частот, мощности).

Внешние устройства (ВУ). Это важнейшая составная часть любого вычислительного комплекса. Достаточно ска- зать, что по стоимости ВУ иногда составляют 50 - 80% всего ПК. От состава и характеристик ВУ во многом зави- сят возможность и эффективность применения ПК в систе- мах управления и в народном хозяйстве в целом.

ВУ ПК обеспечивают взаимодействие машины с окружаю- щей средой: пользователями, объектами управления и дру- гими ЭВМ. Внешние устройства весьма разнообразны и мо-

гут быть классифицированы по ряду признаков. Так, по назначению можно выделить следующие виды ВУ:

o внешние запоминающие устройства (ВЗУ) или внешняя память ПК;

o диалоговые средства пользователя;

o устройства ввода информации;

o устройства вывода информации;

o средства связи и телекоммуникации.

Состав и структура современных ПК.

Большинство современных персональных компьютеров состоит из следующих частей: корпус с блоком питания, материнская плата, процессор, оперативная память, ви- деокарта, 3.5” дисковод, жесткий диск, клавиатура, мо- нитор, «мышь», CD-ROM, звуковая карта, аудиосистема.

1)Корпус. Форм-фактор.

Корпус. Desktop, tower(mini-, midi-, full-). Состав- ляющие - передняя панель, БП, стойки, PC speaker.Форм- фактор: AT, ATX.

Основными характеристиками корпуса являются:

¾ форм-фактор;

¾ тип используемого блока питания (AT, ATX);

¾ количество и типы внешних и внутренних отсеков для устройств внешней памяти.

Основное назначение корпуса, кроме того, что он служит для сбора компонентов в единое целое, — это ограничение электромагнитных излучений (RFI — радиочастотные поме- хи), возникающих в результате работы электрических це- пей компьютера. Другой особенностью любых электрических цепей является выделение тепла. Корпус позволяет орга- низовать эффективное охлаждение компонентов компьютера. Типовой БП включается в сеть трехпроводным шнуром пита- ния с вилкой, имеющей заземляющий контакт. Заземляющий провод соединен с корпусом устройства и его «схемной землей». Питающие провода проходят через высокочастот- ный фильтр, подавляющий импульсные помехи, емкость кон- денсаторов       фильтра пропорциональна мощности устрой- ства.

Конструкция БП.

БП компьютера обычно имеет стандартный конструктив и набор проводов с разъемами питания системной платы и периферийных устройств.

Мощность блока питания зависит от состава внутренних устройств и лежит в диапазоне от 100-150 Вт до 350—500 Вт для современных ПК. Блок вырабатывает основное ста- билизированное напряжение +5 В при токе до 10—50 А; +12 В при токе 3.5—15 А для питания двигателей устройств и интерфейсных цепей; -12 В при 0.3—1 А для питания ин- терфейсных цепей; -5 В при 0.3-0.5 А только для соблю- дения стандарта ISA-Bus (не используется).

Уровни напряжений +12 В,-12В,- 5В пропорциональны на- грузке цепи +5 В; многие блоки не запускаются без на- грузки.

Безопасность БП.

Сигнал P.G. (Power Good) — питание в норме. Напряжение в 3—6 В вырабатывается через 0.1 — 0.5 с после включе- ния питания при нормальных выходных напряжениях блока. При отсутствии этого сигнала на системной плате выраба- тывается сигнал аппаратного сброса процессора, появле- ние сигнала «выпускает» систему в нормальную работу.

Все разъемы питания имеют ключи, исключающие возмож- ность неправильного соединения.

Вентилятор блока питается от цепи +12В и обеспечивает охлаждение всего системного блока. В современных каче- ственных блоках питания скорость вентилятора пропорцио- нальна температуре, что снижает шум при нормальной тем- пературе окружающего воздуха.

Системная (материнская) плата.

Сердцем любой компьютерной системы является печатная плата с главным процессором и поддерживающими его ми- кросхемами.

Если плата содержит всю схему компьютера, то такой компьютер называется одноплатным. Гораздо чаще, цен- тральная плата (называемая материнской) реализует схему минимальной конфигурации. Остальные функции реализуются с помощью плат расширения (дочерние платы).

Как правило, на современных материнских платах устанав- ливаются: собственно чипсет, гнездо (сокет) для процес- сора, слоты для установки плат оперативной памяти, ми- кросхема ROM BIOS, микросхема контроллера клавиатуры.

Chip Set

 

ChipSet- это набор или одна микросхема, на которую, и возлагается основная нагрузка по обеспечению централь- ного процессора данными и командами, а также, по управ- лению пререферией как то видео карты, звуковая система, оперативная память, дисковые накопители и различные порты ввода/вывода. Они содержат в себе контроллеры прерываний прямого доступа к памяти, обычно в одну из микросхем набора входят также часы реального времени с CMOS-памятью и иногда - клавиатурный контроллер. Однако эти блоки могут присутствовать и в виде отдельных чи- пов. В последних разработках в состав микросхем наборов для интегрированных плат стали включаться и контроллеры внешних устройств. Тип набора в основном определяет функциональные возможности платы: типы поддерживаемых процессоров, структура объем кэша, возможные сочетания типов и объемов модулей памяти, поддержка режимов энер- госбережения, возможность программной настройки пара- метров и т.п. На одном и том же наборе может выпускать-

ся несколько моделей системных плат, от простейших до довольно сложных с интегрированными контроллерами пор- тов, дисков, видео и т.д.

 

 

 

Шины расширений:

Классические шины расширений: MCA, ISA, EISA

ISA(Industry Standard Architecture - архитектура про- мышленного стандарта) - основная шина на компьютерах типа PC AT (другое название - AT-Bus), разрядность - 16/24 (16 Мб), тактовая частота - 8 МГц, предельная пропускная способность - 5.55 Мб/с. Разделение IRQ не- возможно(т.е. на каждый слот заведены все каналы IRQ). Конструктив - 62-контактный разъем XT-Bus с прилегающим к нему 36-контактным разъемом расширения.

 

EISA(Enhanced ISA - расширенная ISA) - функциональное и конструктивное расширение ISA. Внешне разъемы имеют такой же вид, как и ISA, и в них могут вставляться пла- ты ISA, но в глубине разъема находятся дополнительные ряды контактов EISA, а платы EISA имеют более высокую ножевую часть разъема с двумя рядами контактов располо- женных в шахматном порядке одни чуть выше, другие чуть ниже. Разрядность - 32/32, работает также на частоте 8 МГц. Предельная пропускная способность - 32 Мб/с.

Предусмотрена возможно разделение каналов IRQ и DMA.

Локальные шины

Современные вычислительные системы характеризуются:

¾ стремительным ростом быстродействия микропроцессоров (например, МП Pentium может выдавать данные со скоро- стью 528 Мбайт/с по 64-разрядной шине данных) и неко- торых внешних устройств (так, для отображения цифро- вого полноэкранного видео с высоким качеством необхо- дима пропускная способность 22 Мбайт/с);

¾ появлением программ, требующих выполнения большого количества интерфейсных операций (например, программы обработки графики в Windows, работа в среде multime- dia).

В этих условиях пропускной способности шин расширения, обслуживающих одновременно несколько устройств, ока- залось недостаточно. Разработчики интерфейсов пошли по пути создания локальных шин, подключаемых непо- средственно к шине МП, работающих на тактовой частоте МП (но не на внутренней рабочей его частоте) и обес- печивающих

 

Шина VLB (VESA Local Bus — локальная шина VESA) — раз- работана в 1992 г. (VESA — Video Electronics Stan- dards Association)

Шина VLB, по существу, является расширением внутренней шины МП для связи с видеоадаптером и реже с винчесте- ром, платами Multimedia, сетевым адаптером. Разряд- ность шины 32—64 бита. Реальная скорость передачи данных по VLB — 80 Мбайт/с (теоретически достижимая —

132 Мбайт/с). Недостатки шины:

¾ рассчитана на работу с МП 80386, 80486, не адаптиро- вана для процессоров Pentium, Pentium Pro, Power PC;

¾ жесткая зависимость от тактовой частоты МП (каждая шина VLB рассчитана только на конкретную частоту);

¾ малое количество подключаемых устройств: к шине VLB могут подключаться только четыре устройства;

¾ отсутствует арбитраж шины: могут быть конфликты между подключаемыми устройствами.

