Технология обработки данных в процессоре
Динамическое исполнение – представляет собой комбинацию трех технологии обработки данных:
Множественное предсказание ветвлений
Анализ потока данных
Спекулятивное исполнение (по предположению)
Впервые реализовано в Pentium Pro. Динамическое исполнение позволяет процессору подсказывать порядок инструкций
Множественное предсказание ветвлений – с большой точностью (более 90%) процессор предсказывает, в какой области можно найти следующие инструкции. Это возможно благодаря тому, что процессор просматривает программу на несколько шагов вперед.
Анализ потока данных - процессор анализирует и составляет график исполнение инструкции в оптимальной последовательности, независимо от порядка их следования программе.
Спекулятивное выполнение – повышает скорость выполнения путем просмотра программы вперед и выполнения тех инструкций, которые могут оказаться необходимыми: Процессор выполняет инструкции (до 5 одновременно) по мере их поступления в оптимизированной последовательности, результаты сохраняются предположительные. На конечном этапе порядок выполнения инструкций восстанавливается и переводится в обычное машинное состояние.
Предикация – это одновременное исполнение двух ветвей программы вместо предсказания переходов. Она выполняется вместе с опережающим чтением данных. Когда компилятор обнаруживает оператор ветвления в исходной программе он анализирует все возможные ветки и помечает их предикатами. После этого он определяет, какие из них могут быть выполнены параллельно.
Опережающее чтение – это загрузка данных в регистры до того как определилась реальное ветвление программы.
Технология Hyper Threading – Реализует разделение времени на аппаратно уровне, разбивая физический процессор на два логических, каждый из которых использует ресурсы чипа (ядро, кэш-память, шины, исполнительные устройства). Ядро процессора при этом выполняет два процессора одновременно..
3DNOW! – устраняет растущую разницу в производительности процессора и графического акселератора и ликвидирует узкое место в начале графического конвейера.
Этап – физическое моделирование. ЦП выполняет вычисление с плавающей точкой и создает модели объектов реального мира.
Этап – геометрическое моделирование. ЦП преобразует математическое представление в трехмерное (это 3D геометрия).
Этап – Триангуляция. ЦП начинает создание перспективы, а графический акселератор заканчивает.
Этап – Растровая графика. Графический акселератор производит вычисление цвета и тени и применяет реалистические структуры к машинно-генерируемым объектам.
16.11.11
CYRIX 6 x86
Выпущен в октябре 1995 года – это совместимый процессор с Pentium. Начиная с этого процессора, вводится понятие p-рейтинг, когда при более низкой частоте выдается та же производительность. Пример: тактовая частота 110 МГц (р133+). Превосходство вытекало из усовершенствования чипа: доступ к внутреннему кэшу и регистрам происходит в одном такте. Первичный кэш объединен. Процессор содержит 3,5 млн транзисторов, интерфейс – Socket 7, Напр. Ядра 3,3 В. Хар-ки: супер конвейер имеет 7 стадий, ударение зависимости данных, предсказания переходов, выполнение команд вне естественного порядка, Набор команд 80х86 CISC. Недостатки: перегрев, низкая производительность при работе с плавающей запятой, несовместимость с Windows NT.
CYRIX Media GX
Выпущен в феврале 1997. Архитектура процессора объединяет в блок процессора графические и звуковые функции, интерфейс PCI и диспетчер памяти. Процессор состоит из двух чипов: самого процессора Media GX и сопроцессора Media GX Cx5510. Процессор использует особое гнездо. Процессор Media GX соединяет шину PCI и память EDO DRAM по 64битовой шине данных. Кэш первого уровня объединен (16Кбайт), графика обрабатывается специальным конвейером, контроллер монитора входит в главный процессор, применяет технологии DCT, VSA. Сопутствующий чип содержит аудио контроллер, эмулирует возможности стандартных звуковых карт и выполняет функции чипсета.
CYRIX 6 x86 MX (1997)
Socket 7, архитектура осталась та же, но добавлены MMX команды, универсальный кэш первого уровня 64 кбайт а, расширенный блок управления памятью.
CYRIX M II
Развитие процессора MX. В 1998 году выпускались процессоры M II 300, M II 333 (технология 0,25 микрометра).
AMD K6
Весной 1996 года AMD поглотила конкурента Next Gen, и выпустила в середине 1997 года процессор K6, совместимый с MMX серией и назывался Nx686. Отличие: почти на 20% меньше Pentium Pro, но содержит больше транзисторов на 3,3 млн. Большинство из них находилось в кэше первого уровня (64 Кбайт а), процессор поддерживал технологию MMX, включал 57 новых команд, разработанных для развития мультимедийного ПО. Использовал суперскалярную микроархитектуру AMD RISC 86. Тактовая частота 166, 200, 233 МГц.
21.11.11
1
ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ (ОП)
ОП – это временная память, данные в ней хранятся до выключения ПК.
Классификация интерфейсов памяти
Основная задача ОП предоставить по требованию ЦП необходимую информацию. Характер ОП определяется не только наличием питания, но и тем, что память относится к динамической т.е. ее содержимое остается неизменным в течении очень короткого промежутка времени, поэтому память должна периодически обновляться.
ЦП имеет доступ к данным в оперативной памяти в моменты времени, свободные от регенерации. Регенерация памяти происходит при выполнении операции чтения или записи. Специальная схема в оперативной памяти через определенные промежутки времени осуществляет доступ для считывания ко всем строкам памяти.
ЦП в это время находится в режиме ожидания. За один цикл схема регенерирует все строки динамической памяти. Запоминающим элементом динамической памяти является конденсатор, который может находиться в заряженном (1) или разряженном (0) состоянии.
