Критерии оценки КУРСОВОЙ работы

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к курсовой работе

по дисциплине «Архитектура вычислительных систем»

для студентов специальности 1-36 04 02 «Промышленная электроника» заочной формы обучения

по теме:

«Исследование характеристик устройств из состава архитектуры ПЭВМ»

Новополоцк

ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ КУРСОЙ РАБОТЫ

Текстовая часть курсовой работы оформляется на листах формата А4 в соответствии с ГОСТ 2.105-95 ЕСКД «Общие требования к текстовым документам» и представляется сброшюрованной в папке-скоросшивателе. Порядок брошюровки следующий:

1) титульный лист, номер страницы не указывается;

2) задание на курсовую работу, оформленное на стандартном бланке, номер страницы не указывается;

3) содержание (оглавление) – оформляется на листе со стандартной рамкой и основной надписью по форме для текстовых документов в соответствии с ГОСТ 2.104, номер страницы – 3-ий (на всех последующих листах – нумерация страниц по порядку);

4) введение – не нумеруется, оформляется на листах со стандартной рамкой (весь последующий текстовый материал также);

5) основная часть, соответствующая заданию на курсовую работу;

6) заключение – не нумеруется;

7) список использованной литературы – не нумеруется;

8) графический материал оформляется в виде приложений.

Объем пояснительной записки составляет ориентировочно 30-40 страниц формата А4.

Шрифт записки - «Times New Roman» 14 через 1,5 интервала.

Графическая часть выполняется на листах формата А3 или А4.

Критерии оценки КУРСОВОЙ работы

При приеме и проверке работы преподаватель-руководитель в целом оценивает, насколько ее автор:

· в полном объеме справился с разработкой темы;

· самостоятельно выполнил схемы в приложении;

· последовательно, логически связанно построил изложение;

· продемонстрировал владение содержанием работы, доказал умение аргументировано отстаивать свою точку зрения;

· изучил достаточное количество теоретических материалов, включая новейшие источники;

· написал работу грамотно, техническим языком, придерживаясь научного стиля изложения;

· правильно, аккуратно оформил работу в соответствии с требованиями, изложенными в разделе 1.

Работа не принимается (возвращается на доработку) если:

· студент не проявил самостоятельности при подготовке работы, работа свелась к простому копированию доступных источников или, что вообще недопустимо! - дублированию работы других студентов;

· приложения №1 или №2 выполнены не самостоятельно, а использована вставка рисунка, скриншота или фотографии, найденных в интернете схем;

· отсутствуют подписи студента на чертежах и титульном листе

· не полностью выполнено задание на курсовую работу (пропущены отдельные пункты задания) или допущены грубые ошибки;

· содержание работы не соответствует заданию;

· отсутствует титульный лист;

· отсутствует задание на курсовую работу;

· не оформлено содержание курсовой работы с указанием листов;

· отсутствует папка-скоросшиватель;

· во время защиты студент не смог отстоять основные результаты работы, не проявил должного уровня владения темой.

Студент, не сдавший или не защитивший курсовую работу, не допускается к экзамену по данной дисциплине.

*******

Курсовая работа в виде отпечатанного материала, сброшюрованная и подписанная студентом, сдается на кафедру Энергетики и электронной техники ауд. 419н (секретарю кафедры).

Для проверки работы в процессе выполнения, текст работы можно высылать руководителю работы по адресу его электронной почты: [email protected].

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ПО КУРСОВОЙ РАБОТЕ

Исходными данными являются: тип системной платы (по прайс-листу поставщика - http://www.nix.by), заданное устройство и используемое программное обеспечение для него, которые повариантно выбираются из таблицы согласно номеру в списке группы (номер варианта определяется порядковым номером в списке журнала группы).

