390 likes | 677 Views
Лекция 13. Архитектура современных ПК и микропроцессорных систем. Чипсеты для ПК. Одновременно с усовершенствованием МП происходила и модификация системных плат. Изменялись c океты для МП Сменилось несколько системных магистралей.
E N D
Лекция 13 Архитектура современных ПК и микропроцессорных систем
Чипсеты для ПК Одновременно с усовершенствованием МП происходила и модификация системных плат. • Изменялись cокеты для МП • Сменилось несколько системных магистралей. • Вместе с ростом емкости и появлением новых типов памяти менялись разъемы для ОЗУ. • Усовершенствовалась BIOS - … • Менялись чипсеты - … • Справа пример устаревшей платы.
Эволюция магистралей Структурная схема компьютера с реликтовой шиной ISA
Структура ПК • Наиболее важным компонентом системного блока является системная (материнская)плата
Эволюция системных плат • Понятие форм-фактора системной платы. ХТ, АТ, АТХ и пр. • Новое направление – платы для мобильных ПК. • Особое направление – платы для серверов сетей.
Структура ПК • Чипсет
Чипсет VIA P4X266 • -Ближайшие конкуренты от Intel — i845 и i850. Северный мост нового чипсета VIA более универсален и рассчитан на использование 2 типов сокетов для Pentium 4 — как старого Socket423, так и нового Socket478. Кроме того, он поддерживает до 4 Гбайт системной памяти нескольких стандартов — от DDR PC2100 и PC1600 до обычной PC133 и даже PC100, то есть может перекрыть почти весь ценовой спектр персоналок — от дешевых (менее $800) до серьезных рабочих станций и серверов. • Южный мост на чипе VT8233 взят из предыдущих чипсетов VIA марки Apollo. Он включает в себя полные набор необходимой перифирии: двухканальный контроллер UltraATA/100, 6-канальный USB, 10/100 Fast Ethernet, звуковой контроллер более новой версии 2.2, интегрированный модем и контроллер мониторинга системы, поддержку 5 слотов PCI и др. начального уровня.
Системные магистрали • Першою системною магістраллю, розробленою для комп'ютерів РС/XT була шина РС/XT-bus. Вона була 8-ми розрядною, а її контролер забезпечував роботу на частоті мікропроцесора (5 мгц). З появою машин типа РС/AT, використовуючих 16-і розрядні мікропроцесори 80286, а пізніше і 80386 (версія SX), була створена шина РС/AT-bus. У зв'язку із зростанням тактової частоти контролер розподіляв її навпіл для забезпечення тактової частоти роботи шини, прийнятної для роботи більш повільних пристроїв - пам’яті та портів.
Системные магистрали • Стандарт ISA.Типова тактова частота — 8 Мгц. Розподіл частоти залишається функцією контролерів системних шин, але оскільки відбулося подальше збільшення Fтакт, коефіцієнт розподілу був збільшений. Окрім збільшення розрядності збільшилася кількість переривань (IRQ) і каналів прямого доступу в пам'ять (DMA). Але зберігалася спадкоємність системних шин, зокрема на рівні контактів. Завдяки цьому в нових системах можна використовувати розроблені раніше контролери і карти. Теоретична пропускна спроможність шини — 16 Мбайт/с, практично вона нижча оскільки обмін даними по шині виробляється за три такти роботи процесора.
Системные магистрали • Стандарт РСI. Строго кажучи шина РСІ не є локальною, оскільки має між собою і локальною шиною процесора спеціальний вузол — міст. При цьому стандарт РСІ передбачає використовування контролера, який здійснює арбітраж по шині РСI, а також акселератор. Це робить шину незалежною від процесора. Фірми DEC і Apple теж використовують шину PCI в своїх комп'ютерах. • Основним принципом для шини PCI, є застосування так званих мостів (Bridges), які здійснюють зв'язок між шиною РСI і іншими шинами. Під час передачі інформації пристрій, що підтримує Bus Mastering, захоплює шину master-пристроєм. Такий підхід використовується для звільнення процесора від операцій пересилки команд и/или даних між двома пристроями на одній шині. Окремим випадком Bus Mastering є режим DMA, який здійснює тільки позапроцесорну пересилку даних; у класичній архітектурі PC цим займається контролер DMA, загальний для всіх пристроїв.
