Отчет

»Технические средства компьютерных систем»

Лабораторная работа № 1

Изучение конструкции системного блока персо­нального компьютера. Материнская плата

1.Цель работы

Изучение конструкции системного блока и материнской пла­ты персональных компьютеров. Конструкция элементов опера­тивной памяти, карт расширения, микросхем процессора, chipset, слотов, разъемов и других составляющих материнской платы и ознакомление с их основными техническими характеристиками.

2.Содержание работы

• изучить конструкцию системного блока персонального ком­пьютера;

• изучить конструкцию материнской платы и элементов, на­ходящихся на ней;

• изучить конструкцию микросхем оперативной памяти, про­цессора;

• изучить конструкцию карт расширения и разъемов;

• определить основные характеристики изучаемых уст­ройств.

Изучение конструкции системного блока персонального компьютера

В системном блоке расположена системная плата с установленными на ней центральными компонентами компьютера - процессором, оперативной памятью, вспомогательными схемами и щелевыми разъемами- слотами, в которые можно устанавливать платы расширения. В корпусе системного блока имеются отсеки для установки дисковых накопителей и других периферийных устройств трех и пятидюймового формата, а также блок питания. На задней стенке корпуса имеются отверстия для разъемов клавиатуры и некоторых других, а также щелевые прорези, через которые из корпуса выходят внешние разъемы, установленные на платах расширения. Платы (карты) расширения имеют краевой печатный разъем, которым они соединяются со слотами шин ввода/вывода, и металлическую скобу, которая закрепляет плату на корпусе. На этой скобе могут быть установлены внешние разъемы. Габаритные и присоединительные размеры плат, способ их крепления и шины ввода/вывода унифицированы.

Компоновка традиционного системного блока:

1. Системная плата; 2- карта расширения ISA; 3 – карта расширения PCI; 4- органы лицевой панели; 5 – динамик; 6,7 – отсеки 3'' и 5'' накопителей;

8 – блок питания.

Все типы корпусов позволяют использовать стандартные платы расширения и довольно широкий ассортимент системных плат.

Изучение конструкции материнской платы и элементов, находящихся на ней

Системная (материнская) плата ( Mother Board ) является главной платой PC, на которой размещаются все его основные элементы, линии соединения и разъемы для подключения внешних устройств.

Тип установленной материнской платы определяет общую производительность системы, а также возможности по модернизации PC и подключению дополнительных устройств. На материнской плате PC находятся следующие элементы:

1. Процессор, установленный в специальный разъем. Как правило, на процессор устанавливается радиатор с вентилятором.

2 .Микросхемы кэш-памяти второго уровня (внешней). В современных процессорах эти микросхемы устанавливаются на плату картриджа CPU.

3. Разъемы (слоты) для установки модулей оперативной памяти.

4. Разъемы (слоты) для установки карт расширения. Современные модели оборудованы слотом AGP .

5 .Микросхема перепрограммируемой памяти (EEPROM),в которой хранятся программы BIOS, тестирования PC, загрузки операционной системы, драйверы устройств, начальные установки (CMOS SETUP) и т.п.

6 .Разъемы для подключения накопителей HDD,FDD,CD-ROM, последовательные порты для подключения периферийных устройств, параллельные порты для подключения принтера ,сканеров некоторых типов и т.д.

7 .Набор микросхем (Chipset) высокой степени интеграции для управления обменом данными между всеми компонентами PC.

8. Аккумуляторная батарея для питания микросхемы памяти CMOS, в которой хранятся текущие настройки BIOS( CMOS Setup) и электронного таймера (системных часов).

Центральный процессор.

Схема CPU

Центральный процессор (CPU) представляет собой сложную, в высокой степени интегрированную микросхему, выполняющую ,одновременно, множество различных функций. Именно здесь выполняются арифметические и логические операции, расшифровываются и выполняются команды. Процессоры состоят из миллионов транзисторов, объединенных в одну микросхему. В электронных схемах транзисторы используются как усилители и переключатели. Главную интегральную схему компьютера ,содержащую CPU, иногда называют просто чипом (chip). Чип, к которому добавлены память и устройства ввода/вывода ,превращаются в компьютер. Производительность CPU характеризуется следующими основными параметрами:

1. Степень интеграции

2. Внутренняя и внешняя разрядность обрабатываемых данных.