ПРИНЦЫП ДЕЙСТВИЯ
Ячейки памяти организованны в матрицу. Полный адрес ячейки состоит из адреса строки RA и адрес столбца CA. Когда ЦП обращается к памяти для чтения информации, на выходы микросхемы поступает строб вывода данных OE, затем адрес строки и сигнал RAS.
Это означает. Что каждая шина столбца соединяется с ячейкой памяти, выбранной строки. Адрес ячейки поступает по адресным линиям на дешифратор, который преобразует поступивший набор нулей и единиц в номер строки. Информация считывается со всей строки за раз и помещается в буфер ввода/вывода. С незначительной задержкой после сигнала RAS на входы памяти подается адрес столбца и сигнал выбора столбца CAS. При чтении данные выбираются из буфера и поступают на выход динамической памяти в соответствии с адресом столбца. После считывания информация в ячейках памяти разрушаеться поэтому производится ее перезапись. Выходы регистра строки снова соединяются с общими шинами столбцов и те ячейки, которые были заряжены снова заряжаються до завершения цикла чтения. Если выполняется запись в память, то подается строб записи и информация поступает на соответствующую шину столбца с входа памяти в соответствии с адресом столбца.
ОСНОВНЫЕ ХАР_КИ МИКРОСХЕМ ПАМЯТИ
Тип памяти
Емкость
Разрядность
Быстродействие
Временная диаграмма
ЕМКОСТЬ И РАЗРЯДНОСТЬ
Из микросхем памяти, имеющих одну линию ввода/вывода ЦП может одновременно считать/записать только один бит данных. Для повышения скорости обмена между ЦП и ОП были разработаны микросхемы, имеющие 4, 8 или 16 линий ввода/вывода. Эти микросхемы соответственно состоят из 4, 8 и 16 одинаковых матриц ячеек памяти. При поступлении на входы микросхемы адреса ячейки производится одновременное чтение или запись всех ячеек, находящихся по данному адресу, но в различных матрицах.
Разрядность шины ввода/вывода – это количество линий ввода/вывода.
Глубина адресного пространства – это количество бит информации, которая хранится в ячейках каждой матрицы.
Емкость микросхемы памяти – это произведение глубины адресного пространства на количество линий ввода/вывода.
Быстродействие
Производительность микросхемы динамической памяти характеризуется временем выполнения элементарных действий между двумя операциями чтения либо записи данных. Последовательность этих операций называют рабочим циклом или циклом обращения. Длительность рабочего цикла.
Временная диаграмма
Показывает зависимость тактовой частоты системной шины от типа памяти. Она хар-ет количество тактов, которые необходимые ЦП для выполнения 4 последовательных операций считывания памяти
Архитектура элементов памяти
ЦП взаимодействует чрез контроллер памяти не с одной, а с несколькими микросхемами памяти, организованными в банке памяти. Кол- во микросхем в одной банке определяется соотношением разрядности системной шины и разрядности микросхемы памяти.
Отдельные микросхемы памяти объединяются на специальных печатных платах, образуя с некоторыми дополнительными элементами модулей памяти. Разрядность модуля памяти определяется разрядностю микросхемы памяти, установленной на плате
30.11.11
Повышение скорости обмена данными
Для повышения скорости обмена между центральным процессором и микросхемами памяти разработаны специальные режимы работы и технологии:
Пакетный режим – ЦП запрашивает данные из ОП в виде пакетов по 32 или 64 бита. Такой порядок обмена данными с памятью был впервые реализован в 486 и назван пакетным режимом. В этом режиме, кроме одного слова ЦП считывает еще 3, расположенные рядом.
Чередование памяти – метод управления памятью с чередованием адресов основан на том, что логически связанные байты чаще всего располагаются друг за другом, но в микросхеме памяти осуществляется периодическая регенерация данных, когда микросхема недоступна, чтобы не было пауз в работе памяти осуществляется ее чередование, т.е. помещение следующих друг за другом данных в ячейки памяти в различных банках, из которых ЦП должен считывать данные попеременно. Организация управление чередованием памяти осуществляет контроллер памяти, который логически объединяет два банка в один и распределяет адресное пространство.
Разбиение памяти на страницы – основан на том факте, что каждый поступающий в ЦП байт расположен рядом с байтом уже считанным из памяти и логически связанным с ним, следовательно не нужно повторять сигнал RAS, если адреса строк выбираемых ячеек памяти находятся в пределах одной страницы т.е. адрес строки неизменен. Обычно память делится на страницы размером 512 байт и более.
Кэширование памяти – используется для ускорения доступа к данным, находящимся в ОЗУ. Это достигается за счет применения промежуточной между ЦП и ОЗУ буферной быстродействующей памяти небольшой емкости 256кб – 2 Мб. Эта кэш память работает на частоте ЦП поэтому при обращении к ней не требуется циклы ожидания.
МИКРОСХЕМЫ ПАМЯТИ
Тип корпуса
Первые микросхемы выпускались в DIP – корпусах. Это корпуса с двурядным расположением контактом. У таких микросхем выводы расположены по бокам корпуса. Сам кристалл, на котором размещены ячейки памяти значительно меньше по размерам, чем корпус. Такая конструкция удобна для печатного монтажа и соблюдение температурного режима микросхемы. В настоящее время на модули памяти устанавливаются микросхемы в корпусах SOJ и TSOP. Корпус SOJ похож на DIP только выводы изогнуты и напоминает букву J. Это позволяет использовать их при пайке и монтировать их а гнезда. Микросхемы в корпусах SOJ устанавливаются на SIMM модули и применяются для расширения памяти видеокарт. Корпус TSOP (толщина 1,2 мм) и имеет горизонтально расположенные выводы, пригодные только для пайки. Такие микросхемы устанавливаются на DIMM модули с напряжением 3,3В.
