Устройство системного блока и материнской платы ПЭВМ.
1. Состав системного блока ПЭВМ
Обычно персональные компьютеры состоят из трех частей :
- системного блока;
- клавиатуры, позволяющей вводить информацию в компьютер;
- монитора (или дисплея) - для изображения текстовой или графической информации.
В системном блоке размещаются все основные узлы компьютера :
- электронные схемы, управляющие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры устройств и т. д.);
- блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения (5 и 3.3 вольта), подаваемый на электронные схемы компьютера;
- накопители (или дисководы) для гибких магнитных дисков (дискет), для жестких магнитных дисков (винчестеров) и лазерных компакт дисков.
К системному блоку компьютера можно подключить различные устройства ввода-вывода информации, расширяющие тем самым функциональные возможности компьютера. Эти устройства подсоединяются через специальные разъемы, находящиеся обычно на задней стенке системного блока компьютера. Кроме монитора и клавиатуры такими устройствами являются:
- принтер, для вывода на печать текстовой и графической информации.
- мышь - устройство, облегчающее ввод информации в компьютер и работу с программами:
- сканер - устройство, для считывания графической и текстовой информации в компьютер.
Некоторые устройства могут вставляться внутрь системного блока, например:
- модем - для обмена информацией с другими компьютерами через телефонную сеть;
- факс-модем - сочетает возможности модема и телефакса;
- стример - для хранения данных на магнитной ленте.
Некоторые устройства, например сканеры, используют смешанный способ подключения: в системный блок компьютера вставляется электронная плата (контроллер),управляющее работой устройства, а само устройство подсоединяется к этой плате кабелем.
Микропроцессор является самым главным элементом, который выполняет все вычисления и обработку информации. Микропроцессор может производить сотни различных операций со скоростью в несколько десятков или сотен миллионов операций в секунду. Основными производителями микропроцессоров являются фирмы INTEL, AMD, CYRIX.
В тех случаях, когда на компьютере приходится выполнять много математических вычислений с вещественными числами, то для выполнения этих операций используется математических сопроцессор. Начиная с микропроцессоров 80486 и PENTIUM сопроцессор встроен в плату микропроцессора.
Оперативная память используется для временного хранения программ и данных для обработки, в нее записываются полученные результаты. Название "оперативная" эта память получила потому, что она работает очень быстро, так что процессору не приходится ждать при чтении данных из памяти или записи в память. Однако содержащиеся в ней данные сохраняются только пока компьютер включен, при выключении компьютера содержимое оперативной памяти стирается.
Чтобы компьютер мог работать, необходимо, чтобы в его оперативной памяти находилась программа и данные. А поступают они из различных устройств компьютера - клавиатуры, дисководов гибких, жестких магнитных дисков и лазерных компакт дисков. Обычно эти устройства называются внешними, хотя некоторые из них могут находится внутри системного блока. Результаты выполнения программ также выводятся на внешние устройства - монитор, диски или принтер.
Таким образом, для работы компьютера необходим обмен информацией между оперативной и внешними устройствами. Такой обмен называется вводом-выводом. Но этот обмен не происходит непосредственно: между любым внешним устройством и оперативной памятью в компьютере имеются два промежуточных звена:
1. Для каждого внешнего устройства в компьютере имеется электронная схема, которая им управляет. Эта схема называется контроллером или адаптером. Некоторые контроллеры могут управлять сразу несколькими устройствами.
2. Все контроллеры и адаптеры взаимодействуют с микропроцессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, которую обычно называют шиной. Так как в состав компьютера входит множество устройств то для их соединения каждого с каждым требуется очень много соединительных проводов. Выходом из этой ситуации является применение общей шины, через которую по очереди происходит обмен информацией между различными устройствами компьютера.
2. Устройство материнской платы ПЭВМ.