Система памяти и ПДП • Прямий доступ до пам'яті (ПДП, DMA) - це метод безпосереднього звернення до пам'яті, без використання процесора. Звичайно DMA використовується для обміну великими масивами даних між системною пам'яттю і пристроями введення-виведення.
Контроллер DMA • КПДП керує передачею даних по системній шині між пам'яттю і інтерфейсом введення-висновку або зовнішньої пам'яті. Основне його призначення - звільнити МП від операцій передачі великих блоків даних. • В процесі передачі контролер ПДП поміщає адреси на шину, а також видає і приймає сигнали квітування так, як це робить логіка управління шиною самого ЦП. Для цього йому треба запрошувати цикли шини у процесора.
Контроллер DMA • Мікросхема 8237 має три канали ПДП і 43 байт буферної пам'яті; вона може обслуговувати до трьох інтерфейсів введення-виведення або зовнішньої пам'яті. • У деяких системах окрім контролера ПДП потрібен ще і дешифратор його наказів, наприклад, Intel 8205. Процесор відповідає тільки за програмування DMA: настройку на певний тип передачі, завдання початкової адреси і розміру масиву обмінюваних даних.
Контроллер ПДП (пример программы) • Пример программирования одного канала • mov al,46h ;Канал 2, передача одного байта, чт. с диска (4Аh зап.) • out dma+0B,al ; Режим • out dma+0C,al ; Скинути тригер FF • mov al,bl ; • out dma+4,al • mov al,bh • out dma+4,al • mov al,0 ; счетчик=512 • out dma+5,al • mov al,2 • out dma+5,al • out dma+0A,al ; Размаскувати канал 2 і читати сектор.
Контроллер DMA • Мікросхема 8237 має три канали ПДП і 43 байт буферної пам'яті; вона може обслуговувати до трьох інтерфейсів введення-виведення або зовнішньої пам'яті. • У деяких системах окрім контролера ПДП потрібен ще і дешифратор його наказів, наприклад, Intel 8205. Процесор відповідає тільки за програмування DMA: настройку на певний тип передачі, завдання початкової адреси і розміру масиву обмінюваних даних.
Контроллер ПДП (пример программы) • Пример программирования одного канала • mov al,46h ;Канал 2, передача одного байта, чт. с диска (4Аh зап.) • out dma+0B,al ; Режим • out dma+0C,al ; Скинути тригер FF • mov al,bl ; • out dma+4,al • mov al,bh • out dma+4,al • mov al,0 ; счетчик=512 • out dma+5,al • mov al,2 • out dma+5,al • out dma+0A,al ; Размаскувати канал 2 і читати сектор.
Системные магистрали • Кожен же Bus Mastering-пристрій має власний подібний контролер, що дозволяє позбавитися проблем з розподілом DMA-каналів і подолати обмеження стандартного DMA-контроллера (16-розрядність, здатність адресувати тільки перших 16 Мб ОЗУ, низька швидкодія і т.п.). • Стосовно пристроїв IDE (наприклад, вінчестер, CD-ROM) Bus Mastering IDE означає наявність певних схем на материнській платі, що дозволяють здійснювати передачу даних з жорсткого диска в обхід CPU.
Системные магистрали АGP • Шина AGP.Нове покоління графічних мікросхем працює одночасно з 3-мірною графікою і відео. Для управління призначеним для користувача графічним інтерфейсом потрібна велика пропускна спроможность шини. Очевидно, що однієї шини PCI для пересилки графічних і відеоданих недостатньо, тобто в межах графічної підсистеми необхідна додаткова шина. • Щоб, не міняючи стандарт на шину PCI прискорити ввод/ виведення даних на відеоадаптер і збільшити продуктивність PC при обробці 3-мірних зображень без установки спеціалізованих дорогих двопроцесорних відеоадаптерів, в 1997 р. фірмою Intel був розроблений стандарт на шину AGP (Accelerated Graphics Port). AGP є каналом передачі даних між відеоадаптерами та RAM.
Системные магистрали АGP • Демультиплексування шина PCI є мультіплексированою: одні і ті ж 32 лінії ADO — AD31 спочатку використовуються для передачі коду адреси, а потім — коду даних. Іноді такий режим називають AD (Address — Data). Шина AGP також може працювати в режимі AD, проте вона допускає застосування режиму SBA (Side-Band Addressing — Адресація по бічній смузі), при якому для передачі коду адреси використовуються вісім додаткових ліній роз'єму AGP, іменованих SBO — SB7. Оскільки код адреси, як і код даних — 32-розрядні, те таке розділення є частковим демультиплексуванням (для повного демультиплексування треба виділити 32 лінії).