№ вари-анта	Фирма -производитель системной платы	Тип системной платы	Заданное устройство на системной плате	Программы для обслужмвания устройства
	ASUS	Z9PR-D12	Контроллер VGA	функции BIOS
	ASRock	B75M-DGS	Контроллер USB +Flash	функции Win32 API
	MSI	H87M-P32	Контроллер USB +Gamepad	функции Win32 API
	GigaByte	GA-Z87P-D3	интервальный таймер	функции BIOS
	Intel	DH61CRB3	Контроллер HDD SATA	функции Win32 API
	ASRock	Q87M Vpro	Контроллер VGA	функции BIOS
	ASRock	Z77E-ITX	Контроллер Lan Ethernet	функции Win32 API
	ASUS	P8B-C/4L	Контроллер Lpt	функции BIOS
	ASUS	P9X79-E WS	Контроллер USB +Mause	функции Win32 API
	GigaBite	G1.Sniper M5	Контроллер AC’97 Audio	функции Win32 API
	ASRock	Z87 Extreme4	Контроллер VGA	функции BIOS
	GigaByte	GA-Z87X-UD3H	Контроллер HDD IDE	функции BIOS
	MSI	Z87-G3	Контроллер VGA	функции BIOS
	ASUS	Z87-K	Контроллер клавиатуры	функции BIOS
	ASUS	P9D-V	Контроллер прерываний	функции BIOS
	ASUS	P8Z77-V LX	Контроллер RS232C	функции BIOS
	ASRock	G41M-VS3	Контроллер CMOS BIOS	функции BIOS
	ASUS	Z8PE-D12x	Контроллер VGA	функции BIOS
	Intel	DH77EB	Контроллер AC’97 Audio	функции Win32 API
	ASRock	FM2A55M-VG3	Контроллер FDD	функции BIOS
	Intel	S5500BCR	Контроллер мыши PS/2	функции BIOS
	Intel	S3420GPV	Контроллер RS232C	функции BIOS
	Intel	DBS1200BTSR	Контроллер прерываний	функции BIOS
	BioStar	A57A	Контроллер Lan Ethernet	функции Win32 API
	BioStar	G41D3C	Контроллер HD Audio	функции Win32 API
	BioStar	TZ77XE4	интервальный таймер	функции BIOS
	MSI	970A-G46	Контроллер клавиатуры	функции BIOS
	EliteGroup	A960M-M3	Контроллер RAID	функции BIOS
	EliteGroup	X77H2-A3	Контроллер SCASI	функции BIOS
	EliteGroup	G31T-M9	Контроллер шины PCI	функции BIOS

СОДЕРЖАНИЕ РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ

Введение. Указываетсяназначение устройства из состава архитектуры вычислительных систем и шины связи с устройствами ввода-вывода ПЭВМ, для которых разрабатывается интерфейс.

1. Обзор системной (материнсукой) платы (МП): описание центрального процессора (ЦП), схемы оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), используемой шинной архитектуры и установленных устройств ввода-вывода, анализ ресурсов, требующихся для их работы (используемые прерывания, доступное адресное пространство, порты доступа и т.д.).

2. Исследование принципиальной схемы заданного устройства и его функциональной структуры, а также сопряжения с используемой шиной для связи с ЦП.

3. Описание протоколов обмена даннымиисследуемого устройства через шину сопряжения с ЦП ПЭВМ или через систему ввода-вывода с подключаемыми внешними устройствами (ВУ).

4. Рассмотрение основных программ или функций BIOS для обеспечения интерфейса связи с заданным устройством.

Заключение. Описываются перспективы использования и развития интерфейса данного типа.

Приложения:

1. Общая схема используемой системной (материнской) платы.

2. Принципиальная схема заданного устройства.

ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАЗРАБОТКЕ РАЗДЕЛОВ РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ

При формировании содержания пояснительной записки следует ориентироваться прежде всего на обеспечение общей логики построения материала курсовой работы, принимая за основу структуру содержания, приведенную в задании.

Некоторые разделы пояснительной записки можно расширять, вводить подразделы, но полностью исключать разделы не разрешается.

Конечное содержание пояснительной записки должно быть согласовано с руководителем курсовой работы в процессе ее выполнения.

Прежде всего необходимо выполнить поиск, накопление, проработку и систематизацию исходного материала по теме курсовой работы.

Во введении необходимо кратко сформулировать цель и основные задачи разрабатываемого устройства из состава архитектуры ВС.