На основной плате компьютера - называемой системной или материнской - обычно располагается микропроцессор с сопроцессором, оперативная память и шина. Схемы, управляющие внешними устройствами компьютера (контроллеры или адаптеры) находятся на отдельных платах, которые вставляются в унифицированные разъемы (слоты) на материнской плате. Через эти разъемы контроллеры устройств подключаются непосредственно к системной магистрали передачи данных в компьютере - шине. Таким образом, наличие свободных разъемов шины обеспечивает возможность добавления к компьютеру новых устройств. Чтобы заменить одно устройство другим (например устаревший адаптер монитора на новый),надо просто вынуть соответствующую плату из разъема и вставить вместо нее другую. Одним из контроллеров, которые присутствуют всегда в каждом компьютере, является контроллер портов ввода-вывода, к которым подключаются принтер, мышь или модем.
Микропроцессор осуществляет выполнение программ и управляет работой остальных устройств компьютера. Скорость его работы во многом определяет быстродействие компьютера.
Базовым элементом любого микропроцессора является полупроводниковый транзистор - миниатюрный электронный ключ. Количество транзисторов определяет степень интеграции микросхемы. Современные микропроцессоры содержат несколько миллионов транзисторов, на основе которых строятся бистабильные устройства, т. е. устройства, имеющие два устойчивых состояния (“включено” либо “выключено”), - триггеры. Регистр (register), представляющий собой совокупность триггеров, предназначен для хранения информации и быстрого доступа к ней. В регистре из N триггеров можно запомнить N битов информации.
Основным фактором, определяющим возможность увеличения числа транзисторов на кристалле микросхемы, являются минимальные топологические размеры элементов (транзисторов), называемые также технологическими нормами. В современных микропроцессорах используются технологические нормы 0,35 мм.
К обязательным узлам микропроцессора относятся одно или несколько арифметико-логических (исполнительных) устройств и блок управления. Они характеризуются скоростью работы (тактовой частотой), разрядностью или длиной слова (внутренней и внешней), архитектурой и набором команд.
Количество разрядов, или ширина, адресной шины микропроцессора определяет физически доступный объем оперативной памяти. Чтение и запись данных в/из микропроцессора осуществляются информационными квантами, размер которых определяется шириной шины данных.
Выполняемые микропроцессором команды предусматривают, как правило, арифметические действия, логические операции, передачу управления (условную и безусловную) и перемещение данных (между регистрами, памятью и портами ввода-вывода).
Синхронизация работы узлов микропроцессора осуществляется кварцевым генератором. Тем не менее, тактовая частота работы микропроцессора служит лишь относительным показателем быстродействия, поскольку схемные различия приводят к тому, что не все процессоры с одинаковой тактовой частотой обладают одинаковой производительностью. Тактовая частота измеряется в мегагерцах ( 1 МГц = 106 Гц ) и указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет за 1 секунду. Следует заметить, что разные микропроцессоры выполняют одни и те же операции за разное число тактов. Более современные микропроцессоры выполняют операции за меньшее число тактов. Поэтому микропроцессор 80486 работает в два раза быстрее, чем 80386 с той же тактовой частотой.
Оперативная память предназначена для хранения переменной информации, так как допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения микропроцессором вычислительных операций. Таким образом, этот вид памяти обеспечивает режимы записи, считывания и хранения информации. Поскольку в любой момент доступ может осуществляться к произвольно выбранной ячейке, то такую память называют также памятью с произвольной выборкой (RAM - random access memory).
В последнее время в основном применяются 72 - контактные 36 - битовые модКх36, 1Мх36, 2Мх36, 4Мх36, 8Мх36, 16Мх36, что соответствует емкости 1, 2, 4, 8, 16, 32 и 64 Мбайт. Для комфортной работы с WINDOWS-приложениями требуется не менее 16 Мбайт оперативной памяти.
Для современных компьютеров необходимо обеспечить быстрый доступ к оперативной памяти, иначе микропроцессор будет простаивать и быстродействие компьютера уменьшится. Быстродействие современных микропроцессоров в 4 раза превышает быстродействие оперативной памяти. Для согласования работы этих устройств используется КЭШ - память.