3 .Тактовая частота

4. Память, к которой может адресоваться CPU.

5. Объем установленной кэш-памяти.

Электронная память.

Память является одним из основных элементов любой вычислительной системы. Основная или оперативная память (Main Memory) компьютера используется для оперативного обмена информацией (командами и данными) между процессором, внешней памятью (например, дисковой) и периферийными подсистемами (графика, ввод/вывод, коммуникации и т.п.). Требования ,предъявляемые к основной памяти, следующие:

1. большой (для электронной памяти) объем, исчисляемый единицами ,десятками и даже сотнями Мбайт;

2. быстродействие и производительность, позволяющие реализовать вычислительную мощность современных процессоров;

3. высокая надежность данных

Основными характеристиками элементов (микросхем) памяти являются:

Тип

Емкость

Разрядность

Быстродействие

Временная

Микросхемы памяти. Разрядность модулей памяти определяется разрядностью микросхем памяти, установленных на плате.30-контактные SIMM- модули- 8 –разрядные ,72- контактные SIMM – модули-32-разрядные, а DIMM-модули -64-разрядные.

В конструкции модулей предусмотрены два ключа для правильного позиционирования DIMM- модулей в слоты на материнской плате.

Первый ключ расположен между контактами 10 и 11; он служит для определения типа памяти модуля (EDO DRAM или SDRAM)

Второй ключ расположен между контактами 40 и 41; он служит для определения напряжения питания модуля (5B или 3,3B)

Шины. Совокупность линий (проводников на материнской плате),по которым обмениваются информацией компоненты и устройства компьютера ,называются шиной(Bus).Шина предназначена для обмена информацией между двумя и более устройствами. Шина, связывающая только два устройства, называется портом. Обычно шина имеет места для подключения внешних устройств, которые в результате сами становятся частью шины и могут обмениваться информацией сов семи другими подключенными к ней устройствами. Линии шины делятся на три группы в зависимости от типа передаваемых данных:

Линии данных ( шина данных)

Линии адреса (шина адреса)

Линии управления (шина управления)

Шина имеет собственную архитектуру, позволяющую реализовать важнейшие ее свойства – возможность параллельного подключения практически неограниченного числа внешних устройств и обеспечение обмена информацией между ними.

Лабораторная работа № 2

Изучение конструкции видеосистемы персональ­ного компьютера

1. Цель работы

Изучение конструкции видеосистемы персональных компьютеров. Ознакомление с их техническими характеристиками.

2. Содержание работы

• изучить типы мониторов;

• изучить типы видеоадаптеров и их стандарты;

• изучить конструкцию видеоадаптеров;

• определить основные характеристики изучаемых устрой­ств;

Изучение типов мониторов

Электронно-лучевой монитор. Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) представляет собой электронный вакуумный прибор в стеклянной колбе, в горловине которого находится электронная пушка, а на дне – экран, покрытый люминофором.

Конструкция электронно-лучевого монитора

В большинстве мониторов частота регенерации (частота вертикальной развертки) во многих режимах приблизительно равна 85 Гц, то есть изображение на экране обновляется 85 раз в секунду.

Экраны мониторов могут быть двух типов: выпуклые и плоские.

Разрешающая способность, или разрешение монитора – это размер минимальной детали изображения, которую можно различить на экране. Данный параметр характеризуется количеством разложения – пикселей - по горизонтали и вертикали экрана.

Конструкция ЭЛТ выпуклого и плоского типов

Жидкокристаллический дисплей. Существует несколько разновидностей жидкокристаллических дисплеев: монохромный с пассивной матрицей, цветной с пассивной матрицей, цветной (аналоговый) с активной матрицей и самый современный цветной (цифровой) с активной матрицей.

Внешний вид обычного жидкокристаллического монитора

На ячейки ЖКМ с пассивной матрицей подается пульсирующее напряжение, поэтому они уступают по яркости изображению ЖКМ с активной матрицей, в каждую ячейку из которых подается постоянное напряжение. В ЖКМ с активной матрицей каждой ячейкой управляет отдельный транзисторный ключ. В ЖКМ установлено определенное количество транзисторов и поэтому дисплеи такого типа не работают на нескольких частотах. Все пиксели на экране имеют фиксированный размер. Существует два основных стандарта цифровых ЖКМ:

Стандарт DFP ,принятый Ассоциацией по стандартам в области видеоэлектроники (VESA) в феврале 1999 года.