Модули памяти
А) SIP модули – модули, имеющие однорядное расположение выводов, представляет собой небольшую плату с установленными на ней микросхемами DRAM. Такая плата имеет 30 выводов. Размеры платы 8х1,7см. SIP модули устанавливались на материнские платы с процессором 80386. Помимо них устанавливались элементы DRAM.
Б) SIMM модули – размер примерно такой же, как и у SIP модулей. Выводы SIMM модуля выполнены в виде контактов типа PAD (вилка). Это луженые или позолоченные печатные контактные. Они расположены с обеих сторон платы и попарно соединяются. Первые SIMM модули имели 30 выводов (короткие), позже появились 72-х контактные (длинные) модули.
07.12.11
Емкость и время доступа SIMM модуля определяется суммарной емкостью и временем доступа, установленных на нем, а его разрядность количеством линий ввода/вывода. На SIMM модуле с контролем четности устанавливается дополнительная микросхема памяти.
30-контактные SIMM модули без контроля четности - являются восьмиразрядными с контролем четности – девяти разрядные. 72-контактные SIMM модули без контроля четности – 32-х разрядные, с контролем четности или контролем и коррекции ошибок – 46 и 40 разрядные. Метод контроля четности применяется для проверки сохраняемых данных.
На смену ей пришел метод ECC. Он позволяет не только фиксировать, но и исправлять ошибки в памяти без остановки системы. Необходимо чтобы чипсет поддерживал ECC. Кроме микросхем DRAM на SIMM модуле располагаются миниатюрные конденсаторы, предназначенные для сглаживания кратковременных скачков напряжения и предотвращения выхода из строя микросхем. Эти конденсаторы могут находится либо около каждого элемента DRAM либо под ним, а также могут быть установлены 1-2 конденсатора на всю микросхему. На некоторые SIMM модули устанавливаются резисторы PRD, комбинация которых определяет электронную маркировку модуля, считываемую контроллером памяти. На некоторых SIMM модули могут быть установлены микросхемы генераторы логической четности.
DIMM модули
Контакты с двух сторон DIMM модуля электрически независимы, наиболее распространенными являются 168 контактов 64 разрядные DIMM модули.
Они имеют внутреннюю архитектуру схожую с архитектурой с 72 контактными SIMM модулями, но их можно устанавливать по одной на материнскую плату для ЦП Pentium.
На DIMM модули как правило устанавливаются микросхемы SDRAM реже EDO DRAM, кроме микросхем работающие на тактовой частоте более 66 Мгц должны быть установлены микросхемы буфера ввода\вывода и микросхемы SPD.
микросхема SPD – это микросхема EEPROM (2Кб), в которой записаны хар-ки микросхем памяти, необходимые БИОС для правильной конфигурации системы, а также в ней хранится информация о производителе. Некоторые модули микросхемы DIMM снабжаются специальной микросхемой (буфером), в которой сохраняются поступившие данные, освобождая контроллер.
В конструкции модулей предусмотрены два ключа:
Первый ключ расположен между 10 и 11 контактами и служит для определения типа памяти
Второй ключ между 40 и 41 контактом и служит для определения напряжения питания 5v или 3,3v.
Наиболее распространены 72 и 144 контактные модули для портативных ПК и 168 контактные для ПК.
RDIMM модуль
Предназначались для систем требующих более одного гигабайта ОП. Модули были 72 разрядные, они отличались большим размером печатной платы, а также наличием специальной микросхемы, обеспечивающей страничную организацию памяти.
RIMM модули
Разработан компанией RAMBUS совместно с Intel
Внешне напоминает модуль DIMM , но отличается кол-вом контактов (184 контакта) и их расположения, а также RIMM модуль с обеих сторон закрыт металлической экраном, защищающим его от наводок и взаимного влияния модулей, работающих на больших частотах. Согласно специфики архитектуры RAMBUS на плате не может оставаться пустых слотов RIMM. Они должны быть заполнены специальными модулями CRIMM, которые поставляются в комплекте с системными платами. По замыслу корпорации Intel на плате может размещаться до 3 RIMM модулей. Предназначены на установку на материнские платы, поддерживающие канал Direct RAMBUS. RIMM модули оборудованы микросхемой SPD. На модуле могут располагаться от 1 до 16 элементов DRAM,но активным в любой момент времени будет один. Напряжение питания RIMM модуля 2,5 вольта. На модулях RIMM устанавливаются микросхемы Direct RDDRAМ, но могут устанавливаться и SDRAM и EDO. В это случае с ними устанавливается специальный конвертер
16.01.12
Маркировка модулей памяти.
НА каждую микросхему нанесена маркировка, которая содержит информацию о фирме – производителе, хар-ка элемента памяти, материале из которого изготовлена микросхема и другую служебную информацию.
Например: маркировка фирмы LG
GM(LG) 71( - DRAM) X(технология производства:С – CMOS(5В),V – СMOS(3,3В))X(время обновления)X(глубина адресного пространства) XX(организация обновления) X(тип доступа)X(Спецификация)X(напряжение питания)X(тип корпуса) – XX(время доступа в наносекундах)
В соответствии с корпорацией Intel микросхемы памяти, спецификации PC 100 SDRAM должны иметь специальную гравировку или наклейку на которой содержится инфа о микросхеме. Данная инфа должна содержать сведения: минимальное кол-во циклов тактового сигнала с момента запроса данных до их появления на линии вв\выв. Минимальная задержка между сигналами RAS и CAS. Минимальное время циклов тактовой частоты.