 

PCI(Peripheral Component Interconnect - соединение внешних компонент) -PCI является дальнейшим шагом в развитие VLB. Разрядность - 32/32 (расширенный вари- ант - 64/64), тактовая частота - до 33 МГц (PCI 2.1 - до 66 МГц), пропускная способность - до 132 Мб/с (264 Мб/с для 32/32 на 66 МГц и 528 Мб/с для 64/64 на 66 МГц). Сегментов может быть несколько, они соединяются друг с другом посредством мостов (bridge). Сегменты могут объединяться в различные топологии (дерево, звезда и т.п.). Самая популярная шина в настоящее время, используется также на других компьютерах.

Основные возможности шины следующие.

* Синхронный 32-х или 64-х разрядный обмен данными (правда, насколько мне известно, 64-разрядная шина в настоящее время используется только в Alpha-системах

и серверах на базе процессоров Intel Xeon, но, в принципе, за ней будущее). При этом для уменьшения числа контактов (и стоимости) используется мульти- плексирование, то есть адрес и данные передаются по одним и тем же линиям.

* Поддержка 5V и 3.3V логики. Разъемы для 5 и 3.3V плат различаются расположением ключей

Теоретическая пропускная способность 132 Мбайт/с, а в 64-битовом варианте — 263 Мбайт/с (реальная вдвое ниже).

Шина РСI хотя и является локальной, выполняет и многие функции шины расширения, в частности, шины расширения ISA, EISA, МСА (а она совместима с ними) при наличии шины РСI подключаются не непосредственно к МП (как это имеет место при использовании шины VLB), а к самой шине РСI (через интерфейс расширения).

AGP

Все хорошее когда-нибудь кончается. Обидно - но истин- но. Сколько писали про то, что шина PCI наконец-то устранила "узкое место" РС - обмен с видеокартами - но не тут-то было! Прогресс, как известно, не стоит на месте. Появление разных там 3D ускорителей привело к тому, что ребром встал вопрос: что делать? Либо увеличивать количество дорогой памяти непосредственно на видеокарте, либо хранить часть информации в деше- вой системной памяти, но при этом каким-нибудь об- разом организовать к ней быстрый доступ.

 

Как это практически всегда бывает в компьютерной инду- стрии, вопрос решен не был. Казалось бы, вот вам про- стейшее решение: переходите на 66-мегагерцовую 64- разрядную шину PCI с огромной пропускной способно- стью, так нет же. Intel на базе того же стандарта PCI R2.1 разрабатывает новую шину - AGP (R1.0, затем 2.0), которая отличается от своего "родителя" в сле- дующем:

 

1. шина способна передавать два блока данных за один 66 MHz цикл (AGP 2x);

 

2. устранена мультиплексированность линий адреса и данных (напомню, что в PCI для удешевления конструкции адрес и данные передавались по одним и тем же линиям);

3. дальнейшая конвейеризация операций чтения/записи, по мне- нию разработчиков, позволяет устранить влияние задержек в модулях памяти на скорость выполнения этих операций.

 

В результате пропускная способность шины была оценена в 500 МВ/сек, и предназначалась она для того, чтобы видеокарты хранили текстуры в системной памяти, соответственно имели меньше памяти на плате, и, соответственно, дешевели.

 

 

Парадокс в том, что видеокарты все-таки предпочитают иметь БОЛЬШЕ памяти, и ПОЧТИ НИКТО не хранит текстуры в системной памяти, поскольку текстур такого объема пока (подчеркиваю - пока) практически нет. При этом в силу удешевления памяти вообще, карты особенно и не дорожают. Однако практически все считают, что будущее - за AGP, а бурное развитие мультимедиа-приложений (в особенности - игр) может скоро привести к тому, что текстуры перестанут влезать и в си- стемную память. Поэтому имеет смысл, особо не вдаваясь в технические подробности, рассказать, как же это все работа- ет.

 

Типы разъемов оперативной памяти

На данный момент существует также несколько типов разъемов для установки оперативной памяти. Такие как: SIMM, DIMM, RIMM

Разъемы для подключения внешних устройств

USB(Universal Serial Bus - универсальная последовательная ма- гистраль) -Один из современных интерфейсов для подключения внешних устройств. Предусматривает подключение до 127 внеш- них устройств к одному USB-каналу, принципиально сделан по принципу общей шины, реализации обычно имеют по два канала на контроллер. Обмен по интерфейсу - пакетный, скорость об- мена до 12 Мбит/с.

 

LPTпорт- первоначально был предназначен для подключения к нему принтера, но в дальнейшем появился ряд устройств способных работать через LPT порт (сканеры, Zip приводы и т.д.). LPT порт конструктивно представляет из себя парал- лельный восьми разрядный порт плюс 4 разряда состояния.

 

COMпорт - последовательный порт. Скорость обмена до 115kбит/с. Возможно подключения лишь одного устройства к порту. В основном используется для подключения манипулятора мышь или модема. Стандартно в материнскую плату встроено два последовательных порта.

 

PS/2 порты. Практически полный аналог COM порта. Служит для подключения клавиатуры или манипулятора мышь.

 

Разъемы для подключения дисковых устройств

FDD(Floppy Disk Drivers- Накопитель на Гибких Магнитных Дис- ках) Конструктивно представляет из себя 12х2 контактный игольчатый разъем с возможностью подключения двух дисково- дов. Устройство подключенное к перевитому шлейфу будет дис- ком A:, к прямому B:. Реализовано одновременное обращение только к одному устройству.

 

HDD(Hard Disk Drivers- Накопитель на Жестких Магнитных Дисках) Конструктивно может быть выполнен в нескольких вариантах: IDE, SCSI

 

IDE- Более дешевый и в настоящее время самый распространенный интерфейс. Конструктивно представляет из себя 2х20 контакт- ный игольчатый разъем. Стандартно контролер IDE имеет один такой разъем, к которому можно подключить до 2х дисковых устройств. Стандартно на материнской плате собраны 2а IDE контролера Primary и Secondary. Существуют также несколько протоколов обмена данными: UDMA/33 - 33MБ/сек и UDMA/66 - 66МБ/сек.

SCSI- Более дорогой и в настоящее время менее распространенный интерфейс. Один контролер может обслуживать от 1 до 32 устройств в зависимости от конструкции. Конструктивно раз- личаются два типа SCSI :

Контролер SCSI внешне представляет из себя плату расширения либо он встроен в материнскую плату и тогда мы можем видеть лишь 25х2 игольчатый разъем. Скорость обмена до 20МБ/с.

Контролер UWSCSI внешне тоже представляет из себя плату расши- рения или встроен в материнскую плату и тогда мы можем ви- деть 34х2 трапециидальный разъем плюс для поддержки SCSI 25x2 игольчатый разъем. Скорость обмена до 80МБ/с по каналу UWSCSI.

 

Serial ATA

===============

Разъемы процессоров

Тип разъемов Socket-ZIF (Zero Input Force- вставляй не прикла- дывая сил) конструктивно представляет пластиковый разъем с зажимающей защелкой, расположенной сбоку корпуса разъема, предназначенной для предотвращения самопроизвольное выпаде- ния процессора.

Тип разъема Slotконструктивно представляет пластиковый разъем с двумя рядами контактов, в него вставляются процессоры с ножевым разъемом. INTEL пошла на такое в связи с тем, что для удешевления стоимости процессора кэш был вынесен с кри- сталла и стал располагаться на плате процессора которая и имеет ножевой двух сторонний разъем.

 

Процессор.

Микропроцессор,иначе, центральный процессор — Central Pro- cessing Unit (CPU) — функционально законченное программно- управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших (БИС) или сверхбольших (СБИС) интегральных схем.

Для МП на БИС или СБИС характерны:

¾ простота производства (по единой технологии);

¾ низкая стоимость (при массовом производстве);

¾ малые габариты (пластина площадью несколько квадрат- ных сантиметров или кубик со стороной несколько мил- лиметров);

¾ высокая надежность;

¾ малое потребление энергии.

Микропроцессор выполняет следующие функции: чтение и дешифрацию команд из основной памяти; чтение данных из ОП и регистров адаптеров внешних устройств; прием и об-

работку запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ; обработку данных и их запись в ОП и регистры адап- теров ВУ; выработку управляющих сигналов для всех про- чих узлов и блоков ПК. Разрядность шины данных микро- процессора определяет разрядность ПК в целом; разряд- ность шины адреса МП — его адресное пространство.

