Архитектура_ПЭВМ

КАФЕДРА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ КИБЕРНЕТИКИ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторной работы № 1 «Структура ПЭВМ»

по курсу «Информатика и компьютерная техника» (для студентов всех специальностей и студентов-иностранцев

подготовительного отделения I курса всех форм обучения)

Рекомендовано на заседании кафедры ЭКиИТ

Протокол № 5 от 10.02.2009

Утверждено на заседании методсовета ДонГТУ

Протокол № 5 от 13.03.2009

Алчевск

ДонГТУ

2009

УДК У.в6

Методические указания к выполнению лабораторной работы №1 «Структура ПЭВМ» по курсу «Информатика и компьютерная техника» (для студ. всех спец. и студентов-иностранцев подготовительного отделения I курса всех форм обуч.) /Сост.: О.А. Голда. – Алчевск:

ДонГТУ, 2009. – 38с.

Составитель	О.А. Голда, ассист.
Ответственный редактор	С.И. Зайцев, проф.
Ответственный за выпуск	Л.А. Мотченко, инж.

УДК У.в6

Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи №1 «Структура ПЕОМ» за курсом «Інформатика й комп'ютерна техніка» (для студ. всіх спец. й студентів-іноземців підготовчого відділення I курсу всіх форм навч.) /Укл.: О.А. Голда. – Алчевськ: ДонДТУ, 2009.

– 38с.

Укладач	О.О. Голда, асист.
Відповідальний редактор	С.І. Зайцев, проф.
Відповідальний за випуск	Л.А. Мотченко, інж.

2

	СОДЕРЖАНИЕ
1 Архитектура ПЭВМ .............................................................................		4
2 Системный блок ...................................................................................		6
2.1	Корпус.............................................................................................	6
2.2	Системная (материнская) плата .....................................................	8
2.3	Процессор .......................................................................................	9
2.4	Системная шина ...........................................................................	11
2.5	Оперативная память .....................................................................	12
2.6	Графическая карта........................................................................	13
2.7 BIOS..............................................................................................		14
2.8	Жесткий диск................................................................................	16
3 Внешние запоминающие устройства.................................................		17
3.1	Оптические накопители................................................................	17
	3.1.1 CD-ROM, CD-R,CD-RW.......................................................	18
	3.1.2 DVD-ROM ............................................................................	19
	3.1.3 BLU-RAY .............................................................................	20
3.2	USB Flash Drive ............................................................................	21
4 Устройства ввода/вывода информации .............................................		21
4.1	Устройства ввода информации ....................................................	21
4.2	Устройства вывода информации..................................................	23
	4.2.1 Мониторы .............................................................................	23
	4.2.2 Принтеры..............................................................................	24
5 Локальные вычислительные сети ......................................................		26
5.1	Преимущества ВС ........................................................................	28
	5.1.1 Разделение ресурсов.............................................................	28
	5.1.2 Многопользовательский режим ...........................................	29
5.2	Виды сетей....................................................................................	29
	5.2.1 Одноранговые сети...............................................................	29
	5.2.2 Иерархические сети..............................................................	30
5.3	Топологии вычислительной сети .................................................	31
	5.3.1 Топология типа звезда..........................................................	31
	5.3.2 Кольцевая топология............................................................	32
	5.3.3 Шинная топология ...............................................................	33
	5.3.4 Преимущества и недостатки топологий ..............................	35
Задание..................................................................................................		36
Требования к отчету..............................................................................		37
Контрольные вопросы ..........................................................................		38

3

Цель работы: ознакомление с основными устройствами персональной ЭВМ (ПЭВМ), их назначением и краткими характеристиками.

1 АРХИТЕКТУРА ПЭВМ

Компьютер (англ. computer – «вычислитель») – машина для проведения вычислений. При помощи вычислений компьютер способен обрабатывать информацию по заранее определённому алгоритму. Кроме того, компьютеры способны сохранять информацию и осуществлять поиск информации, выводить информацию на различные виды устройств вывода информации. Своё название компьютеры получили по своей основной функции – проведению вычислений. Однако в настоящее время полагают, что основные функции компьютеров – обработка информации и управление.

В активное употребление термин был введён в конце 1970-х годов компанией Apple Computer для своего компьютера Apple II и впоследствии перенесён на компьютеры IBM PC. Некоторое время персональным компьютером называли любую машину, использующую процессоры Intel и работающую под управлением операционных систем DOS, OS/2 и первых версий Microsoft Windows. С появлением других процессоров, поддерживающих работу перечисленных программ, таких, как AMD, Cyrix (ныне VIA), название стало иметь более широкую трактовку.

Архитектура персонального компьютера – это компоновка его основных частей, таких как процессор, ОЗУ, видеоподсистема, дисковая система, периферийные устройства и устройства ввода-вывода

(рис. 1.1).