Иерархия оперативной памяти
КЭШ память – представляет собой буферное запоминающее устройство, работающее со скоростью, обеспечивающей функционирование ЦП без режимов ожидания. КЭШ память разделили на встроенную в процессор и внешнюю (на материнской плате)
Сквозная запись происходит, когда процессор заносит данные, одновременно в КЭШ и в главную память, обратная запись если процессор пишет в КЭШ а затем переходит к следующей команде. В то время как КЭШ хранит данные и переносит их в главную память, когда эта группа данных должна быть заменена в КЭШе.
Третий возможный режим это сквозная запись с буфером (эффективность сравнима с обратной записью). Иерархия памяти состоит из многих уровней, но в каждый момент времени взаимодействуют только два близлежайших, Минимальная единица информации, которая может присутствовать или отсутствовать в двухуровневой иерархии называется блоком или строкой. Размер блока фиксирован
КЭШ первого уровня Level 1 Cash
Это первичный кэш находится на плате ЦП и используется для временного хранения комманд и данных, организованных в блоки по 32 байта.
L1 реализуется используя принцип статической оперативной памяти и длительное время в среднем и имела размер 16 Кбайт.
С Pentiuma MMX в 1997 КЭШ первого уровня увеличен до 32 Кбайт
Проц AMD K6 увеличили в этом же году до 64Кбайт
КЭШ второго уровня L2
Это вторичный КЭШ использует ту же логику управления, что и КЭШ первого уровня и также относится к типу SRAM. Обычно имеет два размера 256 или 512 Кбайт и помещается на системной плате в гнезде Card Edge Low Profile (CELP) или в модуле КЭШ-на-плате (Сoast). Последний напоминает SIM, но немного короче и включает гнездо COAST которое обычно расположено ближе к ЦП напоминает слот PCI. У Pentiuma Кэш второго уровня на чипе. Цель КЭШа второго уровня – это поставлять сохраненную информацию на процессор без какой либо задержки. Для это цели интерейс шины проца имеет специальный протокол передачи, названный групповым или пакетным режимом, при этом обычно используется синхронный вид памяти, управляемый тактовым генератором ЦП
ИНТЕРФЕЙСЫ ПК. ВНУТРЕННИЕ ИНТЕРФЕЙСЫ
Связь устройств автоматизированных систем друг с другом осуществляется с помощью средств сопряжения, которые называются интерфейсами. Все они делятся на следующие основные классы:
- Системные
- Интерфейсы периферийного оборудования (общие и специализированные)
- Программно – управляемых модульных систем и приборов
- Интерфейсы сетей передачи данных
18.01.12
Различные микросхемы и устройства, образующие ПК должны быть соединены друг с другом таким образом, чтобы они могли обмениваться данными и целенаправленно управляться. Эта проблема решается путем применения унифицированных шин. Используется набор проводников (на системной плате это печатные проводники), к которым подключены разъемы - гнезда или слоты. В слоты расширения могут вставляться платы адаптеров или контроллеров отдельных устройств.
Шина PCI
На материнских платах тактовая частота шины PCI задается как половина тактовой частоты системной шины. Основополагающим принципом шины PCI является применение мостов, которые осуществляют связь шины PCI с другими шинами. Важной особенностью шины PCI является то, что в ней реализован принцип Bus Mastering, который подразумевает способность внешнего устройства при пересылке данных управлять шиной без участия ЦП.
Архитектура PCI
В шине PCI используется способ передачи данных, называемый «способ рукопожатия» - в системе определяются два устройства: передающее и приемное, когда передающее устройство готово к передаче оно выставляет данные на линии данных и сопровождает их соответствующим сигналом (индикатором готовности), при этом приемное устройство записывает данные в свои регистры и подает сигнал о подтверждении записи данных и готовности к приему следующих.
Преимущество PCI технологии заключается в относительной независимости отдельных компонентов системы, т.е. передачи данных управляет не ЦП, а включенный между ним и шиной PCI мост. Поэтому шина PCI является универсальной (самодостаточной), т.е. не зависит от типа ЦП.
Система PCI использует принцип временного мультиплексирования, т.е. когда для передачи данных и адресов применяются одни и те же линии.
Шина PCI является интеллектуальной, т.е. она в состоянии распознавать аппаратные средства и анализировать конфигурацию системы в соответствии с технологией Plug & play.
Начиная со спецификации 5.0 ширина шины увеличена до 64 разрядов, а слоны PCI имеют дополнительные контакты, на которые подается напряжение 3,3 В
Шина AGP
Чтобы не меняя сложившийся стандарт на шину PCI ускорить ввод\вывод данных на видеоадаптер и увеличить производительность ПК при обработке трехмерных изображений в 1997 году фирмой Intel был разработан стандарт на шину AGP. Так как шина AGP соединяет только два устройства (Видеоадаптер и ОЗУ), то является портом. Шина AGP была разработана на основе архитектуры шины PCI, поэтому она разрабатывалась как 32 разрядная, но у нее имеется ряд важных отличий от PCI позволяющих в несколько раз увеличить пропускную способность:
Использование более высоких тактовых частот (режимы 2х 4х 8х 16х)
Демультиплексирование (это режим SBA)
Пакетная передача данных
Режим прямого исполнения в системной памяти - DMA DiME (2x 4x)
Режим 2х 4х
Шина PCI в стандартном варианте (32 разрядная) имеет тактовую частоту 33 Мгц, что обеспечивает пропускную способность 132 Мб\с, то шина AGP работает с частотой 66 Мгц - это соответствует пропускной способности 264 Мб\с, что соответствует режиму 1х. В режиме 2х производится по переднему и заднему фронту тактового импульса, т.е. тактовая частота составит 132 Мгц (528 Мб\с). В режиме 4х используется пониженное напряжение питания, при это за один такт синхронизации удается выполнить 4 передачи данных (1Гб\с).