Адресное пространство — это максимальное количество ячеек основной памяти, которое может быть непосред- ственно адресовано микропроцессором. Первый микропро- цессор был выпущен в 1971 г. фирмой Intel (США) — МП 4004. В настоящее время выпускается несколько сотен различных микропроцессоров, но наиболее популярными и распространенными являются микропроцессоры фирмы Intel и Intel-подобные. Все микропроцессоры можно разделить на три группы:

¾ МП типа CISC (Complex Instruction Set Computing) с полным набором команд;

¾ МП типа RISC (Reduced Instruction Set Computing) с сокращенным набором команд;

¾ МП типа MISC (Minimum Instruction Set Computing) с минимальным набором команд и весьма высоким быстро- действием (в настоящее время эти модели находятся в стадии разработки).

Микропроцессоры типа CISC

Большинство современных ПК типа IBM PC (International Business Machine) используют МП типа CISC.

Микропроцессоры 80486 DX и все последующие модели могут работать с умножением внутренней частоты Напри- мер, у МП DX2 внутренняя частота в 2 раза, а у МП DX4 — в 3 раза выше тактовой. С увеличенной частотой работают только внутренние схемы МП, все внешние по отношению к МП схемы, в том числе расположенные и на системной пла- те, работают с обычной частотой. Отметим некоторые ха- рактеристики МП:

¾ начиная с МП 80386 используется конвейерное выполне- ние команд — одновременное выполнение разных тактов последовательных команд в разных частях МП при непо- средственной передаче результатов из одной части МП в другую. Конвейерное выполнение команд увеличивает эф- фективное быстродействие ПК в 2-3 раза;

¾ начиная с МП 80286 предусматривается возможность ра- боты в вычислительной сети;

¾ начиная с МП 80286 имеется возможность многозадачной работы (многопрограм-мность) и сопутствующая ей защи- та памяти;

¾ начиная с МП 80386 обеспечивается поддержка режима системы виртуальных машин, т.е. такого режима много- задачной работы, при котором в одном МП моделируется как бы несколько компьютеров, работающих параллельно и имеющих разные операционные системы;

¾ начиная с МП 80286 микропроцессоры могут работать в двух режимах: реальном (Real mode) и защищенном (Pro- tected mode). В реальном режиме имитируется (эмулиру- ется) работа МП 8086, естественно, однозадачная. В защищенном режиме возможна многозадачная работа с не- посредственным доступом к расширенной памяти (см. подразд. 4.5) и с защитой памяти, отведенной задачам, от посторонних обращений.

Микропроцессоры Pentium, имеют пятиступенчатую кон- вейерную структуру, обеспечивающую многократное совме- щение тактов выполнения последовательных команд, и КЭШ- буфер для команд условной передачи управления, позволя- ющий предсказывать направление ветвления программ; по эффективному быстродействию они приближаются к RISC МП, выполняющим каждую команду как бы за один такт. Pentium имеют 32-разрядную адресную шину и 64-разрядную шину данных. Обмен данными с системой может выполняться со скоростью 1 Гбайт/с.

У всех МП Pentium имеется встроенная КЭШ-память, отдельно для команд, отдельно для данных; имеются спе- циализированные конвейерные аппаратные блоки сложения, умножения и деления, значительно ускоряющие выполнение операций с плавающей запятой.

Микропроцессоры Pentium Pro. В сентябре 1995 г. про- шли презентацию и выпущены МП 80686 (Р6), торговая мар- ка Pentium Pro. Благодаря новым схемотехническим реше- ниям они обеспечивают для ПК более высокую производи- тельность Часть этих новшеств может быть объединена по- нятием динамическое исполнение (dynamic execution), что в первую очередь означает наличие 14-ступенной супер- конвейерной структуры (superpipelining), предсказания ветвлений программы при условных передачах управления (branch prediction) и исполнение команд по предполагае- мому пути ветвления (speculative execution).

Примечание. В программах решения многих задач, особенно экономических, содержится большое число условных передач управле- ния. Если процессор может заранее пред- сказывать направление перехода (ветвле- ния), то производительность его работы значительно повысится за счет оптимизации загрузки вычислительных конвейеров. В

процессоре Pentium Pro вероятность пра- вильного предсказания 90 % против 80 % у МП Pentium.

КЭШ-память емкостью 256-512 Кбайт — обязательный атрибут высокопроизводительных систем на процессорах Pentium. Однако у них встроенная КЭШ-память имеет не- большую емкость (16 Кбайт), а основная ее часть нахо- дится вне процессора на материнской плате. Поэтому об- мен данными с ней происходит не на внутренней частоте МП, а на частоте тактового генератора, которая обычно в 2-3 раза ниже, что снижает общее быстродействие компью- тера. В МП Pentium Pro КЭШ-память емкостью 256-512 Кбайт находится в самом микропроцессоре.

Микропроцессоры OverDrive. Интерес представляют также недавно разработанные МП OverDrive, по существу являю- щиеся своеобразными сопроцессорами, обеспечивающими для МП 80486 режимы работы и эффективное быстродействие, характерные для МП Pentium. Появились МП OverDrive, улучшающие характеристики и микропроцессоров Pentium.

 

Микропроцессоры типа RISC

Микропроцессоры типа RISC содержат набор только про- стых, чаще всего встречающихся в программах команд. При необходимости выполнения более сложных команд в микро- процессоре производится их автоматическая сборка из простых. В этих МП на выполнение каждой простой команды за счет их наложения и параллельного выполнения тратит- ся 1 машинный такт (на выполнение даже самой короткой команды из системы CISC обычно тратится 4 такта). Неко- торые микропроцессоры типа RISC: один из первых МП — ARM (на его основе выпускались ПК IBM PC RT) — 32-раз- рядный МП, имеющий 118 различных команд. Современные RISC МП (80860, 80960, 80870, Power PC) являются 64-

разрядными при быстродействии до 150 млн. оп./с. Микро-

процессоры Power PC (Performance Optimized With En- hanced RISC PC) весьма перспективны и уже сейчас широко применяются в машинах-серверах и в ПК типа Macintosh.

Микропроцессоры типа RISC имеют очень высокое бы- стродействие, но программно не совместимы с CISC-про- цессорами: при выполнении программ, разработанных для ПК типа IBM PC, они могут лишь эмулировать (моделиро- вать, имитировать) МП типа CISC на программном уровне, что приводит к резкому уменьшению их эффективной произ- водительности.

Все новые МП создаются на основе технологий, обеспе- чивающих формирование элементов с линейным размером по- рядка 0,5 мкм (традиционные МП 80486 и Pentium-66 ис-

пользовали 0,8-мкм элементы). Уменьшение размеров эле- ментов обеспечивает возможность:

• увеличения тактовой частоты МП до 100 МГц и выше, поскольку тормозом в увеличении быстродействия уже яв- ляется недостаточная (!) скорость распространения "све- та" (300 000 км/с);

• уменьшения перегрева МП, позволяя использовать по- ниженное напряжение питания 3,3 В (вместо стандартных 5 В). Функционально МП состоит из двух частей:

• операционной, содержащей устройство управления, арифметико-логическое устройство и микропроцессорную память (за исключением нескольких адресных регистров);

• интерфейсной, содержащей адресные регистры МПП, блок регистров команд, схемы управления шиной и порта- ми.

Работают обе части параллельно, причем интерфейсная часть опережает операционную, так что выборка очередной команды из памяти (ее запись в блок регистров команд и предварительный анализ) производится во время выполне- ния операционной частью предыдущей команды. Современные микропроцессоры имеют несколько групп регистров в ми- кропроцессорной части, работающих с различной степенью опережения, что позволяет выполнять операции в конвей- ерном режиме. Такая организация МП дает возможность значительно повысить его эффективное быстродействие.

***************

Система классификации и именования процессоров

Intel

Pentium- самые первые процессоры семейства P5 появи- лись в далеком марте 1993-го. Тактовая частота была в пределах 75-200 МГц, а шина 50-66 МГц. Объем кэш памяти первого уровня 16Кб, причем впервые был применен раз- дельный кэш - 8 Кбайт на данные и 8 Кбайт на инструк- ции. Форм-фактор - Socket 5. Архитектура IA32, набор команд не менялся со времен i386.

 

Pentium w/MMX technology- следующим большим шагов стал выпуск P55, процессора в котором впервые был реализован новый набор из 57 команд MMX.

 

Pentium Pro- первый процессор шестого поколения. До- вольно революционный для своего времени. В нем впервые Intel решилась применить кэш память второго уровня,

объединенную в одном корпусе с ядром и оперирующую на частоте процессора.

