Открытая архитектура ПК. Что входит в состав основного комплекта ПК?

Открытая архитектура ПК. Что входит в состав основного комплекта ПК?

В августе 1981 года фирма IBM (International Business Machines Corporation), бросив вызов конкурентам, выпустила свой первый ПК. До появления ПК IBM все модели микрокомпьютеров имели закрытую архитектуру. Любая их модификация требовала достаточно высокой специальной квалификации в области электроники. До появления ее первого ПК, IBM была фирмой-производителем больших вычислительных систем и мини-ЭВМ, она просто перенесла модульный принцип их построения в структуру ПК. Единственным передовым шагом стало введение в конструкцию системной платы ПК IBM разъемов расширения для по дключения дополнительных устройств непосредственно к шине. Этим простым решением было достигнуто главное преимущество, заключающееся в разработке важнейшего принципа построения системы ПК - открытой архитектуры. Это качество поддерживается строго соблюдаемым правилом, выработанным производителями аппаратных и программных средств: все новые устройства и программы должны быть совместимыми по принципу "сверху - вниз", то есть последующие версии должны обслуживать все ранее существовавшие.

Базовый состав ПК включает обязательные компоненты: системный блок; монитор; клавиатура; мышь.

Что входит в понятие «конфигурирования ПК?» Настройка аппаратных средств ПК, механические и программные средства настройки.

Конфигурирование ПК бывает «стандартным» и «дополнительным». Обе настройки осуществляются в BIOS с помощью внутренней утилиты CMOS SETUP. Стандартное конфигурирование и включает установку даты, времени и сведений об основных подключенных устройствах (в первую очередь накопителях на гибких и жестких дисках). Эти параметры должны иметь корректные значения, иначе загрузка компьютера при включении окажется невозможна.

Дополнительные параметры конфигурирования или настройки предназначены для тонкой регулировки характеристик процесса загрузки и оптимизации производительности основной и кэш-памяти компьютера. Большинство из этих настроек не являются критичными для правильного функционирования системы.

В качестве механических средств конфигурирования ПК использовались «джамперы» и «DIP-переключатели». Джампер представляет собой съемную перемычку, устанавливаемый на штыревые контакты, торчащие из системной платы (видеокорты, звуковой карты). Манипулирование джамперами проводится при выключенном питании пинцетом. DIP-переключатели (DIP Switches) представляют собой малогабаритные выключатели в корпусе DIP. Переключение производят обычно шариковой ручкой. Их преимущество в более легком переключении. Недостатком переключателей является большее, по сравнению с джамперами, занимаемое место на плате и более высокая цена. Кроме того они позволяют только выключать что либо, что делает их применение менее гибким.

В современных платах вместо джамперов и переключателей применяют программно-управляемые электронные компоненты. Информация о конфигурации компьютера при этом хранится в CMOS-памяти. Автоматическое конфигурирование системы – так называемый PnP-процесс (Plug and Play – вставляй и играй) происходит после подключения новых устройств к ПК и запуска ОС. Для этого ОС и драйвер нового устройства должны поддерживать функцию PnP.

Serial ATA

Выводы дополнительного силового разъема Serial ATA

Контакт	Сигнал	Описание
Р1	+3,3 В	+3,3 В (питание)
Р2	+3,3 В	+3,3 В (питание)
РЗ	+3,3 В	+3,3 В (питание)
Р4	Общий	Первая пара
Р5	Общий	Первая пара
Р6	Общий	Первая пара
Р7	+5 В	+5 В (питание)
Р8	+5 В	+5 В (питание)
Р9	+5 В	+5 В (питание)
Р10	Общий	Первая пара
Р11	Общий	Первая пара
Р12	Общий	Первая пара
Р13	+12 В	+12 В (питание)
Р14	+12 В	+12 В (питание)
Р15	+12 В	+12 В (питание)

Примечание:

- В блоках питания АТХ были введены напряжения +3,3 В для питания многих устройств.

- В БП SFX для формфактора системных плат NLX не стало напряжения – 5 В, которое использовалось раньше для устройств, подключаемых к шине ISA.

- Питание для Serial ATA ecть только в ATX начиная с версии 2.03

Разъемы для подключения БП к устройствам системного блока

В основном предназначены для питания двигателей дисководов и HDD, регуляторы напряжения.