Пакетная конвейерная передача данных.
При обращении к памяти чрез шину ввода\вывода обязательно возникают задержки между моментом выставления кода адреса и моментом получения кода данных. При обмене данными через шину PCI эта задержка возникает при каждом обращении. Шина AGP предусматривает конвейерную передачу данных, при котором новы запрос (код адреса) выставляется на шине сразу после предыдущего, т.е. запросы выстраиваются в очередь (длина 256 запросов) все запрошенные данные передаются по шине также в виде непрерывного пакета, в результате этого задержка получения данных может возникнуть только один раз, что значительно повышает скорость обмена данными.
Демультиплексирование
23.01.12
Режим прямого исполнения в системной памяти.
Для видеоадаптера AGP возможны два режима работы с системной памятью – это режим DMA и режим DME.
Традиционным является режим DMA, причем он используется не только видеоадаптером. Когда 3D акселератор работает в режиме DMA, то основой для него является локальная память (идет обработка данных), а системная память используется только в качестве хранилища, поэтому обмен данными идет большими пакетами.
В режиме DME локальная и системная память для графического процессора является одно ценными и адресуется.
Обработка идет в системной памяти, а в локальную загружается конечный вариант
19.03.12
Шины и интерфейсы
IDE (ATA) – это электроника интегрированная в накопитель. В 80-х годах фирма IBM выпустила компьютер спецификации АT (передовая технология), а фирма WD (western digital) предложила управляющую электронику встроить в сам в жесткий диск на таком компьютере, а согласованный стандарт на такой винчестер назвать ATA (подключенный к передовой технологии). Спецификация ATA установила что к одному каналу можно подключать два устройства (master, slave), установила режимы обмена данными: PIO (012345), DMA (SW 012, MW 0).
Режим PIO – программный ввод/вывод – предусматривает участие центрального процессора в обмене информацией между диском и оперативной памяти.
Режим DMA – прямой доступ к памяти – предусматривает обмен информацией между диском и памятью на прямую без участия центрального процессора.
Так как интерфейс ATA не предусматривал подключение других устройств кроме жестких дисков, то появляются новые стандарты этого интерфейса.
Появился АТА-2, который предусматривал скоростные протоколы PIO 3,4, режим MW DMA 1,2 обмен данными блоками и адресация дискового пространства логическими блоками.
В 1997 году появляется ATA-3, который отличался от АТА-2 одним единственным элементом – технологией SMART – технология самотестирования и анализа.
Стандарт ATAPI – это пакетный интерфейс АТА, который позволил подключать к интерфейсу не только жесткие диски, но и др. устройства. Интерфейс должен поддерживаться БИОСом, причем последние версии БИОС позволили назначать любое устройство загрузочным. Протокол вошел в стандарт ATA\ATAPI-4 в 1998 году.
Протоколы обмена данными пополнились стандартами: режима Ultra DMA mode 2, и режима коррекции ошибок по контрольной сумме (CRC), а также появились многозадачные режимы (режимы параллельного выполнения команд и создания очередей из двух устройств на одном канале). Жесткие диски ATA\ATAPI-4 выпускались под обозначением Ultra ATA-33. Фирма Seagate ввела интерфейс Fast ATA, который отличается от АТА-2 отсутствием скоростных режимов. Фирма Quantum выпустила стандарт Fast ATA-2, который не отличается от стандарта АТА-2. Фирма WD EIDE – улучшенный IDE, который включает на самом деле АТА-2 и АТАРI. В 1999 году принят стандарт ATA\ATAPI-5 (Ultra ATA 66- скорость обмена до 66 Мб\с) для подключения дисков этого интерфейса используется новый шлейф на 80 проводников. Дальнейшее развитие интерфейса – это ATA\ATAPI-6 (ATA-100 - скорость до 100 Мб\с), Ultra ATA 133 на котором возможности интерфейса IDE практически исчерпываются, поэтому появляется интерфейс Serial ATA (SATA) – офф принят в 2002 году. Главное отличие интерфейса заключается в последовательной передаче данных по 8-ми жильному кабелю, уровень сигнала 3,3 В, пропускная способность 1,5 Гб\с. В интерфейсе предусмотрено: автоматическое конфигурирование компонентов, драйверы устройств SATA интегрированы в Windows. На материнских платах уменьшается кол-во проводников.
Интерфейс USB (Universal Serial Bus). Архитектура интерфейса предусматривает топологию звезда – это значит в системе должен быть корневой (ведущий концентратор) к которому подключаются периферийные концентраторы, а к ним устройства USB. Корневой концентратор входит в чипсет (южный мост), периферийные концентраторы могут подключатся друг к другу, образуя каскады. Всего через один концентратор может подключатся до 127 устройств, но на практике 4-5 устройств. Рекомендуется более скоростные устройства подключать ближе к корневому концентратору спецификация USB определяет две части интерфейса: внутреннюю и внешнюю. Внутренняя часть делится на аппаратную (корневой концентратор, контроллер USB) и программную (драйвер контроллера, шины, концентратора, клиентов). Внешнюю часть USB представляют устройства (концентраторы и компоненты) USB для обеспечения корректной работы все устройства делятся на классы. Классы устройств и особенности функционирования подробно описанны в спецификации USB. Разделение устройств на классы происходит по единому способу взаимодействия с шиной USB все устройства соединяются между собой 4-х жильным кабелям, по одной паре передаются данные по другой – электропитание, которое автоматически подключается к устройствам при необходимости. На концах монтируются разъемы типа А и В. Разъем типа А подключается к концентратору, разъем типа В устанавливают на концентраторы для связи с другими концентраторами и на устройства от которых кабель должен отключатся.