 

Pentium II/III- семейство P6/6x86, впервые появился в мае 1997 года. Объединяет общим именем процессоры, предназначенные для разных сегментов рынка. Pentium II (Klamath, Deschutes, Katmai и др.) для массового рынка ПК среднего уровня, Celeron (Covington, Mendocino, Dixon и др.) - для недорогих low-end компьютеров, Xeon (Xeon, Tanner, Cascades и др.) для высокопроизводитель- ных серверов и рабочих станций. Имеет модификации для Slot 1, Slot 2, Socket 370, а также варианты в мобиль- ном исполнении. Ниже мы рассмотрим каждое семейство в отдельности.

 

Celeron- революционный в некотором смысле процессор, Intel наконец-то обратила внимание на массовый рынок недорогих компьютеров. В общем, это целое семейство недорогих процессоров как с кэшем второго уровня, так и без оного.

 

Coppermine - Pentium III, сделанный на базе 0.18 мкм техпроцесса, с интегрированными на чип 256 Кбайт кэша L2. Скорость - от 533 МГц и выше. Наряду с FSB133 вер- сиями продаются и FSB100 варианты (например, 667/650 МГц). Максимальная предполагаемая на сегодня скорость -

1 ГГц во второй половине 2000 года. Форм-фактор - Slot- 1.

 

Xeon - спустя несколько лет Intel решилась на выпуск замены Pentium Pro. Как и в его предшественнике, кэш память второго уровня здесь оперирует на частоте про- цессора.

 

Northwood - мобильный вариант Willamette. Предполагает- ся, что этот процессор станет для Intel пробной плат- формой при переходе к 0.13 мкм техпроцессу, как сегодня переходным этапом для 0.18 мкм послужил Coppermine.

Ожидаемый срок выхода - 2001 год.

 

Foster - серверный вариант Willamette. Предполагаемая частота системной шины - 400 МГц. Значительно увеличен- ный кэш L1 и L2. Тактовая частота - выше 1 ГГц. Предпо- лагаемый срок выхода - конец 2000-начало 2001 года.

Предполагаемый форм-фактор - Slot-M. Последний IA-32 процессор от Intel, своеобразное переходное звено к IA- 64, использующее ту же шину, что и McKinley.

Merced - первый процессор архитектуры IA-64, аппаратно совместим с архитектурой IA-32, будет включать трех- уровневую кэш память 2-4 Мбайт, включая память L0.

 

Itanium - торговая марка, под которой будет продаваться процессор с кодовым названием Merced.

 

AMD

 

K5 - первый процессор AMD, который всерьез предназна- чался для конкуренции с Pentium. Платформа - Socket 5. Подобно Cyrix 6x86, использовал PR-рейтинг, от 75 до

166 МГц.

K6 - начал поставляться с апреля 1997 года (это Model 6), на месяц раньше выхода Pentium II, производился на базе 0.35 мкм (позднее 233 MHz К6 производились с ис- пользованием 0.25 мкм процесса) технологического про- цесса. Процессор работал на частоте от 166 до 233 МГц

 

K6-2 - следующее поколение K6. Вышел в мае 98 года, основными усовершенствованиям относительно его предше- ственника стали поддержка дополнительного набора инструкций 3DNow! и частоты системной шины 100 МГц.

 

K7 (Athlon)- Первый проект AMD, в котором она была вы- нуждена отойти от прямого копирования архитектур Intel, и предложить рынку свой вариант платформы для PC. Про- цессор имеет непревзойденный для сегодняшних x86 про- цессоров объем кэша первого уровня - 128 Кбайт (по 64 Кбайт для инструкций и данных). Кэш L2 - 512 Кбайт, ра- ботающий на 1/2 или 2/5 частоты процессора.

 

Thunderbird - на ISSCC'2000 впервые был продемонстриро- ван рабочий Socket вариант Athlon - Thunderbird, рабо- тающий на частоте 1.1 ГГц.

 

Spitfire - сегодняшняя технология позволила производи- телям процессоров помещать на чип приемлемый объем кэша L2, чем они не замедлили воспользоваться. Spitfire - это дешевая потребительская Socket-A (Socket-462) вер- сия Athlon.

 

Mustang - серверный вариант Athlon. Кэш L2 объемом 1-2 Мбайт, интегрированный в чип. Процессор рассчитан на использование системной шины 266 МГц и DDR SDRAM памя- ти.

SledgeHammer - первый 64-бит процессор AMD. Или, по крайней мере, частично 64-бит. В отличие от Itanium, этот процессор будет ориентирован главным образом на 32-бит инструкции, нежели наоборот.

 

Cyrix

6x86 - или M1. Для оценки производительности использо- вался PR-рейтинг, когда производительность процессора сравнивается со скоростью процессора Pentium, на кото- рой ему пришлось бы работать для достижения той же производительности.

 

6x86MX (Позднее переименован в M-II) - несколько пере- работанный для большей производительности 6x86. Вчетве- ро увеличился кэш L1 - до 64 Кбайт (единый), увеличи- лась общая производительность процессора, добавился блок MMX, появилась поддержка раздельного питания.        Ис- пользовал частоту системной шины от 60 до 75 МГц. Ис- пользовал PR-рейтинг от 166 до 266 МГц. Процессоры 6х86MX делала и компания IBM.

 

VIA

 

Joshua - первым процессором VIA, намеченным к выпуску, стал приобретенный вместе с Cyrix их дизайн Gobi. Дета- ли см. в разделе Cyrix. Выпуск намечен на 22 февраля.

 

Samuel - ядро Winchip4, доставшееся VIA в наследство от Centaur, чип работает на частоте 500-700 МГц, скорее всего будет производиться National с использованием

0.18 мкм техпроцесса. Предположительно станет прямым конкурентов Timna - там также ожидаются встроенное гра- фическое ядро и северный мост. Этот процессор будет ис- пользовать SIMD набор 3DNow!, предполагаемый форм-фак- тор - Socket-370. Официальный выход процессора ожидает- ся во втором квартале наступающего года.

**********

 

Память.

Элементы памяти составляют основу внутреннего функциони- рования любой вычислительной системы, так как с их помо- щью данные хранятся и могут быть вновь прочитаны при дальнейшей обработке. Центральный процессор имеет непо- средственный доступ к данным, находящимся в оперативной

памяти (Random Access Memory - RAM - память с произволь- ным доступом). Оперативная память представляет собой бы- струю запоминающую среду компьютера.

Перед оперативной памятью поставлена задача, по требова- ния центрального процессора предоставлять необходимую информацию. Это означает, что данные в любой момент должны быть доступны для обработки. Элементы памяти яв- ляются “временными” запоминающими устройствами. Это свя- зано не только с подачей питания, но и со строением са- мих модулей памяти.

Буква D в названии DRAMобозначает динамический (Dynamic). Говоря об этом типе оперативной памяти, подразумевается микросхема с так называемым DIP-корпусом (Dual In-line Packade — корпус с 2-хрядным расположением выводов). Элементы DRAM в виде отдельных микросхем обыч- но устанавливаются на старых материнских платах. В на- стоящее время эти микросхемы используются в качестве со- ставных модулей памяти, таких как SIP и SIMM-модули.

SIP-модули представляют собой микросхемы с однорядным расположением выводов (Single In-line Packade). SIP-мо- дуль — это небольшая плата с установленными на ней сов- местимыми чипами DRAM. Такая плата имеет 30 выводов. Од- нако при установке и извлечении таких модулей тонкие ножки выводов часто ломались.

Модуль SIMM— по своим размерам соответствует SIP-моду- лю. Разница, прежде всего, в конструкции контактов, ко- торые находятся на одном краю платы. Обычно SIMM-модули оборудованы микросхемами памяти общей емкостью 8, 16 и

32 Мб.

В последнее время на многих современных компьютерах по- явились слоты для 168-контактных модулей памяти DIMM(Dual In-line Memory Modyle). Модули DIMM обладают вну- тренней архитектурой, схожей с 72-контактными модулями SIMM, но благодаря более широкой шине обеспечивают повы- шенную производительность подсистемы “Центральный про- цессор — оперативная память”.

ROM— энергонезависимая память с относительно долгой процедурой перезаписи. Используется для BIOS. Разновид- ности ROM:

¾ PROM — однократно программируемая память;

¾ EPROM — стираемая (ультрафиолетовым облучением) па- мять;

¾ EEPROM — электрически перезаписываемая память.

¾ Flash Memory — энергонезависимая память с расширенны- ми функциональными возможностями, многократная пе- резапись осуществляется прямо в устройстве; использу- ется для BIOS и электронных дисков. Кроме основной

энергонезависимой памяти имеет оперативно перезаписы- ваемый буфер того же размера для проверки и отладки содержимого. Перезапись из буфера в накопитель осуще- ствляется по специальной команде при наличии дополни- тельного питания +12 В.