Чипсет – это набор микросхем материнской платы для обеспечения работы процессора с памятью и внешними устройствами.

Раньше компьютер имел до 2-х сотен микросхем на материнской плате. Современные компьютеры содержат две основные большие микросхемы чипсета:

− контроллер-концентратор памяти (MCH) или Северный мост (North Bridge), который обеспечивает работу процессора с памятью и с

4

видеоподсистемой;

− контроллер-концентратор ввода-вывода (ICH) или Южный мост (South Bridge), обеспечивающий работу с внешними устройствами.

Выбор типа чипсета зависит от процессора, с которым он работает, и определяет разновидности внешних устройств (видеокарты, винчестера и др.).

Рисунок 1.1 – Структура ПЭВМ

Компоненты персонального компьютера представлены ниже, в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Компоненты персонального компьютера

	Наименование		Состав
	Системный	Блок питания, система охлаждения, материнская пла-
		та,	центральный процессор, шины, видеокарта,
	блок
		звуковая плата, сетевая плата

5

Продолжение таблицы 1.1

	Наименование		Состав
	Компьютерная	Оперативная	память,	твердотельный	накопитель
	память	(флеш-память), жёсткий диск
	Запоминающие	Дисковод (дискета), стример, оптический привод (cd,
	устройства	dvd, blu-ray disc)
	Устройства	Монитор,	колонки,	наушники,	принтер,
	вывода	графопостроитель (плоттер)
	Устройства	Клавиатура,	мышь,	микрофон, световое перо,
		графический	планшет,	тачпад, трекбол,	сенсорный
	ввода
		экран, сканер
	Игровые уст-	Джойстик, руль, штурвал, педали, пистолет, геймпад,
	ройства	дэнспад, трекер
	Прочее	Модем, ИБП, TV-тюнер

2 СИСТЕМНЫЙ БЛОК

Системный блок – корпус, в котором находятся основные функциональные компоненты персонального компьютера.

В системном блоке расположены:

−материнская плата с установленным на ней процессором, ОЗУ, картами расширения (видеоадаптер, звуковая карта);

−отсеки для накопителей – жёстких дисков, дисководов CDROM и т. д.;

−блок питания.

2.1 Корпус

Форм-фактор (от англ. form factor) – стандарт технического изделия описывающий некоторую совокупность его технических параметров, например форму, размер, положение и типы разъёмов, требований к вентиляции, напряжениям и прочих параметров.

6

Полная башня (Full Tower): Размеры такого корпуса: ширина 1520см, высота 50-60см. Такой корпус имеет от 4 до 9 отсеков для устройств 5.25 дюймов (пример: привод DVD-ROM), имеет от 6 до 12 отсеков под устройства 3,5 дюймов (пример: жесткий диск), имеет возможность для установки семи карт расширения (например, TV-тюнер, звуковая карта). Так же такой корпус вмещает полноразмерную системную плату ATX (об их размерах мы поговорим позже). Корпуса такого типа самые большие, и вместимость различного «железа» у них огромна. В этом случае все зависит уже от системной платы – сколько она позволяет подсоединять жестких дисков, плат расширения, (которые потом находят себе место в просторе корпуса) и пр.

Применяются полные башни, в основном, для мощных компьютеров, ориентированных исключительно на высокую производительность, т.к. такие системные блоки содержат в себе много комплектующих, которые как известно выделяют много тепла, а в таком большом корпусе охлаждение не затруднено.

Средняя башня (Mid Tower): Самый распространенный размер среди домашних настольных компьютеров. Его размеры: ширина 1520см, высота 43-45см. Такие корпуса способны вместить полноразмерную системную плату ATX, полноразмерные блок питания, несколько жестких дисков и достаточно много жестких дисков. Размеры приемлемые и для высокопроизводительных ПК, и для обычного среднего домашнего компьютера. Пространство внутри корпуса позволяет циркулировать воздушным потокам внутри, обычно не затрудняя охлаждение корпуса и устройств.

Мини-башня (Mini Tower): В основном распространены в секторе офисных компьютеров. Из-за своих маленьких размеров (ширина 15-20см, высота 33-35см) они позволяют устанавливать немного: (1-2 оптических привода, 1-2 жестких диска и примерно 4 слота расширения) и устройства средней или ниже производительности. Во-первых, по причине размеров, а во-вторых, по причине нагрева. Места в таком корпусе мало, и поэтому требования к температуре устройств выше, чтобы избежать лишнего шума вентиляторов и перегрева устройств. Но в такой корпус можно уместить комплектующие, которых вполне

7

достаточно для офисной работы с текстом, презентациями и электронными таблицами.

Мини-ПК (Small Form Factor). При своих размерах (ширина 20 см, высота 18-23 см) они вмещают не более 2 слотов расширения, немного жестких дисков и подразумевают компактный блок питания. В этом случае, что пользователь будет в основном пользоваться компонентами встроенными в системную плату (которая тоже маленькая) такими как встроенные платы видео и звук. Их использование: как офисные ПК или как основа домашнего кинотеатра.