Блоки питания ПК нуждаются в чистке и смазке. Так как через элементы схемы БП во время его работы прогоняется значительное количество воздуха, то со временем внутри скапливается много пыли. Большой слой пыли становится проводником электрического тока и может замкнуть отдельные элементы монтажа. Кроме того пыль препятствует прохождению воздуха, забивая входные и выходные отверстия (сетку) и повисает на лопастях вентилятора, нарушая тем самым его нормальную работу. Самым уязвимым местом БП считается вентилятор. Дело в том, что при его остановке блок питания перегреется и выйдет из строя. Кроме того, во время такой аварии трудно предугадать последствия. Так как блок питания в аварийном режиме будет выдавать нестабильные напряжения питания, то из строя могут выйти многие дорогостоящие элементы системного блока. Чтобы этого не случилось необходимо следить за исправностью вентилятора, своевременно чистить его лопасти и смазывать подшипник. Для контроля исправной работы вентилятора достаточно поднести руку к выходному отверстию блока питания на задней стенке системного блока и почувствовать легкий ветерок теплого воздуха. Некоторые вентиляторы издают характерный шум, к которому можно привыкнуть и принимать срочные меры при отсутствии этого шума. При разборке и сборке БП необходимо помнить меры техники безопасности: не разбирать его при включенном в сеть состоянии, помнить, что на высоковольтных конденсаторах фильтра сети может оставаться опасное напряжение.

Основные понятия об оперативной памяти, разновидности RAM, их разъёмы.

Оперативная память — это рабочая область для процессора компьютера. В ней во время работы хранятся программы и данные. Оперативная память часто рассматривается как временное хранилище, потому что данные и программы в ней сохраняются только при включенном компьютере.

В современных компьютерах используются запоминающие устройства трех основных типов:

• ROM (Read Only Memory). Постоянное запоминающее устройство — ПЗУ, не способное выполнять операцию записи данных.

• DRAM (Dynamic Random Access Memory). Динамическое запоминающее устройство с произвольным порядком выборки.

• SRAM (Static RAM). Статическая оперативная память.

Динамическая оперативная память (Dynamic RAM — DRAM) используется в большинстве систем оперативной памяти современных персональных компьютеров. Основное преимущество памяти этого типа состоит в том, что ее ячейки упакованы очень плотно, т.е. в небольшую микросхему можно упаковать много битов, а значит, на их основе можно построить память большой емкости.

Ячейки памяти в микросхеме DRAM — это крошечные конденсаторы, которые удерживают заряды. В устройствах DRAM для хранения одного бита используется только один транзистор и пара конденсаторов, поэтому они более вместительны, чем микросхемы других типов памяти.

Совершенствование динамической памяти привели к следующим ее разновидностям: SDR SDRAM (1997 г.), Rambus DRAM (RDRAM в 1999 г.) DDR SDRAM (зима 2001 г.), DDR-II (2003г.).

В персональных компьютерах, рабочих станциях и серверах сегодня для оперативного хранения данных и программного кода используется память только одного вида — синхронная динамическая с произвольным доступом (Synchronous Dynamic Random Access Memory, SDRAM), которая пришла в 1997 г. на смену асинхронной памяти EDO DRAM. Ее основное отличие от асинхронной: она управляема поступающими по шине тактовыми импульсами, SDRAM на их основе сама генерирует часть управляющих сигналов, что разгружает шину. Синхронная память позволяет начать обработку следующего обращения, не дожидаясь, пока закончится предыдущая операция, на что асинхронная память была неспособна. Кроме того, микросхемы памяти на модулях DIMM разделены на несколько банков (обычно их четыре). Это дает возможность ускорить обмен данными, например, выполняя считывание из одного банка и одновременно перезаряжая другой или параллельно записывая данные в несколько банков.

Обычно память конструктивно располагалась в модулях DIMM (168 выводов) сперва 1-го потом 2-го поколений. Это однорядная линейка с выводами на одну сторону корпуса. Разъем имеет ключ для возможности изменения в разводке проводников и смены питания, что и было не раз использовано при модификациях памяти. Память RDRAM устанавливаются в другие модули под названием RIMM (184 контакта и 2 ключа). Память DDR SDRAM выпускается в виде 184-контактных модулей DIMM.

Память DDR (Double Data Rate — двойная скорость передачи данных) — это еще более усовершенствованный стандарт SDRAM, при использовании которого скорость передачи данных удваивается. Это достигается не за счет удвоения тактовой частоты, а за счет передачи данных дважды за один цикл. Модули DDR реализованы на базе новой архитектуры со 184 контактными выводами и обычно работают при напряжении 2,5 В.