VRAM— двухпортовая память для видеоадаптеров, обеспе- чивает доступ со стороны шины одновременно с чтением для регенерации изображения.

CMOSMemory (Complimetary Metal Oxide Semiconductor) — КМОП-память с минимальным энергопотреблением и невысо- ким быстродействием, используется с батарейным питанием для хранения параметров системы.

Кэш-память(Cache Memory) — сверхоперативная память, буфер между процессором и ОЗУ. Полностью прозрачен, программно не обнаруживается. Снижает общее количество тактов ожидания процессора при обращении к относительно медленной RAM.

Cache Level I(Internal, Integrated) — внутренний кэш процессоров 486+ и некоторых моделей 386.

Cache Level 2(External) — внешний кэш, установленный на системной плате. Использует микросхемы статической памяти SRAM(самые быстродействующие и дорогие) в DIP- корпусах, которые устанавливаются в панельки. Размер внешнего кэша от 64 Кбайт до 2 Мбайт. Кроме собственно банков памяти может устанавливаться дополнительная ми- кросхема памяти (Target Buffer), хранящая текущий спи- сок кэшированных блоков.

Алгоритмы кэширования определяют его эффективность:

- Write Through — сквозная запись.

- Write Back — обратная запись, более эффективный и сложный в реализации.

Режим кэша, соответствующий установленным микросхемам, задается в BIOS Setup.

Кэширование также применяется в дисковой подсистеме: аппаратное на контроллере (накопителе) или программное в виде буферов обычно в XMS-памяти.

Порты ввода-вывода

Среди системных ресурсов в архитектуре PC наиболее де- фицитными являются: линии IRQ, каналы DMA, адреса, они же порты, ввода-вывода (I/O ports) и так называемая

«обыкновенная» память (conventional memory).

Запросы аппаратных прерываний IRQ (Interrupt  ReQuests)

— это сигналы, с помощью которых устройство, осуще- ствляющее ввод-вывод данных (например, какой-либо контроллер), требует к себе внимания центрального про- цессора. Существование IRQ позволяет прерывать работу

процессора лишь при наличии такой необходимости со сто- роны устройства расширения. Без наличия IRQ процессор должен был бы сам регулярно опрашивать все устройства для выявления их активности, что приводило бы к большим тратам процессорного времени.

Передаются IRQ посредством контроллеров прерываний РIС (Programmable Interrupt Controller — программируемый контроллер прерываний 8 ног).

Каскадное «навешивание» 2-го контроллера позволяет ре- ально иметь не 16, а 15 линий прерываний; кроме того, оно расстраивает приоритетность в назначении IRQ. В ар- хитектуре PC, запросы IRQ с меньшими номерами обслужи- ваются раньше, нежели IRQ с большими номерами, а по- скольку вторичный контроллер подключен через IRQ 2, то его прерывания (IRQ 8 — IRQ 15) наследуют приоритет IRQ

2 и оказываются «старше» IRQ3 — IRQ 7 первичного РIС ! Поскольку некоторые устройства особенно чувствительны к приоритетности прерываний, присвоение IRQ разным устройствам, вообще говоря, не произвольно. По этим причинам подключение третьего (и так далее) РIС недопу- стимо, так как это может совершенно запутать архитекту- ру PC.

Кроме IRQ, некоторые платы расширения требуют возможно- сти прямого доступа к системной памяти — DMA (Direct Memory Access). Режим DMA позволяет устройству обмени- ваться данными с системной памятью напрямую, а не через центральный процессор, как это делается в режиме PIO (Programmable Input/Output — программный ввод/вывод). Возможность прямого доступа плат расширения к памяти в принципе делает систему более эффективной, но стандарт AT предусматривает только 7 каналов DMA (в IBM XT их было 4), что может служить еще одним источником кон- фликтов в системе.

Следующим дефицитным ресурсом PC-архитектуры являются

порты памяти для устройств ввода-вывода (не следует пу- тать их с физическими портами-соединителями, такими, как параллельный и последовательный!). Порты ввода-вы- вода — это некоторые зарезервированные группы адресов памяти, с их помощью центральный процессор находит устройство на системной шине и может осуществлять пра- вильную адресацию ввода-вывода данных. Архитектура Intel предусматривает для портов ввода-вывода специаль- ное, отдельное от основной памяти, адресное про- странство. Такая экономия была весьма разумна для той эпохи, когда вся системная память микрокомпьютера ис- числялась единицами килобайт. Но сейчас, когда объем RAM-памяти на системной плате достигает десятков  мега-

байт, старая схема накладывает серьезные ограничения на свободу распределения адресов ввода-вывода.

Всего для адресации устройств ввода-вывода предусмотре- но 16 адресных линий, что теоретически позволяет иметь

64 Кбайта адресного пространства для портов

Дисковая подсистема

Диски относятся к машинным носителям информации с пря- мым доступом. Понятие прямой доступ означает, что ПК может "обратиться" к дорожке, на которой начинается участок с искомой информацией или куда нужно записать новую информацию, непосредственно, где бы ни находилась головка записи/чтения накопителя. Накопители на дисках более разнообразны (табл. 4.6):

· накопители на гибких магнитных дисках (НГМД), ина- че, на флоппи-дисках или дискетах;

· накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД) типа "винчестер";

· накопители на сменных жестких магнитных дисках;

· накопители сверхвысокой плотности записи, иначе, VHD- накопители;

· накопители на оптических компакт-дисках CD-ROM (Com- pact Disk ROM);

· накопители на оптических дисках типа CD-R, CD-RW

· накопители на магнитооптических дисках (НМОД) и др.

Таблица 4.6. Сравнительные характеристики дисковых на- копителей

Тип на- копителя	Емкость, Мб	Время до- ступа, мс	Транс- фер,	Вид доступа
НГМД	1,2; 1,44	65 -100	150	Чтение/за- пись
Винче- стер	1000-18000	8-20	500-3000	Чтение/за- пись
Бернулли	20-230	20	500-2000	Чтение/за- пись
Flopti- cal	20,8	65	100-300	Чтение/за- пись
VHD	120-240	65	200-600	Чтение/за- пись
CD-ROM	250-1500	15-300	150-1500	Только чте- ние
CCWORM	120-1000	15-150	150-1500	Чтение/од- нократная запись
НМОД	128-1300	15-150	300-2000	Чтение/за- пись

Время доступа— средний временной интервал, в течение которого накопитель находит требуемые данные — пред- ставляет собой сумму времени для позиционирования голо- вок чтения/записи на нужную дорожку и ожидания нужного сектора. Трансфер— скорость передачи данных при после- довательном чтении.

Магнитные диски (МД) относятся к магнитным машинным но- сителям информации. В качестве запоминающей среды у них используются магнитные материалы со специальными свой- ствами (с прямоугольной петлей гистерезиса), позволяю- щими фиксировать два магнитных состояния — два направ- ления намагниченности. Каждому из этих состояний ста- вятся в соответствие двоичные цифры: 0 и 1. Накопители на МД (НМД) являются наиболее распространенными внешни- ми запоминающими устройствами в ПК. Диски бывают жесткими и гибкими, сменными и встроенными в ПК. Устройство для чтения и записи информации на магнитном диске называется дисководом.

Все диски: и магнитные, и оптические характеризуются своим диаметром или, иначе, форм-фактором. Наибольшее распространение получили диски с форм-факторами 3,5" (89 мм) и 5,25" (133 мм). Диски с форм-фактором 3,5" при меньших габаритах имеют большую емкость, меньшее время доступа и более высокую скорость чтения данных подряд (трансфер), более высокие надежность и долговеч- ность. Информация на МД записывается и считывается магнитными головками вдоль концентрических окружностей

Тут надо нарисовать структуру дискеты.

— дорожек (треков). Количество дорожек на МД и их ин- формационная емкость зависят от типа МД, конструкции накопителя на МД, качества магнитных головок и магнит- ного покрытия.

Каждая дорожка МД разбита на сектора. В одном секто- ре дорожки может быть помещено 128, 256, 512 или 1024 байт, но обычно 512 байт данных. Обмен данными между НМД и ОП осуществляется последовательно целым числом секторов.

Кластер — это минимальная единица размещения инфор- мации на диске, состоящая из одного или нескольких смежных секторов дорожки.

