Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Конструкция персонального компьютера

Стр 1 из 24Следующая ⇒

Кафедра судовой автоматики и измерений

Схемотехника

Доцент Галушин С.Я.

Санкт-Петербург

2012 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение. 4

1. КОНСТРУКЦИЯ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА.. 7

1.1. Термины.. 10

1.2. Системные ресурсы ПК.. 12

1.3. Клавиатура. 12

1.4. Манипуляторы (mouse, trackball) 14

2. СИСТЕМНАЯ ПЛАТА.. 15

2.1. Конструктив и установка плат. 16

2.2. BIOS. 19

2.3. Чипсет. 20

2.4. Синхронизация компонентов системной платы.. 23

2.5. Шины расширения ввода/вывода. 25

2.5.1. Шина ISA (Industrial Standard Architecture) 27

2.5.2. Шина PCI (Peripheral Component Interconnect bus) 28

2.5.3. Шина AGP (Accelerated Graphic Port) 30

3. ПРОЦЕССОРЫ... 32

3.1. Питание и охлаждение процессоров. 34

3.2. 16-разрядные процессоры фирмы Intel 36

3.2.1. Процессоры 8086/8088 — родоначальники семейства. 36

3.2.2. Процессор 80286. 36

3.3. 32-разрядные процессоры.. 37

3.3.1. Архитектура процессоров. 37

3.3.2. Внутренний кэш.. 38

3.4. Процессоры 386/387. 38

3.5. Процессоры 486. 39

3.5.1. OverDrive-процессоры фирмы Intel для системных плат 486. 40

3.5.2. Процессоры, совместимые с i486. 42

3.6. Обзор процессоров семейства Pentium.. 43

3.7. Процессоры пятого поколения класса Pentium.. 46

3.8. Процессоры, совместимые с Pentium.. 49

3.8.1. AMD.. 49

3.8.2. Cyrix. 50

3.8.3. Малораспространенные Pentium-совместимые процессоры.. 51

3.9. Шестое поколение процессоров Pentium.. 52

3.9.1. Процессоры Pentium II. 53

3.9.2. Процессоры Pentium III. 54

3.9.3. Процессоры Celeron. 56

3.10. Процессоры Pentium 4. 57

3.11. Мобильные процессоры.. 59

3.12. Ошибки процессоров Pentium.. 61

3.13. Основные характеристики процессоров. 62

4. ЭЛЕКТРОННАЯ ПАМЯТЬ.. 63

4.1. Построение оперативной памяти. 64

4.2. Стандартная память — Conventional Memory. 65

4.3. Верхняя память — UMA.. 66

4.4. Дополнительная память — Extended и Expanded Memory. 68

4.5. Shadow ROM и Shadow RAM... 68

4.6. Виртуальная память. 69

4.7. Быстродействие и производительность памяти. 69

4.8. Кэширование оперативной памяти. 71

4.9. Типы динамической памяти (FPM, EDO, BEDO, SDRAM) 73

4.10. Модули SIMM, SIPP. 74

4.11. Модули DIMM... 75

5. ВИДЕОСИСТЕМА.. 76

5.1. Дисплей. 76

5.2. Параметры монитора. 77

5.3. Плоские дисплеи. 78

5.4. Графические адаптеры.. 79

5.5. Динамическая память для дисплейных адаптеров. 80

6. ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ.. 81

6.1. Параметры дисковых накопителей. 83

6.2. Память на гибких магнитных дисках. 85

6.3. Дискеты: плотность и форматы.. 86

6.4. Память на жестких дисках. 86

6.4.1. Накопители с интерфейсом АТА (IDE) 87

6.4.2. Диски с интерфейсом SCSI. 88

6.5. Устройства массовой памяти на сменных носителях. 89

6.5.1. Магнитные диски. 90

6.5.3. Оптические диски (CD-ROM) 91

6.5.4. Записываемые оптические диски. 92

7. ВНЕШНИЕ ИНТЕРФЕЙСЫ... 94

Введение

Компьютер представляет собой устройство, способное исполнять четко определенную последовательность операций, предписанную программой. Понятие «компьютер» является более широким, чем «электронно-вычислительная машина» (ЭВМ), поскольку в последнем явный акцент делается на вычисления. Персональный компьютер (ПК) характерен тем, что им может пользоваться один человек, не прибегая к помощи бригады обслуживающего персонала и не отводя под него специального зала с поддержанием климата, мощной системой электропитания и прочими атрибутами больших вычислительных машин. Этот компьютер обычно сильно ориентирован на интерактивное взаимодействие с одним пользователем (в играх иногда и с двумя), причем взаимодействие происходит через множество сред общения — от алфавитно-цифрового и графического диалога с помощью дисплея, клавиатуры и мыши до устройств виртуальной реальности, в которой пока не задействованы, наверное, только запахи. Когда используется аббревиатура PC (Personal Computer), подразумевается ПК, совместимый с самым массовым семейством персональных компьютеров фирмы IBM и их клонов. Конечно же, это не единственное в мире семейство — есть множество и других достойных компьютерных линий, но данная книга посвящена именно IBM PC-совместимым персональным компьютерам. Таким образом, можно объяснить словосочетание PC-сервер, которое неявно предполагает повышенную мощность (скорость вычислений, объем оперативной и внешней памяти) и особое конструктивное исполнение (просторный