Подключенное в свободный порт устройства вызывает перепад напряжения в сети, контроллер посылает запрос на этот порт устройства принимает запрос и посылает пакет с данными о классе после чего ему присваивается уникальный идентификационный номер, а затем загрузка и активация драйвера устройства и его конфигурирования.
20.03.12
Интерфейс IEEE 1394 (Wire Fire) – Изначально была включена поддержка только в чипсеты компании Интел. Интерфейс поддерживал работу с внешними накопителями, цифровыми видео\аудио устройствами и другими высокоскоростными компонентами. Спецификация интерфейса предусматривает последовательную передачу данных со скоростями 100, 200, 400, 800, 1600 Мб\с (800 и 1600 не являются стандартными). Выбор последовательного интерфейса обусловлен необходимостью связать удаленные внешние устройства с разными скоростями, при этом обеспечивается их работа по одной линии. Топология интерфейса – древовидная (возможно подключение до 63 устройств в одной сети). Для связи между сетями существуют мосты, а для объединения ветвей в один узел – концентраторы. Для усиления сигнала при длине соединения более 4,5 метров существуют повторители. Могут связываться 1024 сети по 63 устройства в каждой. Устройства в этом интерфейсе соединяются 6-ти жильным кабелем, имеющим две пары сигнальных и пару питающих проводников (ток 1,5 А, напряжение 40 В), подключение осуществляется с помощью стандартной пары вилка-розетка. Корневое устройство интерфейса выполняет функции управления шиной и содержит мост 1394-PCI. Спецификация интерфейса описывает два типа передачи данных – синхронный и асинхронный. При асинхронном методе приемник получает, подтверждает получение данных, а синхронная передача гарантирует стабильную полосу пропускания. Автоматическая конфигурация интерфейса происходит после включения питания, отсоединения или подключение устройства. При изменении конфигурации подается сигнал сброса и производится и производится новая идентификация дерева. После этого выполняется самоидентификация устройств с выделением номеров и каналов.
Интерфейс SCSI. В системе SCSI взаимодействие между устройствами осуществляется по принципу «отправитель - адресат». Каждое устройство в цепочке имеет уникальный идентификационный номер от0до7 (от0до32), который выставляется специальным переключателем. Номер 7 присваивается SCSIхост-адаптер. В свою очередь, устройство входящее в компонент, имеющий ID получает логический номер LUN. Данные по шине SCSI передаются в синхронном или асинхронном режимах, причем в асинхронном режиме адресат подтверждает получение каждого байта, а в синхронном только пакетов. Интерфейс SCSI предусматривает наличие терминаторов - устройств, обеспечивающих согласование уровней сигналов в сети, уменьшающих помехи и затухания. Терминаторы должны присутствовать на хост-адаптере и на конечном устройстве (каждое устройство должно обеспечивать включение\отключение терминатора). Важное место в правильной установке SCSI устройств занимают разъемы: узкий, широкий, низкой плотности, широкой плотности.
26.03.12
Система мобильной сотовой связи.
Первая система радиотелефонной связи начала функционировать в 1946 в США. Она имела несколько фиксированных частот. Компания Bell Laboratories (AT&T) предложила разбивать всю обслуживаемую территорию на небольшие участки (соты - cell). Каждая сота должна была обслуживаться передатчиком с ограниченным радиусом действия и фиксированной частотой. Это позволяло использовать ту же частоту повторно в другой соте. Реализована в 90-х годах. Предшественницей сотовой мобильной связи была пейджинговая связь. Пейджер – это приемо-передающее устройство персонального вызова. Для приема информации в пейджинговой системе связи используется УКВ приемник, работающий в диапазоне частот 930-932 МГц. В 90-х годах в США был утвержден первый национальный стандарт цифровой сотовой связи, а в 1992 году в Германии вступило в коммерческую эксплуатацию первая система цифровой сотовой связи стандарта GSM (Global System for Mobile Communication). В России развитие национальных сетей сотовой связи началось с 1994 года. Система сотовой связи обслуживает территорию, разделенную на много небольших зон, каждая из которых обслуживается своим комплексом радиооборудования. Оптимальной формой зоны является шестиугольник. Поэтому радиотелефонная мобильная связь называется сотовой. Границы соты определяются зоной устойчивой радиосвязи. Чем выше полоса частот системы, тем меньше радиус соты, но лучше проникающая способность сигнала, миниатюрнее радиоаппаратура, возможность организации большего числа радиоканалов. Современные сотовые системы работают на частотах 450, 800, 900, 1800.
В состав оборудования систем сотовой связи входят: базовые станции и центр коммуникации, соединенные по выделенным проводным или радиорелейным. Центр коммуникации – это автоматическая телефонная станция системы сотовой связи, обеспечивающая все функции управления сетью: слежение за мобильными абонентами, организация их эстафетной передачи, переключение рабочих каналов в соте при появлении помех, соединение абонента с абонентом обычной телефонной сети.
Базовая станция – это многоканальный приемопередатчик, работающий в режиме приема и передачи сигнала и служащий своеобразным интерфейсом между сотовым телефоном и центром коммуникации подвижной связи. Число каналов базовой станции кратно 8. Один из каналов является управляющим (канал вызова), но разговор идет по любому другому свободному каналу связи. Антенный базовых станций устанавливаются в городе на высоте от 15 до 100 метров на домах, трубах, за городом на высоких мачтах.