Данные на дисках хранятся в файлах, которые обычно отождествляют с участком (областью, полем) памяти на этих носителях информации. Файл— это именованная об- ласть внешней памяти, выделенная для хранения массива данный. Поле памяти создаваемому файлу выделяется крат-

ным определенному количеству кластеров. Кластеры, выде- ляемые одному файлу, могут находиться в любом свободном месте дисковой памяти и необязательно являются смежны- ми. Файлы, хранящиеся в разбросанных по диску кла- стерах, называются фрагментированными.

Дня пакетов магнитных дисков (диски установлены на одной оси) и для двухсторонних дисков вводится понятие "цилиндр". Цилиндром называется совокупность дорожек МД, находящихся на одинаковом расстоянии от его центра.

На гибком магнитном диске (дискете) магнитный слой на- носится на гибкую основу. Используемые в ПК ГМД имеют форм-фактор 5,25" и 3,5". Емкость ГМД колеблется в пре- делах от 180 Кбайт до 2,88 Мбайта. ГМД диаметром 5,25 дюйма помещается в плотный гибкий конверт, а диаметром 3,5 дюйма — в пластмассовую кассету для защиты от пыли и механических повреждений. Основные характеристики не- которых типов НГМД приведены в табл. 4.7.

Дискета диаметром 89 мм имеет более жесткую конструк- цию, более тщательно защищена от внешних воздействий, но в принципе имеет примерно те же конструктивные эле- менты. Режим запрета записи на этих дискетах устанавли- вается специальным переключателем, расположенным в од- ном из углов дискеты.

Каждую новую дискету в начале работы с ней следует отформатировать.

Форматированиедискеты — это создание структуры запи- си информации на ее поверхности: разметка дорожек, сек- торов, записи маркеров и другой служебной информации. Возможный вариант форматирования зависит от типа диске- ты (маркируемого на ее конверте):

SS/SD — односторонняя (Single Sides), одинарной плотно- сти (Single Density);

SS/DD — односторонняя, двойной плотности (Double Densi- ty);

DS/SD — двухсторонняя (Double Sides), одинарной плотно- сти;

 

Winchester — НЖМД.

Наименование устройства подчеркивает его отличие от гибкого диска. Гибкий диск имеет гибкую основу, в то время как в жестком магнитное покрытие наносится на жесткую основу. Часто НЖМД называют винчестерами из-за используемой ими технологии.

Технология.Основополагающий принцип этой технологии

— плавающая головка чтения-записи. головка плывет по воздуху наподобие крыла самолета. Вращающийся диск со-

здает воздушный поток, обладающий достаточной подъемной силой, чтобы удержать головку на расстоянии нескольких микрон от поверхности диска. Официально IBM считает что диск назван в честь винтовки Винчестера.

Механизм НЖМД. Механизм прост, он содержит меньше вращающихся частей чем электробритва. Оосновной элемент

— магазин металлических плоскостей с магнитным покрыти- ем надетый на 1 ось. Ось вращается. Большинство дисков использует моторы с сервоуправлением. Они самостоятель- но контролируют скорость используя оптические или маг- нитные сенсоры. Обычная скорость вращения 5200 об/мин что в 20 раз быстрее НГМД. Он вращается постоянно, в то время как гибкому диску требуется 0.5 - 1 сек для до- стижения постоянной скорости вращения.

Мультипликация поверхностей. Один из главных факто- ров, определяющих емкость жесткого диска — число ис- пользуемых поверхностей.

Материал.Обычно плоскости диска изготавливают из сплавов алюминия, которые легко обрабатывать с высокой точностью. На такую основу и наноситься магнитное по- крытие.

Магнитное покрытие. Первыми покрытиями были как и у аудиокассет — окиси железа, но эта технология имеет ма- лые значения принудительного поля и относительно большие линейные размеры. слегка неровная поверхность покрытия диктует расстояние между головкой и поверхно- стью. (окись измельчается и приклеивается), кроме того эти покрытия мягкие и разрушаются при падении головок.

Тонкопленочные покрытия. Это более современная тех- нология. Плоскости диска покрыты тончайшими пленками чистого металла или смеси металлов. Эти пленки получены точно также как хромируются бамперы автомобилей или пу- тем испарения. Частицы магнитного покрытия в этом слу- чае мельче, дорожки располагаются ближе. По отношению к окисловому покрытию оно действительно жесткое (в несколько раз прочнее). При падении на тонкопленочное покрытие головка просто отскакивает от них.

Головки чтения-записи. Еще одна движущаяся часть — головка. Каждой поверхности диска соответствует своя головка. Каждая из головок гибко присоединена к своей “руке” образуя парящую конструкцию.

Высотный эффект.Высота, на которой находится голов- ка — один из главных факторов определяющих его емкость. Магнитное поле уменьшает свое значение с увеличением расстояния.

Привод головки.Головка может перемещаться изменяя участки сканирования. Одно из самых больших ограничений

на пути увеличения плотности хранения информации — ме- ханическая часть, определяющая точность позиционирова- ния.

Типы приводов головок. (их 2). С открытой и закрытой петлей. Первое определение говорит о том, что обратная связь не используется, механизм перемещает головку и надеется, что она расположится в нужном месте. Этим 2 типам соответствуют 2 типа механизмов:

Ленточные шаговые приводы (шаговый мотор) и Сервого- лосовые приводы.

Уязвимость жесткого диска:диск имеет свои слабые сто- роны, например постоянное вращение увеличивает количе- ство потребляемой энергии.

Падение головок:толчок может привести к тому, что го- ловка упадет на покрытие, или же пыль или нестабильный воздушный поток приведут к изменению траектории голов- ки, падение может разрушить магнитное покрытие.

Зона посадки головок:диски наиболее уязвимы (к падению головок) в момент выключения питания. При пропадании питания диск плавно останавливается и головки плавно опускаются, но ... поэтому диски имеют определенную зону посадки, где информация не хранится, обычно это зона на границе участка хранения информации.

Парковка и фиксация головок:обычно требуется спец. ко- манда для переноса головок в зону посадки и удержания ее там на время остановки диска. Бывает автоматическая парковка.

Корпус диска:расстояние между головкой и поверхностью очень мало по сравнению с пылью, частицы пыли просто валуны в этом масштабе. Корпус не полностью герметичен, есть маленькое отверстие с фильтром для выравнивания давлений , значит теоретически внешняя пыль может по- пасть внутрь.

Формат диска:Дорожки, цилиндры, сектора.

Терминология и параметры

Capacity — емкость диска, Мбайт (Гбайт). Различия зна- чений емкости одного и того же диска, полученных из разных источников, обычно обусловлены неточностью в применении приставок кило-, мега-. гига-, тера-, кото- рые, кроме стандартного десятичного значения 103-105, могут иметь двоичные значения 210, 220,230

Average Seek Time— среднее время поиска, мс.

Access Time— время доступа (поиск цилиндра и сектора), мс.

Transfer Speed (XFER)— скорость передачи данных, Кбайт/с, Мбайт/с, иногда Мбит/с.

При использовании буферной памяти скорости передач на-

копитель—контроллер (определяется диском) и контроллер— система (определяется системной шиной) различны.

Структура жесткого диска

Физический диск может содержать до 4 разделов (Parti- tion). Информация о структуре диска хранится в Master Boot Record (MBR)— сектор 1 цилиндр 0 головка 0 — ко- торый загружается по адресу 0:7C00h и исполняется при попытке начальной загрузки с винчестера.

Первичный раздел DOS (Primary DOS Partition) содержит

1 логический диск. Расширенный раздел DOS (Extended DOS Partition) может быть разбит на произвольное количество логических дисков, их загрузчики никогда не исполняют- ся.

Конфигурирование диска— разбивка на разделы, выбор ак- тивного (только на первом физическом диске) раздела и создание логических дисков в расширенном DOS-разделе выполняется программой FDISK после LLF.

Форматирование верхнего уровня (логическое)— для DOS это создание Boot, FAT, Root и пометка в FAT дефектных (не прошедших верификацию) кластеров — выполняется ко- мандой FORMAT.

Для гибких дисков (поскольку отсутствует фаза конфигу- рирования) логическое форматирование может выполняться вместе с LLF.

Структура логического диска DOS Первый сектор диска — Boot Record — содержит описание структуры диска и про- грамму загрузки системы. Структура последующих секторов зависит от типа ОС. DOS-диски содержат: несколько копий FAT (File Allocation Table) — таблиц размещения файлов, корневой каталог (Root) и собственно область данных.

Диск, форматированный в MS-DOS имеет физическую структуру веденную на рис. 2.3.

Первая копияFAT Назначе- ние, структура и размер FAT рассмотрены далее.