Стандарт DVI ,принятый DDWG в апреле 1999 года.

Видеоадаптер. Видеоадаптер формирует сигнал управления монитором .Большинство видеоадаптеров поддерживают по крайней мере один из следующих вариантов:

MDA, HGC, CGA, VGA, SVGA, XGA.

Видеоадаптеры компьютеров поддерживают несколько стандартных разрешений, приведенных ниже вместе с общепринятыми наименованиями режимов:

Разрешение, пиксели Наименование режима

640x480 VGA

800x600 SVGA

1024x768 XGA

1280x1024 UVGA

1600x1200 -

Конструкции разъемов видеоадаптеров и ЖК мониторов

Компоненты видеоадаптеров. Для работы видеоадаптеров необходимы следующие компоненты:

- BIOS- базовая система ввода/вывода

- Графический процессор, иногда называемый набором микросхем системной логики видеоадаптера

- Видеопамять

- Цифроаналоговый преобразователь, он же DAC

- Разъем

- Видеодрайвер

Конструкция разъема адаптера SVGA

BIOS. Видеоадаптеры имеют свою BIOS, она содержит основные команды, которые представляют интерфейс между оборудованием видеоадаптера и программным обеспечением.

Графический процессор. Архитектура предполагает включение в состав видеоадаптера собственного процессора, который выполнял бы все вычисления, необходимые для построения изображения.

Видеопамять. При формировании изображения видеоадаптер обращается к памяти. Дополнительная память позволяет повысить разрешение изображения и количество воспроизводимых цветов.

Цифроаналоговый преобразователь. ЦАП (RAMDAC) преобразует генерируемые компьютером цифровые изображения в аналоговый сигнал, которые может отображать монитор, его быстродействие измеряется в МГц; чем быстрее процесс преобразования, тем выше вертикальная частота регенерации.

Конструкция платы видеоадаптера

Шина. Скорость обработки видеоинформации зависит от используемой в компьютере системной шины (ISA,EISA, или MCA).Шина ISA 16-разрядная,с тактовой частотой 8,33 МГц. Шины EISA и MCA -32 –разрядные с тактовой частотой менее 10 МГц. В настоящее время используются шины PCI и три разновидности шин AGP- 1x,2-x,4-x, AGP 1x с тактовой частотой 66 МГц ,AGP 2 x-133МГц.

Лабораторная работа № 3

Изучение конструкции устройств внешней памяти персонального компьютера

1.Цель работы

Изучение принципов построения устройств внешней памяти персональных компьютеров и ознакомление с их основными техническими характеристиками.

2.Содержание работы

• изучить конструкции накопителей на гибких дисках, винче­стеров, CD-R и других устройств;

• определить основные характеристики изучаемых уст­ройств.

Накопители на гибких дисках.

Конструктивно FDD состоит из большого числа механических элементов и малого числа электронных, поэтому для надежной работы дисковода в значительной степени необходима устойчивая работа механики привода. В дисководе имеются четыре основных элемента:

Рабочий двигатель

Рабочие головки

Шаговые двигатели

Управляющая электроника

Двигатель включается только тогда, когда в дисковод вставлена дискета и задвижка дисковода защелкнута. Дисковод оснащен двумя комбинированными головками(для чтения и записи каждая),которые располагаются над рабочей поверхностью дискеты. Для записи и считывания информации используются магнитные головки, представляющие собой миниатюрные катушки индуктивности, намотанные на магнитном сердечнике с зазором.