Рекомендации по формированию раздела 1 пояснительной записки.

Общая техническая характеристика системной платы для заданной модели берется из технического руководства или из данных сайта производителя (электронные адреса некоторых производителей системных плат приведены в перечне дополнительных источников).

Студент самостоятельно разрабатывает и рисует структурную схему системной платы, пользуясь руководством по материнской плате или ее техническими характеристиками. Все поясняющие надписи на схеме даются только на русском языке.

Дополнительно разрешается приводить фотографии системной платы «в плане» и со стороны разъемов ввода-вывода.

В разделе приводятся конструктивные параметры слота для установки центрального процессора.

Определяется наличие мультипроцессорной системы.

Рассматривается линейка процессоров, совместимых с заданной моделью системной платы. Рассматриваются границы повышения производительности центрального процессора (оверклокинга), если он доступен в SETUP.

Приводятся характеристики ОЗУ и КЭШ-памяти, установленной на материнской плате, кратко излагается принцип ее работы.

Указывается тип используемой памяти (SD RAM, DDR, DDR2 и т.д.) и предельные технические характеристики (объем, напряжение питания и т.д.)

Дается характеристика системы двухканального доступа.

Приводится порядок настройки памяти, если он доступен в SE1TUP.

Рассматриваются варианты внутренних шин, установленных на системной плате (ISA, AGP, PCI, PCI-E и других).

Указывается разрядность шины, адресное пространство, частота, пропускная способность, мультиплексирование.

Приводится краткое описание интерфейсов ввода-вывода: RS232C, паллельный порт LPT, USB, FDD, ATA IDE, SATA (поддерживаемые типы RAID-массивов), PS/2, InfraRed, оптический выход, DVI, HDMI и т.д.

Наличие и характеристики встроенных устройств (видеоадаптера, сетевого адаптера, звукового адаптера и т.д.)

Блоки питания и возможности управления электропитанием ASPI.

Графическое изображение функциональной схемы системной платы с необходимыми пояснениями выносится в приложение № 1.

Рекомендации по формированию раздела 2 пояснительной записки.

Исследование заданного устройства из состава архитектуры вычислительной системы или его разработка должна начинаться с построения его функциональной схемы. При этом разработчик должен понимать, что все функции разрабатываемого устройства - это лишь различные составляющие общей функциональной структуры сложной вычислительной системы, характеризующиеся одним из многочисленных способов передачи информации от периферийных устройств к центральному процессору через систему ввода-вывода ПЭВМ.

Каждое из заданных устройств имеет в своем составе устройство управления, представляющее микропрограммный автомат, реализующий различные варианты асинхронного обмена цифровой информацией.

Используемая система ввода-вывода ПЭВМ обладает целым рядом принципиальных особенностей, которые должно поддерживать заданное устройство и его интерфейс.

Эти принципиальные особенности необходимо изложить в данном разделе и показать их реализацию на принципиальной схеме устройства:

- Каждое устройство имеет схему буферизации и схему подключения к внешней и (или) внутренней шине.

- Каждое используемое устройство ввода-вывода в обязательном порядке обладает адресом порта ввода-вывода данных.

- Каждое устройство ввода-вывода подключено к контроллеру прерываний и имеет свой постоянный или присваиваемый BIOS номер аппаратного прерывания.

- Некоторые устройства ввода-вывода (наиболее современные из них) подключены к устройствам арбитража и используют схемы транзакций, поддерживаемые соответствующими драйверами современных операционных систем (например, контроллеры SATA).

- Некоторые устройства используют возможности прямого доступа к памяти и подключены к контроллеру прямого доступа к оперативной памяти ПЭВМ и по этой причине располагают доступным адресным пространством, а также системой выбора каналов прямого доступа к нему (например, контроллеры FDD).

Само заданное устройство в зависимости от его функциональной структуры может поддерживать все возможности, предоставляемые ему шиной и соответствующим устройством ввода-вывода ПЭВМ, а может использовать только некоторые из них, что также необходимо отразить в пояснительной записке.