Алгоритм функционирования системы сотовой связи:
В режиме ожидания радиотелефона постоянно сканирует либо все каналы системы, либо только управляющие.
Для вызова соответствующего абонента всеми базовыми станциями системы по управляющим каналам передается сигнал вызова.
Сотовый телефон вызываемого абонента при получении этого сигнала отвечает по одному из свободных каналов управления.
Базовые станции принявшие ответный сигнал передают информацию о его параметрах в центр коммуникации, который переключает разговоры на ту базовую станцию, где зафиксирован максимальный уровень сигнала сотового телефона вызываемого абонента.
Системы сотовой связи подразделяются на аналоговые и цифровые. Аналоговые системы (1G) относятся к первому поколению. В них используется аналоговый способ передачи информации с помощью частотной или фазовой модуляции. Недостатки: прослушивание разговоров другими абонентами, затухание сигналов. Стандарт аналоговой системы
AMPS – 800 МГц
NMT – 450 МГц
Цифровые системы сотовой мобильной связи относятся к системам второго поколения (2G), стандарт – GSM 900.
09.04.12
GPRS (General Packet Radio Service) – Пакетная радиосвязь общего пользования – это надстройка над мобильной связи GSM, осуществляющая пакетную передачу данных. При использовании GPRS информация собирается в пакеты и передается через неиспользуемые в данный момент голосовые каналы связи GSM.
Системы сотовой мобильной связи третьего поколения (3G). Строится на основе пакетной передачи данных. Работают на частотах дециметрового диапазона около 2 Ггц скорость – 2Мбит\с. Позволяют организовывать видеотелефонную связь смотреть фильмы телепрограммы и т.д.. В мире существуют два стандарта 3G: UMTS (W-CDMA), CDMA 2000.
Сети четвертого поколения (4G). С технической точки зрения основное отличие от 3G в том что 4G основано на протоколах пакетной передачи данных. Две основные составляющие этого стандарта – это протокол IP и разновидность одно ранговых сетей peer-to-peer.
Каждое устройство выступает за три и сочетает в себе функции приемника передатчика и маршрутизатора. Существует два стандарта 4G: LTE, mobile WiMAX. Коммерческая эксплуатация сетей 4G началась с 2010 года.
Мобильные телефоны являются неотъемлемой частью мобильной связи. В состав устройства радиотелефона вне зависимости от модели входят как минимум:
- передающее и приемное устройство
- устройства преобразования и воспроизведения речи.
- устройство контроля и управления
- антенна
- зуммер
- клавиатура
- дисплей
Все компоненты обычно располагаются на передней и задней панели корпуса, а между ними многослойная печатная плата.
Смартфон – это продвинутый или умный телефон с функциями компьютера. Термин был введен компании Ericsson в 2000 году для обозначения телефона Ericsson R380s. Телефон должен был выполнять функции карманного компьютера, поетому работал на ОС открытого типа.
Коммуникатор (PDA Phone) – карманный персональный компьютер со встроенным GSM\GPRS модулем, дополненый функциональностью мобильного телефона. Первый появился в 1996 году. Коммуникатор имеет сенсорный экран, но некоторые модели имеют полноценную клавиатуру для ввода информации. ОС такая же, что и в КПК и аналогичное ПО. При использовании в качестве мобильного телефона обычно используется гарнитура (Hands free).
Технология беспроводной связи Bluetooth и Wi-fi.
Bluetooth – это технология построения беспроводной персональной сети, разработанная группой компаний Nokia, Ericsson, IBM, Intel, Toshiba – Bluetooth Special Interest Group. Цель: дать возможность пользователям без кабелей соединятся с различными вычислительными и телекоммуникационными устройствами. Bluetooth устройства – это миниатюрные передатчики, работающие в ISM диапазоне – на частоте 2,45 Ггц, обычный радиус действия 10 метров. Bluetooth устройства способны искать и устанавливать связь друг с другом без вмешательства пользователя. Когда два устройства оказываются рядом они автоматически «договариваются» об установлении связи, при этом в течении нескольких секунд образуется микросеть (пикосеть) или так называемое персональное сетевое пространство ( PAN ). В микросети PAN устройства соединяются на высокой скорости без применения кабеля. Основное преимущество технологии – это возможность совместной работы без взаимодействия с другими приборами, которые не предназначены для коммуникации. Технически проблема решается использованием «расширенного спектра» Данная технология позволяет радиоприборам находится на одной частоте без интерференции, даже если зоны охвата накладываются. Для этого применяется «скачкообразная перестройка частоты». Два прибора устанавливают соединение и затем скачут в пределах широкой полосы спектра частот, используя шаблон. Bluetooth устройства, образующие микросеть меняют около 79 частотных каналов со скоростью 1600 переключений в секунду. Другим преимуществом данной технологии является стойкость системы к помехам от устройств не поддерживающих Bluetooth. Поток данных между Bluetooth устройствами зашифрован, а также короткий сигнал и произвольные скачки обеспечивает практическую невозможность прослушивания сигнала. Bluetooth стандарт предоставляет возможность настроить приемник и контроллер как доверительное устройство, при этом любые другие Bluetooth приборы будут игнорироватся. Если один из приборов включен он автоматически сканирует диапазон на наличие других приборов и фиксирует как доверенные. Если найден не один прибор, то формируется список, который включает уникальные идентификаторы для каждого устройства.
Wi-fi – это стандарт беспроводной радиосвязи, который объединяет несколько протоколов и имеет офф. Наименование IEEE 802.11. Самый известный распространенный стандарт IEEE 802.11b, который использует диапазон от 2,4 до 2,4835 Ггц и обеспечивает максимальную скорость 11Мб\с. Расстояние 100метров.