Так же существуют еще и форм-факторы Микро-ПК (которые обладают еще меньшими по сравнению с Мини-ПК габаритами, но изза своих рамеров имеют и еще большие ограничения) и настольные (горизонтальные корпуса, находящиеся на столе).

2.2 Системная (материнская) плата

Важнейшим узлом компьютера является системная плата (system board), иногда называемая материнской (motherboard), основной или главной платой (main board). Системные платы выпускаются в нескольких вариантах. Они отличаются размерами, или формфакторами. Формфактор системной платы определяет тип корпуса, в котором ее можно установить.

Название происходит от англ. motherboard, иногда используется сокращение MB или слово mainboard – главная плата.

Основные компоненты, установленные на материнской плате:

−процессор;

−чипсет.

Северный мост (англ. Northbridge), системный контроллер, обеспечивает подключение процессора к узлам, использующим высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический контроллер.

В качестве шины для подключения графического контроллера на современных материнских платах используется PCI Express. Ранее эту нишу занимали шины AGP и PCI.

8

Южный мост (англ. Southbridge), периферийный контроллер, содержит контроллеры периферийных устройств (контроллер НЖМД, контроллер Ethernet, аудио-контроллер), контроллеры шин для подключения периферийных устройств (шины PCI, PCI-Express и USB), а также контроллеры шин, к которым подключаются устройства, не требующие высокой пропускной способности (шина LPC используется для подключения загрузочного ПЗУ, также шина LPC используется для подключения мультиконтроллера (англ. Super I/O) – СБИС, обеспечивающей поддержку «устаревших» низкопроизводительных интерфейсов передачи данных: последовательного и параллельного интерфейсов, контроллера клавиатуры и мыши).

Как правило, северный и южный мосты реализуются в виде отдельных СБИС, однако существуют и одночиповые решения. Именно набор системной логики определяет все ключевые особенности материнской платы и то, какие устройства могут подключаться к ней.

2.3 Процессор

Центральный процессор (ЦП, CPU – англ. céntral prócessing únit, дословно – центральное вычислительное устройство) – процессор машинных инструкций, часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера, отвечающая за выполнение арифметических операций, заданных программами операционной системы, и координирующий работу всех устройств компьютера.

Кэш (англ. cache) – промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий копию той информации, которая хранится в памяти с менее быстрым доступом, но с наибольшей вероятностью может быть оттуда запрошена. Доступ к данным в кэше идёт быстрее, чем выборка исходных данных из медленной памяти или их перевычисление, что делает среднее время доступа короче.

Кэширование – это использование дополнительной быстродействующей памяти (кэш-памяти) для хранения копий блоков информации из основной (оперативной) памяти, вероятность обращения к кото-

9

рым в ближайшее время велика.

Различают кэши 1-, 2- и 3-го уровней. Кэш 1-го уровня имеет наименьшую латентность (время доступа), но малый размер, кроме того кэши первого уровня часто делаются многопортовыми. Так, процессоры AMD K8 умели производить 64 бит запись+64 бит чтение либо два 64-бит чтения за такт, процессоры Intel Core могут производить 128 бит запись+128 бит чтение за такт. Кэш 2-го уровня обычно имеет значительно большие латентности доступа, но его можно сделать значительно больше по размеру. Кэш 3-го уровня самый большой по объёму и довольно медленный, но всё же он гораздо быстрее, чем оперативная память.

Многоядерные процессоры содержат несколько процессорных ядер в одном корпусе (на одном или нескольких кристаллах).

Двухядерность процессоров включает такие понятия, как наличие логических и физических ядер: например двухядерный процессор Intel Core Duo состоит из одного физического ядра, которое в свою очередь разделено на два логических. Процессор Intel Core 2 Duo состоит из двух физических ядер, что существенно влияет на скорость его работы.

Компания AMD изготовила четырехядерные процессоры единым кристаллом (в отличие от Intel, процессоры которой представляют собой фактически склейку двух двухядерных кристаллов). Процессор получил название AMD Phenom X4. Его отставание от современных ему процессоров конкурента составляло от 5 до 30 и более процентов в зависимости от модели и конкретных задач.

На настоящий момент (1-2 квартал 2009 года) обе компании обновили свои линейки четырёхядерных процессоров. Intel представила семейство Core i7, состоящее из трех моделей, работающих на разных частотах. Основными преимуществами данного процессора является использование трехканального контроллера памяти (типа DDR-3) и технологии эмулирования восьми ядер (полезно для некоторых специфических задач). Кроме того, благодаря общей оптимизации архитектуры удалось значительно повысить производительность процессора во многих типах задач. Слабой стороной платформы, использующей

10