Интерфейс устройства кроме стандартной шины, подключаемой к системе ввода-вывода ПЭВМ, может содержать промежуточные схемы и (или) шины передачи информации. Например, использовать радиоканал, инфракрасный луч света или систему усиления сигнала типа «токовая петля» (RS-485). Описание дополнительных схем передачи информации и принципов их работы также необходимо привести в пояснительной записке.

Безусловно, разработка устройства сопряжения потребует навыков и знаний проектирования системотехнической аппаратуры, что не является непременным атрибутом данной работы (см. декларируемые цели проекта). Поэтому принципиальная схема заданного устройства может быть представлена в общем схемном решении (без представления электрической схемы устройства).

Поэтому принципиальная схема устройства может содержать:

- блок микропрограммного управления;

- блок генератора синхросигнала;

- блок буферизации данных;

- блок организации асинхронного обмена;

- блок присвоения и селектирования (распознавания) адресов;

- блок присвоения и использования номера прерывания;

- блок организации прямого доступа к памяти;

- другие блоки, определяемые спецификой заданного устройства.

Устройство может быть спроектировано для нескольких шин.

Так, например, простой манипулятор мышь может быть подсоединен к ПЭВМ с использованием нескольких типов интерфейсов: RS-232C, PS/2, USB, InfraRED, радиочастотного и т.д.. При этом основная конструкция манипулятора остается без изменений, меняется только функциональная структура устройства связи и программное обеспечение приема информации, поскольку меняются порты доступа и протоколы обращения к ним.

Графическое изображение принципиальной схемы заданного устройства выносится в приложение № 2.

Рекомендации по формированию раздела 3 пояснительной записки.

Схема передачи данных, представленных в цифровом виде (а все предлагаемые к разработке интерфейсы содержат такие схемы), предполагает наличие шины и протокола передачи данных по ним.

Итак, информация от разрабатываемого устройства через устройство сопряжения передается на шину. Устройство сопряжения может входить в состав периферийного устройства, либо контроллера шины, а может быть оформлено в виде самостоятельного устройства. В любом случае оно является неотъемлемой (аппаратной) частью разрабатываемого устройства!

Шина со стороны центрального процессора обязательно должна быть подключена к одному из многочисленных устройств системы ввода-вывода ПЭВМ. Другого способа подключения устройств к центральному процессору не существует!

Протокол передачи данных описывает механизмы синхронизации источника и приемника данных, а также формат пакетов передаваемых данных и порядок контроля сохранности информации в пакетах.

Шина или интерфейс не могут существовать сами по себе – все они служат для подключения любых устройств сопряжения, предназначенных для ввода или вывода информации пользователем этих устройств.

При этом:

- Шина, по которой передаются данные в систему ввода-вывода, может быть последовательной и иметь в своем составе систему мультиплексор-демультиплексор, либо параллельной.

- Шина может поддерживать синхронный или асинхронный режим передачи данных.

- Шина может содержать ряд сигналов оповещения и управления периферийными устройствами.

- Устройства поддержки шины (устройства сопряжения) могут содержать системы присвоения номеров подключаемых периферийных устройств (энумераторы шин) для их последующего распознавания или системы маршрутизации информационных потоков, поддерживаемые соответствующими программами-драйверами операционных систем.

В курсовом проекте должны быть достаточно четко систематизированы и представлены протоколы обмена (передачи данных) в виде временных диаграмм и описанием всех сигналов оповещения и управления вне зависимости от того: является шина мультиплексированной или нет.

Раздел должен содержать описание используемых протоколов обмена данными по шинам, а также описание сигналов оповещения и управления.

Рекомендации по формированию раздела 4 пояснительной записки.

Разработка прикладной программы, обеспечивающей работу заданного устройства не является целью настоящей работы, поэтому нет необходимости приводить полный листинг прикладной программы в тексте расчетно-пояснительной записки, достаточно привести лишь наиболее значимые фрагменты.

Все процессы ввода-вывода информации в ПЭВМ сопровождаются (организуются) программами-драйверами, поддерживающими типовые протоколы обмена.

Программы-драйвера могут быть в комплекте программного обеспечения операционной системы, либо разработаны самостоятельно с использованием соответствующего инструментария формирования исполняемых модулей для конкретных операционных систем (например, DDK - Device Development Kit для операционных систем Windows).