Шина USB Специфікація периферійної шини USB (Universal Serial Bus)була розроблена лідерами комп'ютерної і телекомунікаційної промисловості — Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC і Northern Telecom — для підключення периферійних пристроїв поза корпусом PC. Шина USB підтримує технологію Plug&Play. Швидкість обміну інформацією по шині USB складає 12 Мбит/с: Нові материнські плати мають спеціальні роз'єми для підключення концернтратора USB (USB-Hab).
Звуковая карта В разъемы магистралей вставляются платы расширения. Их может быть много. Рассмотрим сначала звуковую карту.
Звуковая карта • Звуковая карта "начинается" со входов, к которым подключаются внешние аудиоустройства - микрофоны, магнитофоны, электрогитары и т.д. На рисунке показаны 4 входа. • Чтобы работать с современными музыкальными программами звуковая карта должна поддерживать запись в режиме full duplex [фулл дуплекс]. • При записи в этом режиме сигнальный процессор одновременно может работать с двумя потоками цифровых аудиоданных: идущих с АЦП через шину к другим устройствам компьютера, и поступающих с жесткого диска на ЦАП. То есть режим full duplex - это запись одновременно с воспроизведением. Благодаря этому режиму можно использовать звуковую карту как многоканальный магнитофон.
Звуковая карта • Основные паpаметpы - pазpядность, максимальная частота дискpетизации, количество каналов (моно или стеpео), паpаметpы синтезатоpа, pасшиpяемость, совместимость. • Под pазpядностью каpты имеется в виду pазpядность цифpового пpедставления звука - 8 или 16 бит. 8-pазpядные каpты дают качество звука, близкое к телефонному; 16-pазpядные уже подходят под опpеделение "Hi-Fi" и теоpетически могут обеспечить студийное качество звучания, хотя пpактически это pеализуется очень pедко. Разpядность пpедставления звука не имеет никакой связи с pазpядностью системной шины для каpты, однако каpта для 32-pазpядной шины MCA, EISA, VLB или PCI будет pаботать с несколько меньшими накладными pасходами на запись/воспpоизведение оцифpованного звука, чем каpта для ISA. • Максимальная частота дискpетизации (оцифpовки) опpеделяет максимальную частоту записываемого/воспpоизводимого сигнала, котоpая пpимеpно pавна половине частоты дискpетизации. Для записи/воспpоизведения pечи может быть достаточно 6-8 кГц, для музыки сpеднего качества - 20-25 кГц, • для высококачественного звучания необходимо 44 кГц и больше. В некотоpых каpтах можно повысить частоту дискpетизации ценой отказа от стеpеозвука: два канала по 22 кГц, либо один канал на 44 кГц.
Звуковая карта • На любой универсальной мультимедийной звуковой карте есть синтезатор. Последнее время практически на всех картах устанавливается не один, а два синтезатора: FM (Frequency Modulation - частотная модуляция) - для сохранения совместимости с Sound Blaster и Ad Lib, и WT (WaveTable - таблица волн)- для получения качественного звука. Именно эти синтезаторы показаны на рисунке. • Исторически так сложилось, что FM-синтезаторы звуковых плат звучат не очень хорошо. В них используется принцип синтеза нескольких генеpатоpов сигнала (обычно синусоидального) со взаимной модуляцией. Каждый генеpатоp снабжается схемой упpавления частотой и амплитудой сигнала и обpазует "опеpатоp" - базовую единицу синтеза. Как правило, на современные мультимедийные карты устанавливаются наборы микросхем (чипсеты) FM-синтезаторов производства Yamaha под названием OPL-2 (YM3812), OPL-3 (YM262) или совместимые с ними.
Звуковая карта • Паpаметpы синтезатоpа опpеделяют возможности каpты в синтезе звука и музыки. Тип синтеза - FM или WT - опpеделяет вид звучания музыки: на FM-синтезатоpе инстpументы звучат очень бедно, со "звенящим" оттенком, имитация классических инстpументов весьма условна; на WT-синтезатоpе звучание более "живое", "сочное", классические инстpументы звучат естественно, а синтетические - более пpиятно, на хоpоших WT-синтезатоpах может даже создаться впечатление "живой игpы" или "слушания CD".