Вторая копия FATиграет совершенно исключительную роль в поддержании це- лостности данных. Поэтому MS-DOS ведет две идентич- ные копии этой таблицы, что дает возможность при разрушении одной из копий "спасти" содержимое на диске, используя для до- ступа к файлам другую ко- пию.

Область данныхВсе остав- шееся после перечисленных

полей пространство доступно для размещения файлов. Пер- вым кластером области данных всегда является кластер 2. Это совершенно не означает, что все перечисленные ранее поля помещаются в два кластера. Просто два первых эле- мента таблицы FAT используются как индикаторы формата диска.

FAT

Для отслеживания свободного пространства на диске ве- дется спец. таблица - FAT. Единица измерения про- странства на диске - кластер - последовательность нескольких подряд идущих секторов. Число секторов в кластере зависит от формата диска. Например для диска 360К кластер - это 2 сектора. FAT используется для по- иска файла на диске, а также для выделения и высвобо- ждения элементов. В зависимости от формата бывает FAT12 и FAT16. Каждому кластеру диска соответствует один эле- мент FAT.

 

Методы повышения надежности хранения данных

Сохранение копии системных областей (Boot, Master Boot) на сменных носителях позволяет восстанавливать логиче- скую структуру диска. Дублирование FAT позволяет восстанавливать данные при физическом разрушении основ- ной копии.

RAID — массивы: распределенная одновременная избыточная запись и считывание данных на несколько физических на- копителей, позволяющая при считывании исправлять ошиб- ки; начиная с 5 накопителей возможна замена любого дис- ка без остановки обращения к данным. Mirroring является

Платы расширения. видеоадаптер звуковая плата сетевая плата SCSI-адатер   Клавиатура. Монитор. Устройства позиционирования.

частным случаем RAID.

 

 

Базовая система ввода-вывода (ROM-BIOS).

BIOS - базовая система ввода вывода хранящаяся в ПЗУ. Предназначена для изоляции ОС и прикладных программ от особенностей конкретной аппаратуры.

Flash BIOS хранится во флэш памяти, позволяющей обновлять BIOS перезаписью с дис- кеты.

BIOS — первая часть любой OC. Обеспечивает наиболее простые и универсальные услу- ги операционной системы, связанные с осуществлением ввода/вывода. Состоит из нескольких частей, большинство из которых представляет собой программы (остальные - это важные таблицы данных (область данных))

Программа системы BIOS, которая выполняется первой, представляет собой тест функ- ционирования POST. (Power On Self Test ) — программа BIOS, исполняемая при включе- нии питания, нажатии кнопки Reset или комбинации клавиш Ctrl-Alt-Del.

Обычная последовательность шагов:

- Тестирование регистров процессора.

- Проверка контрольной суммы ROM BIOS.

- Проверка и инициализация таймера 8253/8254, портов 8255. После этого шага до- ступна звуковая диагностика.

- Проверка и инициализация контроллеров DMA 8237.

- Проверка регенерации памяти.

- Тестирование 64 Кбайт нижней памяти.

- Загрузка векторов прерывания и стека в нижнюю область памяти.

- Инициализация видеоконтроллера. После успеха этого шага диагностические сооб- щения выводятся на экран.

- Тестирование полного объема ОЗУ.

- Тестирование клавиатуры.

- Тестирование CMOS-памяти и часов.

- Инициализация СОМ и LPT портов.

- Инициализация и тест контроллера НГМД.

- Инициализация и тест контроллера НЖМД.

- Сканирование области дополнительного ROM BIOS.

- Вызов Bootstrap (вектор 19h) — загрузка ОС, при невозможности — попытка запуска ROM BASIC (вектор 18h), при неудаче — HALT (стоп).

Звуковые сигналы POST для IBM и AMI BIOS

Ситуация	IBM	AMI BIOS
Нормальное прохождение POST	Один короткий сигнал перед загрузкой
Неисправен блок питания	Нет сигналов
Неисправна системная плата	(непрерывные сигналы)

Последовательность загрузки может изменяться. В процессе POST используются ячейки CMOS OFh Shutdown Flag — идентификаторы состояния перед началом теста и BIOS DATA AREA (0:0472) — тип рестарта (1234h==Ctrl-Alt-Del — «теплый» старт. 4321h — Resetс сохранением памяти). Это позволяет различать причины рестарта (перезагрузка выход из защищенного режима 80286 и т. д.) для обхода некоторых секций POST. В AT результаты прохождения тестов заносятся в CMOS OEh — Post Diagnostic Status Byte.

 

Bootstrap

Следующая часть BIOS, которая должна выполняться как программа запуска операци- онной системы, - загрузчик ОС (Bootstrap). Проверяет, подключен ли дисковод с гиб- ким диском и считывает с дискеты/диска "загрузочную запись". После считывания за- грузочной записи программа запуска передает ей управление, чтобы она считала остав- шиеся части операционной системы. Если в системе нет дисковода или при считыва- нии загрузочной записи произошла ошибка, то программа запуска BIOS передает управление жесткому диску. Кроме тестирования и запуска загрузчика BIOS также распо- знает свои расширения (что и позволяет подключать нестандартные с точки зрения BIOS устройства).

 

Расширение ROM BIOS

Платы адаптеров, установленных в слот системной шины, могут иметь микросхемы ПЗУ своей программной поддержки (Additional ROM BIOS). Во время выполнения POST BIOS загружает векторы прерываний указателями на собственные обработчики, после чего сканирует область памяти C8000-F4000 с шагом 2 Кбайт в поисках дополнительных модулей BIOS. Модуль должен начинаться с заголовка:

1-й байт — признак начала модуля;

2-байт — длина в блоках по 512 байт;

З-байт — точка входа процедуры инициализации, заканчивающейся дальним возвратом (Ret Far).

Кроме того BIOS содержит множество других программ. Сюда входят программы обслу- живания всего стандартного периферийного оборудования. Эти программы выполняют основные функции управления клавиатурой, дисплеем, дискетами и тд.

 

BIOS Setup

Встроенная утилита с интерфейсом в виде меню предназначена для конфигурирования си- стемных ресурсов. Позволяет задавать стандартные параметры CMOS: время и дату, типы гибких и жестких дисков, подтверждать объем памяти и тип первичного видеоадаптера. Применение внешних утилит (SETUP.СОМ и др.) может привести к потере информации в CMOS из-за несовпадения алгоритмов подсчета контрольной суммы. Набор опций расши- ренного Setup зависит от версии BIOS. Включает: управление параметрами клавиатуры, последовательностью загрузки (С:, А:); разрешение теневой памяти, контроля паритета; конфигурирование кэш-памяти, встроенной периферии и др.

Некоторые версии позволяют задавать временные параметры (частоты синхронизации и количество тактов ожидания) циклов шин, оперативной и кэш-памяти. Позволяют автома- тически определять типы IDE-дисков, тестировать и форматировать диски.

ВУ. принтеры плоттеры модемы сканеры видеокамеры…

Группа (Security) - пароль на вход в систему и Setup,ограничивает доступ к гибким дис- кам. Средства антивирусной защиты предупреждают о попытке записи в Boot-сектор и проверяют его при загрузке на совпадение с хранящимся в CMOS образом.

Группа Power Managementвремя и уровни «засыпания» и события, вызывающие «пробу- ждение» системы.

Неудачные параметры конфигурации (или забытый пароль) при невозможности входа в Setup можно сбросить отключением питания CMOS или специальной перемычкой.

Ключевые комбинации клавиш (зависят от производителя BIOS):

• Вход в Setup — Del, Ctrl-Alt-Escили Fl (F2) при ошибке POST.

• Вход со стандартным конфигурированием — Ins(не всегда).

• Повышение частоты (Турбо) — Ctrl-Alt-(+).

• Понижение частоты — Ctrl-Alt-(-).

• Перезагрузка — Ctrl-Alt-Del.

AMI BIOS	Клавиша Del
AWARD BIOS	Комбинация клавиш Ctrl-Alt-Esc
DTK BIOS	Клавиша Esc
IBM PS/2 BIOS	Комбинация клавиш Ctrl-Alt-Ins после Ctrl-Alt-Del
Plioenix BIOS	Комбинация клавиш Ctrl-Alt-Esc или Ctrl-Alt-S

Основы объединения ЭВМ.

Одним из направлений развития структур ЭВМ являются вычислительные системы и вычислительные сети (сети ЭВМ).

Вычислительные системы служат для повышения производительности и надежно- сти работы. По организации структуры они подразделяются на многомашинные и много- процессорные (мультипроцессорные).