Прикладная программа использует массивы данных в заданном адресном пространстве с заданной периодичностью, формируемые драйверами обмена, либо помещает туда данные для передачи.

При наличии стандартного программного обеспечения, например, библиотек Win32 API или функций BIOS (DOS) можно ограничиться описанием их назначения и приведением в тексте записки примеров их использования для организации работы исследуемого устройства.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Колесниченко О.В., Шишигин И.В. Аппаратные средства РС. (Энциклопедия аппаратных ресурсов персональных компьютеров) – 4-е издание переработанное и дополненное. СПб:БХВ – Санкт-Петербург, 2003 г.

2. Гук М. Анатомия персонального компьютера. СПб:Питер – Санкт-Петербург, 2003 г.

3. Джордейн Роберт Справочник программиста персональных компьютеров типа IBM PC XT/AT, М.:Финансы и статистика, 1992 г.

4. Архитектура ПЭВМ. Справочник (Standard IBM PC)/под ред. Г. Карпова, М.:Эксмо, 2004 г.

5. Касаткин А.И. Управление ресурсами. Справочное пособие. Минск: Вышэйшая школа, 1993 г.

6. Касаткин А.И. Системное программирование. Минск: Вышэйшая школа, 1993 г.

7. Новиков Ю.В., Д.Г.Карпенко Аппаратура локальных сетей. Функции, выбор, разработка. М.: Эком, 1999 г.

8. Юров В., Хорошенко С. ASSEMBLER Учебный курс. СПб.: Питер – Санкт-Петербург, 1999 г.

9. Кулаков В. Программирование на аппаратном уровне. Специальный справочник. СПб.: Питер – Санкт-Петербург, 2001 г.

10. Несвижский В. Программирование аппаратных средств в WINDOWS. СПб.: БХВ-Петербург – Санкт-Петербург, 2004 г.

11. Финогенов К.Г. Основы разработки прикладных виртуальных драйверов. / КомпьютерПресс №№ 3-12, 2001 г. (http://www.cpress.ru)

12. Финогенов К.Г. Win32 Основы программирования. М:ДиалогМИФИ, 2006г.

13. Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем. – М.: Форум, 2008. – 512с.

14. Таненбаум Э. С. Архитектура компьютера. 5-е изд. (+CD). – СПб.: ЗАО «Питер», 2007. – 848 с.

15. НИКС – Компьютерный Супермаркет [Электронный ресурс]. Режим доступа свободный: http://www.nix.ru

16. С. Озеров, А. Карабуто. Новые шины. Часть 1. PCI Express — общая концепция и возможности [Электронный ресурс]. Режим доступа свободный: http://daily.sec.ru/publication.cfm?rid=45&pid=10862, http://daily.sec.ru/publication.cfm?rid=45&pid=10863.

Приложение

ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

ПОЛОЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Архитектура ВС»

по теме «Исследование характеристик устройства из состава архитектуры ПЭВМ»

Разработал Ф.И.О. студента

гр. ХХ-ВС

Проверил Ф.И.О. преподавателя

ХХХХг.

Полоцкий государственный университет

Факультет информационных технологий

«УТВЕРЖДАЮ»

Заведующий кафедрой ВС и С

________________( )

(подпись)

«___» хххххххххя 20ХХ г.

З А Д А Н И Е

По курсовой работе

Студенту группы хх-ПЭЛз Хххххххххх Хххххххххххх Хххххххххххххх

1. Тема: Исследование характеристик устройства из состава архитектуры ПЭВМ.

2. Сроки сдачи студентом законченной работы - 06.01.20хх г.

3. Исходные данные: тип системной платы ПЭВМ - Intel 430VX,

заданное устройство на системной плате - Контроллер ISA-Lpt,

прикладные программы для обслуживания устройства - собственной разработки.

4. Содержание пояснительной записки (перечень вопросов, подлежащих рассмотрению):

Введение. Назначение заданного устройства в архитектуре ПЭВМ.