Звуковая карта • Объем ПЗУ или ОЗУ WT-синтезатоpа говоpит о количестве pазличных инстpументов или качестве их звучания (ПЗУ на 4 Мб может содеpжать 500 инстpументов сpеднего качества или обычный, но хоpоший GM), но большой объем ПЗУ не означает автоматически хоpошего качества самплов, и наобоpот. Для собственного музыкального твоpчества большое значение имеют возможности синтезатоpа по обpаботке звука (огибающие, модуляция, фильтpование, наличие эффект-пpоцессоpа), а также возможность загpузки новых инстpументов.
Звуковая карта • Line In и Mic In - линейный и микрофонный входы. Они обычно выполнены на разъемах типа "мини-джек". Отдельный вход Mic In предусмотрен из-за того, что у микрофонов сигнал имеет низкий уровень и его нужно усиливать до нормального уровня (0 дБ). Поэтому на микрофонных входах звуковой карты всегда установлен предусилитель. • На некоторых типах звуковых плат установлен дополнительный вход Aux In. Сигнал с этого входа минует основные устройства звуковой платы и поступает на выходной микшер, а оттуда - сразу на выход. Этот вход позволяет упростить коммутацию внешних устройств и использовать внутренний микшер звуковой платы для смешивания сигналов со внешнего и внутренних источников.
Сетевая карта • Маркерный или случайный метод доступа. • На СР и курсовую!!
Встроенный модем • Д-р Джон Гудмен "Управление памятью для всех", Диалектика, Киев, 1996 • В. Л. Григорьев "Микропроцессор i486. Архитектура и программирование", Гранал, Москва, 1993. • информационно-рекламная газета "КМ-информ" • газета "Компьютер World/Киев" газета "Компьютер Wееk/Moscow" • Ж. К. Голенкова и др. "Руководство по архитектуре IBM РC AT", Консул, Минск, 1993 • Руководство программиста по процессору Intеl i386, Техническая документация уровня 2, (C) Intеl Corр. • Руководство программиста по процессору Intеl i486, Техническая документация уровня 2, (C) Intеl Corр. • Материалы эхоконференции SU. НARDW. РC. CРU компьютерной сети FidoNеt • «Модернизация и ремонт ПК» Мюллер (11-е издание) 2000 г. Сайт Корпорации Intel (www.intel.ru) Сайт Журнала «Компьютерра» (www.computerra.ru) Сайт Издательства «Открытые Системы» (www.osp.ru) Сайт iXBT Hardware (www.ixbt.ru)
Платформа Centrino • Новый адаптер беспроводной сети: Intel PRO/Wireless 3945 ABG • Как и ранее, платформа Centrino состоит из трёх неотъемлемых компонентов: процессора Intel Core, чипсета i945 GM или i945 PM и адптера беспроводной сети Intel. Теперь он новый – Intel PRO/Wireless 3945 ABG. Посмотрите на его характеристики в сравнении с предыдущими моделями карт Wi-Fi от Intel. • Есть и ещё одно немаловажное отличие – поддержка набора технологий Business Class Wireless Suite V.1, совместной разработки компаний Intel и Cisco Systems. На данный момент этот набор включает две немаловажных функции :
Платформа Centrino • Технология оптимального выбора точки доступа (Optimal access point selection technology), позволяющая ноутубкам на базе технологии Centrino сканировать эфир в поисках наименее загруженной точки доступа, чтобы обеспечить наиболее быстрый, надёжный и эффективный роуменг между точками в пределах беспроводной сети. • Технология улучшенного качества сервиса для IP-телефонии (Enhanced Voice over IP (VoIP) quality of service (QoS)), обеспечивающая более чёткий и ясный звук и предоставляющая надёжную голосовую связь для пользователей ноутбуков. • В общем, над беспроводным адаптером компания Intel поработала немало.
Вопросы для самоконтроля • Перечислите, какие платы расширения использованы в вашем ПК. • Перечислите, какие устройства подключены к каким портам вашего ПК. • Поясните назначение и принцип работы контроллера прерываний • Опишите систему прерываний вашего ПК • Поясните назначение и принцип работы контроллера прямого доступа в память. • Поясните принцип работы звуковой карты. • Поясните принцип работы сетевой карты.