При записи головка намагничивает участок магнитного слоя, проходящий под рабочим зазором, в направлении, определяемом направлением протекающего тока. При проходе намагниченных участков поверхности около индуктивной головки считывания в момент смены направления намагниченности в ней наводятся импульсы ЭДС, полярность которых определяется знаком смены направления. Позиционирование головок выполняется при помощи двух двигателей. Эти двигатели под действием серии импульсов, подаваемых на их обмотки, способны поворачивать свой вал на определенный угол. Этот угол может быть только кратен минимальному шагу, определяемому конструкцией двигателя. Вращательное движение вала шагового двигателя преобразуется в поступательное с помощью червячного механизма или металлической ленты, намотанной на вал. Таким образом, поворот вала двигателя на один шаг приводит к перемещению блока головок на один цилиндр. В современных накопителях применяют привод головок с подвижной катушкой, работающий по принципу звуковой катушки динамика. В таком приводе блок головок связан с катушкой индуктивности, помещенной в магнитное поле постоянного магнита. При протекании тока через катушку на нее начинает действовать сила, пропорциональная силе тока, которая вызовет перемещение катушки, а следовательно, и блока головок. Привод может быть линейным и поворотным. В накопителе с линейным приводом катушка с блоком головок перемещается по радиусу дисков. В накопителе с поворотным приводом блок головок с катушкой размещен на поворотной рамке, и траектория головок отличается от радиальной.

Схема привода головок дискового накопителя

В большинстве современных накопителей на жестких дисках применяется поворотный привод. Управляя направлением и силой тока, можно быстро перевести блок головок в любое положение – произвольное, а не по фиксированным шагам.

Винчестеры.

Физические размеры винчестеров стандартизированы параметром, называемым форм-фактор. Сейчас практически во всех настольных PC применяются HDD с форм – фактором 3,5''.Накопители с форм-фактором 3,5 '' имеют несколько стандартных значений высоты (толщины): 2,6'',1''.3/4,0,5''.В жестких дисках информация записывается на магнитный слой диска. Этот диск сделан из жесткого материала, чаще всего алюминия. В корпусе из прессованного алюминия объединены такие элементы винчестера, как управляющий двигатель, носитель информации (диски), головка чтения/записи и электроника.

Винчестер состоит из нескольких одинаковых дисков, расположенных друг под другом. От количества дисков зависит общий объем памяти HDD. Головки чтения/записи соответствуют рабочим головкам дисковода. Для каждого диска имеется пара таких головок, которые приводятся в движение и позиционируются шаговым двигателем. Все головки расположены «гребнем». Позиционирование одной головки обязательно вызывает аналогичное перемещение и всех остальных.

Конструкция винчестера

Рабочий двигатель приводит пакет дисков во вращение, скорость которого в зависимости от модели находится в пределах 3000-7000 об/мин, а это означает, что головки движутся с относительной скоростью 60-120 км/час. Винчестер должен быть установлен только вертикально или горизонтально. Головки чтения /записи парят на воздушной подушке.

Логическая структура винчестера, состоящего из нескольких дисков

Внутри корпуса винчестера находится воздушная щель, которая снабжена микрофильтром для того чтобы защитить материал диска от пыли. Другой фильтр удаляет частицы, образующиеся в результате работы механических частей

Конструкция фильтра и системы охлаждения винчестера.

Винчестеры, в первую очередь, подразделяются по виду и способу расположения хранимой на них информации:

IDE

SCSI

В IDE HDD управляющая электроника расположена не в контроллере, а в винчестере. Нет необходимости формировать на низком уровне. При приобретении необходимо выполнить следующее:

Записать в CMOS Setup его параметры

Разбить винчестер на разделы

Отформатировать его средствами операционной системы. IDE HDD обрабатывают данные совместно с шиной ввода/вывода.

SCSI-винчестеры имеют самую высокую скорость обмена данными.Но их достоинством является не только скорость обмена информацией, сколько вся SCSI –система как таковая .SCSI Host-адаптер может управлять не только винчестером ,но и всеми периферийными устройствами ,которые подключены к нему и поддерживают протокол SCSI.

Приводы CD-ROM.

Конструкция привода CD-ROM

При записи компакт-диск обрабатывается лазерным лучом (без механического контакта), выжигающим тот участок, который хранит логический ноль. В результате на поверхности образуются маленькие углубления, так называемые питы.

Современные модели имеют размеры дисковода 5,25''.

Компакт – диск представляет собой металлизированный пластмассовый диск диаметром 110 мм и толщиной 1,2 мм. На верхнюю сторону наносится светоотражающий алюминиевый слой, который покрыт защитным лаком для предотвращения повреждений. Питы располагаются не на концентрических окружностях, а идут по спирали. Ширина пиитов составляет 0,6 мкм, а расстояние между дорожками- 1,6 мкм. Этим и обеспечивается огромная емкость этого носителя информации.

Лабораторная работа № 4

Форматирование и тестирование жесткого диска персонального компьютера