корпус) компьютера. Словосочетание ПК-сервер уже звучит странновато, хотя в одноранговых сетях и этому словосочетанию можно найти объяснение — персональный компьютер может предоставлять свои ресурсы (например, дисковое пространство, принтеры или модемы) другим компьютерам, для которых он будет являться невыделенным сервером. Попутно отметим и термин рабочая станция (Workstation, WS), в который может быть вложено два значения. В компьютерной сети рабочей станцией называют компьютер пользователя (как противоположность серверу). Однако рабочая станция может быть и отдельно стоящим (Standalone Computer), но особенно мощным компьютером (его подключение к сети, конечно же, не исключается). В этом случае часто подразумевается архитектура, отличающаяся от IBM PC-совместимой (например, компьютер на RISC-процессоре). Для мощного IBM PC-совместимого компьютера применяют англоязычный термин High End PC, которому короткого русского аналога пока нет.

Любой компьютер имеет три основные составные части: процессор, память и периферийные устройства. Они взаимодействуют между собой с помощью шин, стандартизация которых делает архитектуру компьютеров открытой.

Процессор является основным «мозговым» узлом, в задачу которого входит исполнение программного кода, находящегося в памяти. В настоящее время под словом «процессор» подразумевают микропроцессор — микросхему, которая, кроме собственно процессора, может содержать и другие узлы — например, кэш-память. Процессор в определенной последовательности выбирает из памяти инструкции и исполняет их. Инструкции процессора предназначены для пересылки, обработки и анализа данных, расположенных в пространствах памяти и портов ввода/вывода, а также организации ветвлений и переходов в вычислительном процессе. В компьютере обязательно должен присутствовать центральный процессор (CPU — Central Processing Unit), который исполняет основную программу. В многопроцессорной системе функции центрального процессора распределяются между несколькими обычно идентичными процессорами для повышения общей производительности системы, а один из них назначается главным. В помощь центральному процессору в компьютер часто вводят сопроцессоры, ориентированные на эффективное исполнение каких-либо специфических функций. Широко распространены математические сопроцессоры, эффективно обрабатывающие числовые данные в формате с плавающей точкой; графические сопроцессоры, выполняющие геометрические построения и обработку графических изображений; сопроцессоры ввода-вывода, разгружающие центральный процессор от несложных, но многочисленных операций взаимодействия с периферийными устройствами. Возможны и другие сопроцессоры, однако все они несамостоятельны — исполнение основного вычислительного процесса осуществляется центральным процессором, который в соответствии с программой выдает «задания» сопроцессорам на исполнение их «партий».

Память компьютера предназначена для кратковременного и долговременного хранения информации — кодов команд и данных. Информация в памяти хранится в двоичных кодах, каждый бит — элементарная ячейка памяти — может принимать значение «0» или «1». Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, однозначно ее идентифицирующий в определенной системе координат. Минимальной адресуемой единицей хранения информации в памяти обычно является байт, состоящий, как правило, из 8 бит.

Со времени появления больших (по размерам) компьютеров сложилось деление памяти на внутреннюю и внешнюю. Под внутренней подразумевалась память, расположенная внутри процессорного «шкафа» (или плотно к нему примыкающая). Сюда входила и электронная и магнитная память (на магнитных сердечниках). Внешняя память представляла собой отдельные устройства с подвижными носителями — накопители на магнитных дисках (а сначала — на барабанах) и ленте. Со временем все устройства компьютера удалось поселить в один небольшой корпус, и прежнюю классификацию памяти применительно к PC можно переформулировать так:

· внутренняя память — электронная (полупроводниковая) память, устанавливаемая на системной плате или на платах расширения;

· внешняя память — память, реализованная в виде устройств с различными принципами хранения информации и обычно с подвижными носителями. В настоящее время сюда входят устройства магнитной (дисковой и ленточной) памяти, оптической и магнитооптической памяти. Устройства внешней памяти могут размещаться как в системном блоке компьютера, так и в отдельных корпусах, достигающих иногда и размеров небольшого шкафа.