Многомашинная вычислительная система состоит из нескольких ЭВМ (однород- ных или неоднородных). Все ЭВМ связаны между собой линиями связи. Управление ре- жимами работы осуществляет коммутатор. В таких системах предусматривается подклю- чение ЭВМ в качестве резервной или независимое использование ЭВМ, работающих по своим программам.

Многопроцессорная вычислительная система объединяет несколько процессоров, работающих с одной общей памятью и внешними устройствами. Управление системой организуется общим для процессоров устройством управления, работающим с одной ОС. Такая система позволяет расчленение решаемой задачи на несколько подзадач, выполняе- мых параллельно. Каждая подзадача решается на своем процессоре. Распараллеливание существенно увеличивает производительность вычислительной системы, особенно в зада- чах, где применяется большое число матричных и векторных операций.

Вычислительная сеть представляет собой систему территориально распределенных ЭВМ, объединенных с помощью каналов передачи данных. Сети ЭВМ позволяют уве- личивать вычислительные мощности для решения прикладных задач, оперативно пере- распределять нагрузку между ЭВМ сети, снижать пиковую нагрузку на вычислительные средства и обеспечивать высокую надежность вычислений.

Различают локальные и распределенные вычислительные сети. Локальной называ- ют вычислительную сеть, в которой максимальное расстояние между узлами сети не пре- вышает нескольких километров. Как правило, локальные вычислительные сети (ЛВС) предназначаются для сбора, передачи информации, рассредоточенной и распределенной обработки информации в пределах одной организации, специализирующейся на решении определенного класса задач. Наличие локальной сети позволяет приблизить обработку информации к местам ее возникновения.

Локальные сети могут объединять малые ЭВМ, микроЭВМ и ПЭВМ. ЛВС позволя- ют организовать ряд дополнительных услуг: электронная почта, оперативные совещания работников без отрыва от рабочих мест, справочная информация, обучение и др. Они предоставляют возможность обмена информацией любого типа: текстовой, графической, аудио-, видеоинформацией.

 

 

ЛВС

Классические топологии

Под структурой компьютерной сети будем понимать отображение, описание связей между ее элементами. Под топологией сети будем понимать часть общей структуры сети, отражающей физические связи между ее элементами. Термины структура и топология практически равноправны. Термин топология прежде всего связан с местом расположения объектов, их внешним видом.

 

Общая шина.Характеризуется использованием общего канала равноправны- ми устройствами. Основное преимущество - простота и низкая стоимость.

Основной недостаток - необходимость организации очередности доступа к ка- налу. Наиболее популярное использование - технология Ethernet, широковеща- тельные радиоканалы с равноправными пользователями.

 

Кольцо.Пользователи канала могут быть объединены в кольцо одним кана- лом или независимыми каналами. Первый случай походит на общую шину. Раз- ница в том, что из кольца необходимо удалять передаваемые данные. Наиболее популярное использование - технологии Token Ring и FDDI. Требует управле- ния доступа к каналу. Во втором случае кабельная система дороже, данные передаются с ретрансляцией, зато станции могут обмениваться данными отно- сительно независимо друг от друга. Большое значение имеет наличие двух пу- тей для передачи данных, что повышает производительность и надежность сети. Чаще всего используется при больших расстояниях между узлами, при исполь- зовании для их соединения выделенных каналов.

 

Полносвязная.Каждая пара узлов соединена между собой отдельным кана- лом. Наиболее дорогая кабельная система. При этом достигается максимальная производительность, надежность, скорость передачи. Используется, например, при соединении ATC телефонной сети, для построения сети передачи общего пользования.

 

Звезда.Является в то же время элементом иерархической структуры. Отлича- ется относительно высокой стоимостью кабельной системы. Особенно, если

узлы находятся на больших расстояниях. Позволяет сосредоточить в одном ме- сте все проблемы по передаче данных, по адресации. Является основой для по- строения структурированных кабельных систем, широковещательных радиосе- тей, радиосот.

 

Иерархия.Позволяет сократить длину кабелей (по сравнению со зведой) и структурировать систему в соответствии с функциональным назначением эле- ментов. Наиболее гибкая структура. Практически все сложные системы имеют в своем составе иерархические структуры.

 

Сложная структура.Является совокупностью типовых, классических струк- тур. Часто сеть простой структуры создается на основе сети передачи информа- ции сложной структуры (нижняя левая структура).

 

 

Реальные топологии

Реальные сети имеют обычно сложную топологию. В разных фрагментах сети, на разных уровнях можно увидеть разные топологии даже в сетях, имею- щих, казалось бы, простую структуру. На рисунке показана разница между то- пологией кабельной системы и топологией реальных соединений. Необходимо заметить, что для подключения как к Ethernet, так и к Token Ring может исполь- зоваться один и тот же кабель (например, 8-жильная витая пара с разъемом RJ- 45). Таким образом, топологии верхнего и нижнего уровней могут значительно различаться. На следующем рисунке более детально отображено построение оптоволоконного кольца на реальных волоконно-оптических линиях.

 

а рисунке представлена общая структура компьютерной сети на уровне функци- ональных элементов.

 

Назначение компьютерной сети - предоставление пользователям сетевого сервиса. Организация сетевого сервиса осуществляется сетевыми службами. Краткий перечень сетевого сервиса:

 

- передача, хранение, чтение файлов;

- работа с распределенными базами данных;

- электронная почта;

- обслуживание сети.

 

Основным поставщиком сетевого сервиса является сервер. Сетевой сервис предоставляют и другие компоненты сети. Например, коммуникационное обо- рудование предоставляет сервис по передаче данных. Поэтому, строго говоря, сетевой сервис предоставляют все ресурсы сети. Рабочая станция - потребитель сетевого сервиса. Задача сети - обеспечить связь рабочих станций и серверов. В сложных случаях эта задача решается с помощью магистральной сети передачи данных (МСПД). Узлами МСПД являются маршрутизаторы или коммутаторы, основной задачей которых является выбор маршрута для передачи данных.

Узлы МСПД располагаются таким образом, чтобы облегчить подключение к ним пользователей. Каналы МСПД могут быть реализованы с помощью выде- ленных (арендованных) каналов телефонной сети, с помощью специально со- зданных каналов (спутниковых, оптоволоконных, радиоканалов). К магистраль- ной сети подсоединяются пользовательские сети или отдельные абоненты.

Можно выделить следующие средства подключения к МСПД:

 

- выделенные или коммутируемых каналы телефонной сети;

- специально созданные каналы (на базе оптоволоконного кабеля, радиоканала, спутникового канала);

- с помощью локальной сети, в состав которой входит магистральный маршру- тизатор;

- c помощью региональной сети, в состав которой входит магистральный марш- рутизатор.

 

 

На рисунке представлено также следующее оборудование, необходимое для соединения ра- бочих станций, серверов, маршрутизаторов:

 

- модемы;

- концентраторы;

- коммутаторы.

 

Модемыслужат для передачи данных по аналоговым (телефонным) каналам связи.

 

Концентраторыслужат для объединения потоков данных, поступающих от подключенных к нему устройств. Некоторые концентраторы выполняют функ- ции ретрансляторов, регенерирующих поступающие сигналы.

 

Основная роль коммутаторовсостоит в коммутации каналов, заключающей- ся в соединении на своих внутренних шинах входных и выходных цепей в зави- симости от того, куда направляются данные. Иногда коммутация осуществляет- ся с помощью буферов, без непосредственного электрического соединения.

 

Коммутатор обычно значительно более сложное и дорогое устройство, чем концентратор. Иногда для названия того и другого используется термин hub, что в переводе с английского означает центр, основа, сердце. При использова- нии термина hub часто непонятно, о чем идет речь, о коммутаторе или концен- траторе. Путаница возникает также из-за того, что концентраторы иногда вы-

полняют функции коммутации, а коммутатры выполняют функции маршрутиза- ции. Поэтому для понимания того, что есть что, надо меньше обращать внима- ния на название устройства, а больше на набор функций, которые оно выполня- ет.

Литература, использованная при подготовке лекций

1. Сервер Центра Информационных Технологий. www.citfo- rum.ru (www.citforum.altai.su)

2. Информатика: Учебник. Под ред. Макаровой.

3. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учебник / А.П. Пятибратов, Л.П. Гудынко, А.А. Кири- ченко; Под. ред. А.П. Пятибратова. – М.: Финансы и статистика, 1998. – 400 с: ил.

4.

5.

Острейковский В.А., Информатика: Учеб для ВУЗов. – М.: Высш. шк., 1999. – 511 с., ил.

---

Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 685; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!