Кэш - (cache), или сверхоперативная, память предназначена для согласования скорости работы медленных устройств с более быстрыми, например микропроцессора и оперативной памяти. Поскольку работа элементов, на которых построен микропроцессор, аналогична работе триггеров, его быстродействие существенно выше, нежели ячеек динамической памяти. Использование кэш - памяти позволяет избежать простоев в работе микропроцессора. Кэш - память с обратной записью (write back) обеспечивает повышение производительности оперативной памяти при операциях как чтения, так и записи, тогда как кэш - память со сквозной записью (write through) служит для запоминания информации только при операциях чтения.
Все современные микропроцессоры имеют встроенную кэш - память, так называемый кэш первого уровня (Level 1 - L1), размером до 32 Кбайт. Кроме того, в компьютере может быть предусмотрена установка и внешней (второго уровня - L2) кэш - памяти размером до 512 Кбайт и выше. В качестве такого кэша обычно используются либо отдельные микросхемы, либо модули типа COAST (cache on a stick).
3. Клавиатура ПЭВМ. Правила работы с клавиатурой:
1. Для ввода заглавной буквы необходимо нажать служебную клавишу SHIFT и, не отпуская ее, нажать клавишу с изображением необходимой буквы.
2. Для перевода клавиатуры в режим ввода заглавных букв необходимо нажать клавишу CAPS LOCK. Повторное нажатие этой клавиши возвращает клавиатуру в режим ввода строчных букв.
3. Для ввода последовательности одинаковых букв, цифр или знаков нет необходимости многократно нажимать одну и ту же клавишу. Достаточно только один раз нажать необходимую клавишу и удерживать ее нажатой до тех пор, пока необходимое количество букв, цифр или знаков не появится на экране монитора. Это правило распространяется и на процесс удаления символов.
4. Клавиша BACKSPACE предназначена для удаления последнего введенного символа, либо удаления символа, находящегося слева от мигающего курсора. При этом текст, находящийся справа от курсора сдвигается влево. Нажатие и удержание данной клавиши позволяет удалить последовательность символов. На некоторых клавиатурах она обозначается
5. Клавиша DELETE (DEL) предназначена для удаления символа, находящегося в позиции мигающего курсора. При этом текст, находящийся справа от курсора сдвигается влево.
6. Для переключения в режим ввода букв латинского алфавита в большинстве русифицированных программ (таких как WINDOWS, WORD, EXCEL) необходимо, как правило, одновременно нажать комбинацию левых клавиш ALT и SHIFT. Повторное одновременное нажатие комбинации этих клавиш возвращает клавиатуру в режим ввода букв русского алфавита. Переход в режим ввода букв другого алфавита программируется и поэтому может быть задан пользователем при установке операционной системы на ПК в виде другой комбинации служебных клавиш SHIFT, ALT, CTRL. CTRL – это сокращение слова CONTROL.
7. В некоторых программах (таких как TURBO PASCAL, NORTON COMMANDER) изначально предусмотрен режим ввода букв латинского алфавита. Поэтому для перехода в режим ввода букв русского алфавита необходимо одновременно нажать комбинацию правых клавиш CTRL и SHIFT. Возврат в режим ввода латинских букв обеспечивает одновременное нажатие комбинации левых клавиш CTRL и SHIFT.
8. Клавиша ТАВ предназначена для скачкообразного перемещения курсора и на некоторых клавиатурах может быть обозначена
9. Клавиши HOME и END позволяют сразу переместить курсор в начало или конец строки.
10. Нажатие клавиш PAGE UP и PAGE DOWN позволяет листать электронные документы или программы, если их содержимое полностью не помещается на экране монитора.
11. Клавиша NUMLOCK включает и выключает режим ввода цифр на дополнительной цифровой клавиатуре.
12. Клавиша ENTER предназначена для подтверждения, а клавиша ESC - отмены выбранного действия.
13. Клавиша INSERT предназначена для переключения способа ввода символов из режима замещения в режим вставки и обратно. В режиме вставки символ вводится в позиции курсора, а символы, находящиеся правее курсора сдвигаются вправо. В режиме замещения новый вводимый символ замещает старый.