Для процессора непосредственно доступной является внутренняя память, доступ к которой осуществляется по адресу, заданному программой. Для внутренней памяти характерен одномерный (линейный) адрес, который представляет собой одно двоичное число определенной разрядности. Внутренняя память подразделяется на оперативную, информация в которой может изменяться процессором в любой момент времени, и постоянную, информацию которой процессор может только считывать. Обращение к ячейкам оперативной памяти может происходить в любом порядке, причем как по чтению, так и по записи, и оперативную память называют памятью с произвольным доступом — Random Access Memory (RAM) — в отличие от постоянной памяти (Read Only Memory, ROM). Внешняя память адресуется более сложным образом — каждая ее ячейка имеет свой адрес внутри некоторого блока, который, в свою очередь, имеет многомерный адрес. Во время физических операций обмена данными блок может быть считан или записан только целиком. В случае одиночного дискового накопителя адрес блока будет трехмерным: номер поверхности (головки), номер цилиндра и номер сектора. В современных накопителях этот трехмерный адрес часто заменяют линейным номером — логическим адресом блока, а его преобразованием в физический адрес занимается внутренний контроллер накопителя. Поскольку дисковых накопителей в компьютере может быть множество, в адресации дисковой памяти участвует и номер накопителя, а также номер канала интерфейса. С такой сложной системой адресации процессор справляется только с помощью программного драйвера, в задачу которого в общем случае входит копирование некоторого блока данных из оперативной памяти в дисковую и обратно. Дисковая память является внешней памятью с прямым доступом, что подразумевает возможность обращения к блокам (но не ячейкам) в произвольном порядке. Память на ленточных носителях имеет самый неудобный метод доступа — последовательный. В ней информация хранится также в виде блоков фиксированной или переменной длины, и в пределах одного носителя эти блоки имеют последовательные адреса. Для доступа к какому-либо блоку устройство должно найти некоторый маркер начала ленты (тома), после чего последовательным холостым чтением блока за блоком дойти до требуемого места и только тогда производить сами операции обмена данными. С такими неудобствами мирятся только потому, что ленточные носители являются самым дешевым хранилищем для больших объемов информации, к которой не требуется оперативного доступа.

Для подсистемы памяти важными параметрами являются следующие:

объем хранимой информации. Нет необходимости объяснять, что чем он больше, тем лучше. Максимальный (в принципе неограниченный) объем хранят ленточные и дисковые устройства со сменными носителями, за ними идут дисковые накопители, и завершает этот ряд оперативная память;
время доступа — усредненная задержка начала обмена полезной информацией относительно появления запроса на данные. Минимальное время доступа имеет оперативная память, за ней идет дисковая и после нее — ленточная;
скорость обмена при передаче потока данных (после задержки на время доступа). Максимальную скорость обмена имеет оперативная память, за ней идет дисковая и после нее — ленточная;
удельная стоимость хранения единицы данных — цена накопителя (с носителями), отнесенная к единице хранения (байту или мегабайту). Минимальную стоимость хранения имеют ленточные устройства со сменными носителями, их догоняют дисковые накопители, а самая дорогая — оперативная память.

Кроме этих параметров имеется и ряд других характеристик — энергонезависимость (способность сохранения информации при отключении внешнего питания), устойчивость к внешним воздействиям, время хранения, конструктивные особенности (размер, вес) и т. п. У каждого типа памяти имеются различные реализации со своими достоинствами и недостатками.

Внутренняя и внешняя память используются существенно различными способами. Внутренняя (оперативная и постоянная) память является хранилищем программного кода, который непосредственно может быть исполнен процессором. В ней же хранятся и данные, также непосредственно доступные процессору (а следовательно, и исполняемой программе). Внешняя память обычно используется для хранения файлов, содержимое которых может быть произвольным. Процессор (программа) имеет доступ к содержимому файлов только опосредованно через отображение их (полное или частичное) в некоторой области оперативной памяти. Исполнить программный код или обратиться к данным непосредственно на диске процессор не может в принципе. То же относится и к ленточной памяти.