07.05.12
Накопители информации
Стандарты оптических дисков НD DVD, Blue-Ray.
Разработаны фирмами NEC Toshiba в 2002 году
HD – высокое разрешение базируется на применении «синих» лазеров с длинной волны 405 нМ.
НD DVD идентичен формату DVD.
Плотность записи достигает 15Гб на слой при толщине защитного слоя 0,6 мм.
Штампованные HD DVD ROM предусматривали 2 слоя (30Гб), емкость перезаписывающих HD DVD RW 20Гб.
Сторонники технологии Param
31.05.12
Принцип действия
Независимо от того как механически реализован процесс нажатия клавиши сигнал при нажатии регистрируется контроллером клавиатуры и передается в виде скэн-кода на материнскую плату (у каждой клавиши 2 скэн-кода). Скэн-код – это однобайтовое число младшие семь бит которого представляют собой идентификационный номер клавиши. На материнской плате для подключения клавиатуры также используется специальный контроллер. Когда скэн-код поступает в контроллер клавиатуры, то инициализируется аппаратное прерывание (IRQ1) процессор прекращает свою работу и выполняет процедуру анализирующую скэн-код. Данные прерывание обслуживается специальной программой, входящей в состав ROM BIOS. При поступлении скэн-кода от клавиш alt, ctrl, shift, caps lock изменение статуса записывается в ОЗУ. Во всех остальных случаях скэн-код трансформируется в код символа (ASCII или расширенные коды). Затем введенный код помещается в буфер клавиатуры – область памяти способную запомнить до 15 вводимых символов пока прикладная программа их не обработает. Буфер организован по принципу FIFO
(первый вошел первый вышел). Контроллер на материнской плате также сообщает клавиатуре различные параметры (например частоту нажатия клавиши). Контроллер отвечает не только за генерирование скэн-кодов, но и необходим для самотестирования клавиатуры и проверки нажатых клавиш при загрузке системы. Таким образом неисправность клавиатуры выявляется на стадии загрузки.
Конструктивные исполнения клавиатур.
А) клавиатура с пластмассовыми штырями.
Под каждой клавишей находится пластмассовый штырь, направленный вертикально, нижняя часть которого выполнена в виде штемпеля изготовленного из смеси резины с металлом. Ниже этого штемпеля пластина с направляющими и контактными площадками, которая стационарно привинчена к корпусу клавиатуры. При нажатии штемпель соприказается с этими контактами, благодаря чему замыкается цепь, что интерпретируется контроллером клавиатуры. Плюсы: исключительная мягкость клавиши,…
Б) Клавиатура со щелчком.
При нажатии клавиши на этой клавиатуре, механическое сопротивление клавиши тем выше, чем глубже она нажимается. Для преодоления этого спротивления нужно затратить определенную силу после чего клавиша идет очень легко, это обеспечивает однозначный контакт. Нажатие и отпускание клавиши сопровождается щелчком.
В) Клавиатуры на переключателя и герконах.
Клавиатуры на микропереключателях по техническим характеристикам аналогичны клавиатуры со щелчком, но характеризуются большей прочностью и большим сроком службы. Еще лучше по характеристикам клавиатурами с герконами (герметичными контактами) который представляют собой переключатели с пружинными контактами в виде пластин, заключенными в герметизированный стеклянный баллон. Контакты приходят в соприкосновение или размыкаются под действием магнитного поля электромагнита, установленного снаружи баллона.
Г) Сенсорная клавиатура
01.0612
Принцип действия сенсорной клавиатуры основан на усилении разности потенциалов приложенных к чувствительному элементу кол-во этих элементов соответствует количеству клавиш в качестве самих элементов используются токопроводящие контактные площадки в виде одного или двух прямоугольников, разделенных небольшим зазором. В момент касания пальцем контактной площадки статический потенциал усиливается специальной схемой на выходе которой формируется специальный сигнал аналогичный сигналу формируемому на обычной клавиатуре.
Д) Виртуальная клавиатура
Оптико - механические манипуляторы
Крупнейшими производителями мышей являются компании Microsoft, Mitsumi, A4tech, KeySystem (genius), Logitech.
Мыши различаются по способу подключения:
Проводные
Последовательные
Ps\2 bus mouse
USB
Беспроводные
Инфракрасные
Радиомышь
Wi-fi мышь
По принципу действия делятся
Оптико-механические
Оптические
Характеристики мыши
Разрешение (стандарт 1500 dpi)
Баллистический эффект – зависимость точность позиционирования мыши от скорости его перемещения.
Принцип работы оптико – механической мыши
На нижней стороне мыши находится отверстие которое закрывается пластмассовой шайбой, внутри которого расположен шарик диаметром 1,5 – 2 см из металла покрытый резиной. Шарик окружен двумя или с тремя валиками, один из валиков служит для управления шариком, два других регистрируют механическое передвижение мыши. Пластмассовые валики на конце осей связаны с диском, имеющим растровое отверстие. В некоторых видах мыши они заменяются механическими конактами, которые регистрируют перемещение мыши с помощью электрических импульсов. При перемещении мыши шарик вращает валики, которыен вращают диск с растровыми отверстиями между двумя пластмассовыми цоколями. На первом цоколе находится источник цвета, на втором фотоэлемент, т.к. растровых дисков два порядок фоточувствительных элементов определяет направление перемещения мыши, а частота импульсов – скорость.
Оптическая мышь функционирует аналогично, отличается тем что перемещение регистрируются оптическим датчиком.
д\з дигитайзеры