DDR2 SDRAM представляет собой более быстродействующую версию стандартной памяти DDR SDRAM — большая пропускная способность достигается за счет использования дифференциальных пар сигнальных контактов, обеспечивающих улучшенную передачу сигналов. рабочая частота модулей памяти DDR2 начинается с 400 МГц, доходит до 800 МГц и выше. Предполагалось, что DDR2 обеспечит учетверенную скорость передачи данных, однако финальные образцы предоставляют лишь удвоенную скорость передачи, а модифицированный метод передачи сигналов позволяет достичь более высокой производительности. Это достигается за счет уменьшенного по сравнению с памятью DDR напряжения питания (1,8 вместо 2,5 В), благодаря чему модули памяти DDR2 потребляют меньше энергии и выделяют меньше тепла. Микросхемы DDR2, обладающие большим количеством контактных выводов (240), поставляются в корпусе FBGA.

Стандарт Rambus DRAM (RDRAM) представляет собой радикально новую архитектуру модулей памяти, которые устанавливались в высокопроизводительных компьютерах с 1999 по 2002 год. Компании Intel и Rambus подписали соглашение о сотрудничестве в 1996 году, согласно которому Intel обязалась поддерживать память стандарта RDRAM до 2001 года. После этой даты Intel продолжала поддерживать память RDRAM, установленную в выпущенных ранее системах, однако новые наборы микросхем системной логики и системные платы были уже предназначены для DDR SDRAM. Более того, все последующие наборы микросхем и системные платы Intel поддерживают установку исключительно модулей памяти DDR или DDR2.

Память RDRAM является устройством с узким каналом передачи данных. Количество данных, передаваемых за один такт, достигает только 16 бит (2 байт). Современные модули памяти RIMM работают не только с исходной частотой 800 МГц, но и с частотами 1066 и 1200 МГц и существуют как в одноканальных 16-разрядных, так и в многоканальных 32- и 64-разрядных версиях, пропускная способность которых превышает 9,6 Гбайт/с.

Статическая оперативная память (Static RAM — SRAM). Она названа так потому, что, в отличие от динамической оперативной памяти (DRAM), для сохранения ее содержимого не требуется периодической регенерации. Но это не единственное ее преимущество. SRAM имеет более высокое быстродействие (не более 2 нс), чем динамическая оперативная память, и может работать на той же частоте, что и современные процессоры.

Типы устройств флэш-памяти: АТА Flash; CompactFlash (CF); SmartMedia (SM); MultiMediaCard (MMC); Reduced Size MMC (RS-MMC); SecureDigital (SD); Memory Stick; xD-Picture Card; флэш-память USB (USB-брелки).

XD-Picture Card

В июле 2002 года компании Olympus и Fujifilm, сторонники использования флэш-памяти SmartMedia в цифровых фотоаппаратах, представили более компактную и надежную замену SmartMedia, получившую название xD-Picture Card. Носитель xD-Picture Card, размеры которого составляют примерно одну треть от размеров SmartMedia, является наименьшим форматом существующей сегодня флэш-памяти. Кроме того, xD-Picture Card содержит более быстрый контроллер, позволяющий сократить время записи изображения.

Основные функции BIOS.

• Инициализация и начальное тестирование аппаратных средств — POST (Power On Self Test).
• Настройка и конфигурирование аппаратных средств и системных ресурсов — BIOS Setup.
• Загрузка операционной системы с дисковых носителей — Bootstrap Loader.
• Обслуживание аппаратных прерываний от системных устройств (таймера, клавиатуры, дисков) — BIOS Hardware Interrupts.
• Отработка базовых функций программных обращений (сервисов) к системным устройствам — ROM BIOS Services.

Все эти функции исполняет системный модуль System BIOS, хранящейся в микросхеме ПЗУ или флэш-памяти на системной плате. Большинство сервисных функций выполняется в 16-битном режиме, хотя некоторые новые функции могут иметь и альтернативные вызовы для 32-битного исполнения.

Основные понятия о CD-ROM. Форматы компакт-дисков.