1. Обзор системной (материнсукой) платы (МП): описание центрального процессора (ЦП), схемы оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), используемой шинной архитектуры и установленных устройств ввода-вывода, анализ ресурсов, требующихся для их работы (используемые прерывания, доступное адресное пространство, порты доступа и т.д.).

2. Исследование принципиальной схемы заданного устройства и его функциональной структуры, а также сопряжения с используемой шиной для связи с ЦП.

3. Описание протоколов обмена даннымиисследуемого устройства через шину сопряжения с ЦП ПЭВМ или через систему ввода-вывода с подключаемыми внешними устройствами (ВУ).

4. Рассмотрение основных программ или функций BIOS для обеспечения интерфейса связи с заданным устройством.

Заключение. Перспективы дальнейшего использования данного устройства в составе архитектуры ПЭВМ.

5. Перечень разрабатываемого графического материала по курсовой работе:

5.1. Общая схема используемой системной (материнской) платы.

5.2. Принципиальная схема заданного устройства.

6. Дата выдачи задания на курсовую работу: 30.10.20xx г.

7. Календарный график работы над заданием на весь период выполнения курсовой работы (с указанием сроков выполнения и трудоемкости отдельных этапов):

7.1. 25.11.20xx - 25 %

7.2. 08.12.20xx - 50 %

7.3. 22.12.20xx - 75 %

7.4. 05.01.20xx - 100 %

Руководитель:доцент, к.т.н. ___________________________________ (___________)

(подпись)

Задание принял к исполнению ___________________________________(___________)

(дата и подпись студента)

СОДЕРЖАНИЕ.

Лист

Введение. Контроллер шины ISA-Lpt………………………………………………..

1. Обзор системной (материнсукой) платы Intel 430VX…………………………..

2. Исследование принципиальной схемы контроллера шины ISA-Lpt……………….

2.1. Разработка блока буферизации сигналов магистрали………………………….

2.2. Разработка блока селектора адреса………………………………………………

2.3. Разработка блока асинхронного обмена по ISA…………………………………..

3. Описание протоколов обмена данными по шине ISA…………………………..

3.1. Особенности шины ISA………………………………………………………….

3.2. Сигналы шины ISA……………………………………………………………….

3.3. Адреса портов доступа шины ISA………………………………………………

3.4. Адресное пространство шины ISA………………………………………………

3.5. Поддерживаемые аппаратные прерывания шины ISA………………………..

3.6. Электрические характеристики линий шины ISA………………………………

3.7. Описание временных диаграмм входных и выходных сигналов

и протоколов обмена данными по шине ISA, используемых в

разрабатываемом интерфейсе………………………………………………………..

4. Рассмотрение основных программ или функций BIOS для обеспечения

работы контроллера параллельного обмена по шине ISA…….………………..

4.1. Разработка программ-драйверов и тестирующих программ……………………

4.2. Разработка прикладной программы использования контроллера

параллельного обмена по шине ISA…………………………………………………..

4.3. Рекомендации по наладке контроллера параллельного обмена………………

Заключение……………………………………………………………………………

Список использованной литературы………………………………………………..

Приложения:

1. Общая схема системной (материнской) платы Intel 430VX ………………….

2. Принципиальная схема контроллера ISA-Lpt…………………………………

Введение. Контроллер шины ISA-Lpt

Архитектура персонального компьютера типа IВМ РС с точки зрения разработчика устройства сопряжения (УС) или контроллера, обеспечивающего связь периферийного устройства и системы ввода-вывода ПЭВМ, ориентированного на шину ISA, может быть представлена в виде схемы (см. рис.1). Помимо центрального процессора, оперативной памяти, стандартных средств ввода/вывода, входящих в любую микропроцессорную систему, здесь следует отдельно выделить встроенные контроллеры прерываний и прямого доступа к памяти (ПДП), перестановщик байтов данных, программируемый таймер и контроллер регенерации памяти.

Все эти устройства, расположенные на материнской (системной) плате компьютера или вставленные в слоты 18А (устройства ввода/вывода), участвуют в обмене по магистрали и могут быть использованы разрабатываемыми УС.

