19. Материнская плата. Состав. Чипсет. Назначение.

Материнская плата (МП) – это основная часть системного блока компьютера.

МП представляет собой большую печатную плату, на которой располагаются основные электронные устройства компьютера, линии соединения и разъемы (слоты) для подключения внешних устройств.

Материнская плата обеспечивает связь между всеми устройствами компьютера посредством передачи сигнала от одного устройства к другому.

Название происходит от английского motherboard, иногда используется сокращение MB или слово mainboard — главная плата.

На МП размещаются следующие устройства:

• процессор;

• модули оперативной памяти;

• шины;

• микросхема постоянной памяти;

• чипсет;

• разъёмы для подключения центрального процессора, графической платы, звуковой платы, жёстких дисков, оперативной памяти и др.

чипсет

Чипсет состоит из двух основных микросхем (иногда они объединяются в один чип):

1. MCH – контроллер-концентратор памяти (Memory Controller Hub) – северный мост (northbridge) — обеспечивает взаимодействие центрального процессора (ЦП) с памятью и видеоадаптером (PCI Express).

В новых чипсетах часто имеется интегрированная видеоподсистема.

Контроллер памяти может быть интегрирован в процессор (например Opteron, Nehalem, UltraSPARC T1).

2. ICH – контроллер-концентратор ввода-вывода (I/O Controller Hub) – южный мост (southbridge) — обеспечивает взаимодействие между ЦП и жесткими дисками, картами PCI, интерфейсами IDE, SATA, USB и пр.

Северный мост

Северный мост – отвечает за работу с процессором, памятью и видеоадаптером и определяет:

• частоту системной шины;

• возможный тип оперативной памяти (в системах на базе процессоров Intel) - SDRAM, DDR, другие;

• максимальный объем ОП;

• скорость обмена информацией с процессором;

• тип и быстродействие графической шины (PCI Express или др.)

южный мост

Функционально южный мост включает в себя:

• контроллер шины PCI;

• контроллер шины ISA;

• контроллер шины SMBus - последовательный протокол обмена данными для устройств питания;

• DMA (Direct Memory Access) контроллер – определяет режим обмена данными без участия ЦП ;

• контроллер прерываний;

• IDE (SATA или PATA) контроллеры;

• часы реального времени (Real Time Clock);

• энергонезависимую память BIOS (CMOS);

• звуковой контроллер;

• управление питанием APM (Advanced Power Management) - набор функций, управляющих параметрами энергопотребления.

20. Накопитель на жестком магнитном диске. Принципы организации хранения файлов.

НМД – это жесткий диск (ЖД) с относящимися к нему электронными схемами. Управляют жесткими дисками дисковые контроллеры. К каждому дисковому контроллеру может подключаться несколько дисковых накопителей.

ЖД состоит из набора пластин, которые представляют собой металлические диски, покрытые магнитным материалом и соединенные между собой при помощи центрального шпинделя.

Для записи данных используются обе поверхности пластины.

Во время работы шпиндель вращается со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту (4200, 5400, 7200, 10 000, 15 000).

При такой скорости вблизи поверхности пластины создаётся мощный воздушный поток, который приподнимает головки и заставляет их парить над поверхностью пластины.

Форма головок рассчитывается так, чтобы при работе обеспечить оптимальное расстояние от пластины. Пока диски не разогнались до скорости, необходимой для «взлёта» головок, парковочное устройство удерживает головки в зоне парковки. Это предотвращает повреждение головок и рабочей поверхности пластин.

1. Каждая пластина содержит набор концентрических записываемых дорожек.

2. Дорожки делятся на блоки данных объемом 512 байт, называемые секторами.

Количество блоков, записываемых на одну дорожку, зависит от физических размеров пластины и плотности записи.

Все дорожки в заданной зоне диска имеют одинаковое число секторов.

В начале каждого сектора записывается заголовок, по которому определяется начало сектора и его номер.

3. Дорожки с одинаковыми номерами, относящимися к разным пластинам, составляют цилиндр.

4. Количество цилиндров равно количеству дорожек.

5. Данные записываются или считываются с пластин с помощью головок записи/считывания, по одной на каждую поверхность

6. Основные задержки при записи и считывании файла создают именно электромеханические действия, связанные с перемещением магнитных головок.

7. Физический адрес сектора на диске определяется с помощью трех координат c-h-s, которые обозначают следующее:

   1. c – номер цилиндра;

   2. h – номер магнитной головки, т. е. номер рабочей поверхности диска;

   3. s – номер сектора на дорожке.

Характеристики НМД

1. Интерфейс — совокупность линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил (протокола) обмена. Серийно выпускаемые жесткие диски могут использовать интерфейсы ATA (он же IDE), SATA, SCSI, FireWire, USB, Fibre Channel и др.

2. Ёмкость — количество данных, которые могут храниться накопителем. Ёмкость современных устройств достигает нескольких Тб.

3. Физический размер (форм-фактор)

Почти все современные накопители для персональных компьютеров и серверов имеют ширину либо 3,5, либо 2,5 дюйма — под размер стандартных креплений для них соответственно в настольных компьютерах и ноутбуках.

4. Время произвольного доступа — время, за которое винчестер гарантированно выполнит операцию чтения или записи на любом участке магнитного диска ( от 2,5 до 16 мс).

5. Скорость вращения шпинделя  — количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и средняя скорость передачи данных.

В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 5400, 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об/мин (серверы и высокопроизводительные рабочие станции).

6. Надёжность  — определяется как среднее время наработки на отказ.

7. Количество операций ввода-вывода в секунду — у современных дисков это около 50 оп./с при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп./сек при последовательном доступе.

8. Скорость передачи данных при последовательном доступе: до 100 Мб/с.

9. Объём буфера — буфером называется промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу.

В современных (2009 год) HDD он обычно варьируется от 8 до 64 Мб.