В оптических дисках для хранения информации используется изменение оптических свойств (в основном, степени отражения) поверхности носителя. В процессе считывания при освещении трека лазерным лучом возникает модуляция интенсивности отраженного луча, воспринимаемого фотоприемником. В компьютер оптический диск пришел из техники цифровой аудиозаписи. Аудиокомпактдиски, называемые Audio-CD (Compact Disk), как и грампластинки, имеют один спиральный трек, начинающийся с периферийной стороны диска. Эта спираль имеет 22 188 витков (поперечная плотность около 600 витков на 1 мм) и длину более 5 километров. Для выравнивания продольной плотности записи диск вращается с переменной угловой скоростью, а привод обеспечивает постоянство линейной скорости носителя, проходящего под головкой. Этим обусловлено большое время доступа, поскольку время уходит и на разгон (торможение) диска при значительно быстром перемещении головки. Скорость считывания аудиоданных, требуемая для звуковоспроизведения в реальном масштабе времени, соответствует информационной скорости 150 Кб/с. Диск способен хранить информацию 74 минут звучания стереофонического аудиосигнала с частотой квантования 44,1 кГц и 16-разрядными выборками. На диске диаметром 120 мм используется только одна поверхность. В таком виде и появились первые компакт-диски для хранения данных. Минимальной адресуемой единицей хранимой информации является сектор. Сектор кроме служебной информации может содержать 2048 байт данных, защищенных от ошибок ЕСС-кодом, или 2324 (или 2336) незащищенных байт аудио/видео информации. Последовательность секторов одного назначения (формата) объединяется в трек (в аудио-дисках треку соответствует одна музыкальная запись). Минимальный размер трека — 300 секторов, максимальный — весь диск. На диске может быть до 99 треков.

По устройству CD-ROM (Compact Disk-Read Only Memory) — считыватели компакт-дисков — напоминают обычные дисководы. Однако кроме приводов шпинделя и головки они имеют еще и механизм загрузки диска и более сложную головку считывания. Считывающая головка состоит из лазерного излучателя, фотоприемника и наклонного зеркала, зафиксированных на подвижной каретке головки. На каретке на качающейся подвеске закреплена пластмассовая фокусирующая линза. С линзой связана малогабаритная катушка индуктивности, помещенная в поле постоянного магнита, установленного на каретке. Катушка и магнит образуют магнитоэлектрический привод подвески линзы, обеспечивающий ее перемещение в направлении, перпендикулярном плоскости диска. Привод подвески линзы под управлением контроллера, встроенного в накопитель, обеспечивает точную фокусировку лучей оптической системы. При юстировке оптической системы линзу выставляют параллельно плоскости диска с помощью регулировочных винтов на каретке. Механика привода достаточно проста, но следует помнить о нежности пластмассовой линзы: неаккуратная чистка может оставить на ней микроскопические царапины, и считывание станет неустойчивым.

Первые накопители выпускались с интерфейсами SCSI и АТА (ATAPI), современные допускают подключение и к USB-порту. Для ноутбуков и блокнотных ПК имеются малогабаритные накопители, размещаемые в их корпусах.

Существует ряд стандартов, описывающих компакт-диски:

• Red Book — «Красная книга» (1982 г.) — описывает формат обычных аудиодисков, называемых CD-DA (Digital Audio — цифровой звук).
• Yellow Book — «Желтая книга» — описывает физический формат CD для хранения данных.
• Green Book — «Зеленая книга» — описывает физический формат дисков CD-I (Interactive). На этих дисках хранится видеозапись со звуковым сопровождением для воспроизведения на видеоплейере со стандартным телевизионным видеомонитором.
• Orange Book — «Оранжевая книга» — описывает физический формат записываемых дисков CD-R (Recordable — с возможностью записи). Ее часть 1 (Part I) посвящена магнитооптическим компакт-дискам CD-МО (Magneto-Optical); часть 2 (Part II) — однократно записываемым CD-WO (Write-Once), включая «гибридную» спецификацию для PhotoCD; часть 3 (Part III) описывает перезаписываемые диски CD-RW (Rewritable).
• White Book — «Белая книга» — описывает формат видеодисков VideoCD.
• CDROM/XA (eXtended Architecture — расширенная архитектура) — стандарт, являющийся мостом между «Желтой книгой» и дисками CD-I. Архитектура допускает два режима физической записи диска:
• MODE-1 — секторы формата «Желтой книги» — 2048 байт данных, защищенных ЕСС.
• MODE-2 допускает на одном диске записи двух форм: форма 1 (FORM-1) с секторами по 2048 байт данных, защищенных ЕСС; форма 2 (FORM-2) с секторами по 2324 байта данных без защиты ЕСС, используемых для аудио- и видеоинформации.