Задатчиками (хозяевами) шины могут выступать центральный процессор (самая обычная ситуация), контроллер ПДП, контроллер регенерации и некоторые внешние платы. В каждом цикле обмена задатчиком всегда является только одно устройство. Контроллер ПДП захватывает магистраль (запрещает работу центрального процессора) на время прямой передачи информации между устройством ввода/вывода и памятью (по запросу устройства ввода/вывода). Контроллер регенерации периодически становится задатчиком магистрали для проведения циклов регенерации системной динамической памяти через заданные интервалы времени.

Обмен процессора с памятью и с другими устройствами осуществляется через локальную шину ISA.

Рис. 1. Структурная схема персонального компьютера.

Функции, выполняемые УС, можно разделить на две группы. К первой группе относятся интерфейсные функции, то есть те, которые обеспечивают обмен с выбранным интерфейсом компьютера (ISA, Centronics, RS-232С или какие-нибудь еще). Вторую группу образуют операционные или основные функции, ради которых, собственно, и создается УС.

Соответственно с этими двумя выделенными группами функций в структуре УС можно также выделить две части: интерфейсную и операционную. При этом подходы к проектированию устройств для этих двух частей имеют принципиальные отличия. Ведь операционные части различных УС могут быть самыми разнообразными. А вот интерфейсные части практически у всех УС одинаковы или очень похожи между собой, так как интерфейсные функции жестко определяются протоколом выбранного стандартного интерфейса. Конечно, интерфейсные части могут быть более или менее сложными в зависимости от задачи, решаемой УС, но все-таки все они состоят из одного и того же набора блоков и узлов, реализующих одинаковые функции и строящиеся, как правило, по стандартным схемам.

1. Обзор системной (материнсукой) платы Intel 430VX.

Схемотехнические решения со времен персональных компьютеров (PC) класса IBM XT развивались в двух направлениях: увеличение быстродействия и удобства ссборки компьютера. Эти критерии обязательно учитываются разработчиками компьютеров PC и узлов к ним.

Законодателем в области архитектуры персональных компьютеров по-прежнему остаются компании Intel и Microsoft, как основной производитель системного программного обеспечения.

Начиная с поколения процессоров Pentium, компания Intel взяла на себя разработку инфраструктуры всего системного блока в целом. В предшествующих поколениях PC внимание на разработку периферии Intel не концентрировала.

В данном обзоре архитектуры платы Intel 430VX пойдет речь о семействt периферии, созданной компанией Intel для поддержки поколений процессоров Pentium.

Рис. 1.1. Поколения процессоров Pentium

Процессор поколения Pentium по сравнению с предыдущими поколениями отличается рядом технических новшеств:

- тактовые частоты ядра процессора, начиная с 75МГц;

- тактовые частоты шины процессора, начиная с 50МГц;

- использование интерфейсов с синхронной передачей данных и управляющих сигналов;

- использование цифровой логики с меньшими логическими уровнями, позволяющей

- стабильно функционировать системе на частотах выше 30МГц;

- использование синхронной масштабируемой шины PCI;

- технология Plug & Play, позволяющая автоматически распределять разделенные ресурсы (порты, память, прерывания) и управлять функционированием устройств.

Все эти нововведения привели к необходимости изменить устоявшиеся принципы построения архитектуры системных плат для поколений 386-х и 486-х процессоров.

В первую очередь перечисленные нововведения повлекли за собой повышение степени интеграции компонентов системной платы и встраиваемых устройств. Это привело к тому, что потребовался новый принцип разделения системной платы на модули. Он должен быть удобным и положительно сказываться на быстродействии системы в целом.

Наиболее приемлемым вариантом является разделение компьютера на функциональные уровни с разной степенью интеграции (скорость, разрядность, синхронность/асинхронность) и при этом сохранение совместимости с архитектурой предыдущих поколений (от AT до 486-х). В этом случае каждый из уровней обладает своими техническими особенностями, а между ними необходимо установить гибкую и быстродействующую связь. Задача состоит в том, чтобы совместить части, разные по своей сути: создать мост между ними.

Можно выделить три уровня архитектуры, которые необходимо объединить в пределах одной системной платы:

Быстрая. (ЦПУ-ПЗУ) Использование быстрых процессоров влечет за собой увеличение скорости оперативной памяти. Это привело к тому, что память и процессор объединены в один блок, имеющий соединение с остальными частями компьютера.

Гибкая. Системная плата должна быть масштабируемой, чтобы была возможность подключения большого количества устройств с различной скоростью обмена данными в том числе и старой конструкции для шины ISA.

Совместимая. Необходима возможность подключения устройств, работающих по асинхронным принципам ISA, IDE. ROM BIOS. COM порты, LPT порты, FDD контроллер, контроллер клавиатуры и т. д.

Решением этой задачи стал уже разработанный к моменту появления процессора Pentium стандарт шины PCI. В этот стандарт были заложены так называемые мосты, выполняющие функции соединителей цифровых схем с различными характеристиками с синхронной шиной PCI, что позволяет объединить как синхронную, так и асинхронную передачу данных. Причем, эта шина не обладает выделенным направлением и соответственно «главным» соединителем, что позволяет на ее основе собирать многопроцессорные системы.

В стандарт PCI заложена технология Plug & Play. Ее основа - это пространство конфигурации. Каждое устройство содержит массив байтов. Все массивы устройств и образуют это пространство. Количество этих массивов ограничено числом устройств, которые установлены и места, в которые устройства могут быть установлены. Назначение одних строго определено спецификацией PCI. а остальные могут использоваться для специфических настроек.

Как удобно расположить соединители на системной плате и сколько их нужно? Все быстрые синхронные низковольтные логические устройства объединили в микросхему с названием северный мост, обеспечивающую работу процессора. С одной стороны микропроцессор и 2х уровневая память, с другой стороны PCI. к которой подсоединены другие соединители.

Вес асинхронные соединители было удобно расположить в одну микросхему южного моста, хотя в первых системных платах поколения Pentium можно было встретить южный мост, состоящий из нескольких микросхем.

Таким образом набор микросхем или чип-сет состоит из северного и южного моста. Эти названия используются в большом количестве компьютерной литературы.

Рассмотрим Intel чип сеты, относящиеся к поколению Pentium: 430FX. 430VX. 430НХ, 430ТХ.

Па рисунке Приложение 1 показана общая функциональная схема материнской платы на базе чип сета 430VX. (другие чип сеты имеют незначительные отличия, которые сведены в таблицы 1 и 2).

Преобразователь напряжения питания для низковольтной цифровой логики.

Впервые он появился на системных платах для 486-х процессоров с питанием 3.3v. Это связано с тем. что цифровая логика с напряжением питания от 5v не может стабильно работать на частотах выше 30 - 40МГц.

В рассматриваемой системе установлено два преобразователя напряжения:

"Core" - преобразователь питает ядро процессора.

"I/O" - преобразователь питает систему ввода/вывода процессора и устройства подсоединенные к шине процессора: северный мост, КЭШ, память SDRAM.

Необходимость в отдельном преобразователе для ядра процессора возникла при переходе на процессоры с тактовыми частотами ядра более 133МГц. что в свою очередь требует напряжение питания меньше 3.3V.

Шина имеет значительно меньшую тактовую частоту, но большую чем 33МГц. поэтому шина питается от источника в 3.3V.

Напряжение стабилизации источника "Core" должно быть регулируемое. Это необходимо для поддержки различных типов процессоров. Напряжение питания "I/O" может быть как фиксированным, так и регулируемым.

Рис. 1.2. Импульсный преобразователь напряжения.

Импульсный блок питания (преобразователь напряжения). Принципиальная схема импульсного блока питания показана на рисунке 1.2. Он состоит из микросхемы управления SC115O (SEMTECH) и инвертора напряжения, собранного на элементах Ql, Rl, D1, Сб.

Перестройка выходного напряжения осуществляется цифровым кодом на входах VID0 - VID3. Шаг перестройки 0.1V. Такой преобразователь обладает высоким КПД. что значительно уменьшает нагрев элементов Q1 и D1. Рабочая частота 200КГц. Недостатком я<