Частотный синтез

Большинство звуковых плат генерируют звуки, используя частотный синтезатор. Эта технология была разработана еще в 1976 году. Используя одну синусоидальную волну для изменения другой, частотный синтезатор создает искусственный звук, который напоминает звучание определенного инструмента. В стандарте MIDI определен набор предварительно запрограммированных звуков, которые можно проиграть с помощью большинства инструментов.

В настоящее время в некоторых частотных синтезаторах используется четыре волны и воспроизводимые звуки имеют вполне нормальное, хотя и несколько искусственное звучание. Например, синтезируемый звук трубы, несомненно, подобен ее звучанию, но его никто и никогда не признает звуком настоящей трубы.

Таблично-волновой синтез

В настоящее время все меньше устройств используют частотный синтез, потому что даже в лучшем случае воспроизводимый звук не полностью совпадает с реальным звучанием музыкального инструмента. Недорогая технология более естественного звучания была разработана корпорацией Ensoniq в 1984 году.

Технология фирмы Ensoniq предусматривает запись звучания любого инструмента (включая фортепьяно, скрипки, гитары, флейты, трубы и барабаны) и сохранение оцифрован­ного звука в специальной таблице. Эта таблица записывается или в микросхемы ROM или на диск, а звуковая плата при необходимости может из таблицы извлекать оцифрованный звук нужного инструмента. Вскоре после создания этой технологии и другие изготовители вместо частотных синтезаторов стали применять таблично-волновые. Лучшие качественные таблично-волновые адаптеры обычно имеют на плате память объемом в несколько мегабайтов для хранения образцов.

МИДИ интерфейс. Цифровой интерфейс музыкальных инструментов MIDI (Musical Instrument Digital Interface) является двунаправленным последовательным асинхронным интерфейсом с частотой передачи 31,25 Кбит/с. Этот интерфейс, разработанный в 1983 году, стал фактическим стандартом для сопряжения компьютеров, синтезаторов, записывающих и воспроизводящих устройств, микшеров, устройств специальных эффектов и другой электромузыкальной техники. В настоящее время интерфейс MIDI имеют и дорогие синтезаторы, и дешевые музыкальные клавиатуры, которые могут использоваться в качестве устройств ввода компьютера.

В интерфейсе применяется токовая петля 10 мА (возможно и 5 мА) с гальванической (оптронной) развязкой входной цепи. Эта развязка исключает связь «схемных земель» соединяемых устройств через интерфейсный кабель, что устраняет помехи (фон), крайне нежелательные для звуковой техники. Снижению интерференционных помех служит и выбор частоты передачи, которая совпадает с одним из значений частот квантования, принятых в цифровой звукозаписи.

Конструкции звуковых плат.Звуковые устройства ПК по конструктивному оформлению различают на: 1. Встроенные в системную плату; 2. Вставляемые в слот расширения или внутренние; 3.Внешние или подключаемые к внешним интерфейсам. 4. Комбинированные, т. е. имеющие модуль, вставляемый в слот расширения и внешний модуль, соединяемый с последним кабелем.

Открытая архитектура ПК. Что входит в состав основного комплекта ПК?

В августе 1981 года фирма IBM (International Business Machines Corporation), бросив вызов конкурентам, выпустила свой первый ПК. До появления ПК IBM все модели микрокомпьютеров имели закрытую архитектуру. Любая их модификация требовала достаточно высокой специальной квалификации в области электроники. До появления ее первого ПК, IBM была фирмой-производителем больших вычислительных систем и мини-ЭВМ, она просто перенесла модульный принцип их построения в структуру ПК. Единственным передовым шагом стало введение в конструкцию системной платы ПК IBM разъемов расширения для по дключения дополнительных устройств непосредственно к шине. Этим простым решением было достигнуто главное преимущество, заключающееся в разработке важнейшего принципа построения системы ПК - открытой архитектуры. Это качество поддерживается строго соблюдаемым правилом, выработанным производителями аппаратных и программных средств: все новые устройства и программы должны быть совместимыми по принципу "сверху - вниз", то есть последующие версии должны обслуживать все ранее существовавшие.

Базовый состав ПК включает обязательные компоненты: системный блок; монитор; клавиатура; мышь.