Основной недостаток оперативной памяти заключается в том, что конструктивно достижимый ее объем во много раз меньше, чем у дисковой (пока что это было справедливо на всех ступенях технического прогресса). Решить проблему увеличения объема оперативной памяти за счет дисковой позволяет виртуальная память, которую можно считать кэшированием оперативной памяти на диске. Суть ее заключается в том, что программам предоставляется виртуальное пространство оперативной памяти, по размерам превышающее объем физически установленной оперативной памяти. Это виртуальное пространство разбито на страницы фиксированного размера, а в физической оперативной памяти в каждый момент времени присутствует только часть из них. Остальные страницы хранятся на диске, откуда операционная система может их «подкачать» в физическую на место предварительно выгруженных на диск страниц. Для прикладной программы этот процесс прозрачен (если только она не критична ко времени обращения к памяти). Для пользователя этот процесс заметен по работе диска даже в тот момент, когда не требуется обращение к файлам. Расплатой за почти безмерное увеличение объема доступной оперативной памяти является снижение средней производительности памяти и некоторый расход дисковой памяти на так называемый файл подкачки (Swap File). Естественно, размер виртуальной памяти не может превышать размера диска (файл подкачки на нескольких дисках обычно не размещают). Виртуальная память реализуется операционными системами (и оболочками) защищенного режима (например, OS/2, MS Windows) на основе аппаратных средств процессоров класса не ниже 286, а наиболее эффективно — 32-разрядных процессоров 386 и старше.

В общем случае в подсистему памяти обязательно входит оперативная память и энергонезависимая память, хранящая по крайней мере программу первоначальной загрузки компьютера. Дисковая память как таковая может и отсутствовать. Однако часто в понятие «диск» или «дисковое устройство» (Disk Device, Disk Drive) вкладывают значение «устройство внешней памяти прямого доступа». Так, например, виртуальный диск в ОЗУ и электронный диск на флэш-памяти отнюдь не имеют круглых, а тем более вращающихся деталей. Внешняя память с прямым доступом в том или ином виде — будь то действительно дисковые накопители, флэш-диск или сетевой диск, отображающий часть диска физически значительно удаленного компьютера-сервера, — является обязательным атрибутом персонального компьютера. Без внешней памяти компьютер вырождается в узкоспециализированное устройство с ограниченным набором функций (например, эмуляции терминала или интерпретатора языка Basic), «зашитых» в его постоянную память. Ленточная память является необязательной и используется обычно для хранения архивов.

Периферийные устройства связывают компьютер с внешним миром, и без них он был бы «вещью в себе». Список устройств, делающих компьютер «вещью для нас», практически неограничен. Сюда входят устройства ввода — клавиатура, манипуляторы «мышь», «трекбол», джойстики, сканеры, устройства оцифровки звука и видеоизображений; устройства вывода — алфавитно-цифровые и графические мониторы, принтеры, плоттеры, акустические системы и прочие устройства в великом множестве их разновидностей; коммуникационные устройства — модемы, адаптеры локальных и глобальных сетей. Сюда же часто относят дисковые и ленточные устройства хранения информации, но по выполняемым функциям, по-моему, их все-таки лучше включать в подсистему памяти. Кроме того, к компьютеру можно подключать датчики и исполнительные устройства технологического оборудования, различные приборы — в общем все, что в конечном итоге может вырабатывать электрические сигналы и (или) ими управляться. Периферийные устройства подключаются к компьютеру через внешние интерфейсы или с помощью специализированных адаптеров или контроллеров, встраиваемых в системную плату или размещаемых на платах (картах) расширения. Адаптер является средством сопряжения какого-либо устройства с какой-либо шиной компьютера. Контроллер служит тем же целям сопряжения, но при этом подразумевается его некоторая активность — способность к самостоятельным действиям после получения команд от обслуживающей его программы. Сложный контроллер может иметь в своем составе и собственный процессор. На эти тонкости терминологии не всегда обращают внимание, и понятия «адаптер» и «контроллер» считают почти синонимами. Все внешние интерфейсы компьютера, естественно, тоже имеют свои адаптеры или контроллеры. Для взаимодействия с программой (с помощью процессора или сопроцессоров) адаптеры и контроллеры периферийных устройств обычно имеют регистры ввода и вывода, которые могут располагаться либо в адресном пространстве памяти, либо в специальном пространстве портов ввода/вывода. Кроме того, используются механизмы аппаратных прерываний для сигнализации программе о событиях, происходящих в периферийных устройствах. Для обмена информацией с периферийными устройствами применяется и механизм прямого доступа к памяти DMA (Direct Memory Acces). Контроллер DMA можно считать простейшим сопроцессором ввода/вывода, разгружающим центральный процессор от рутинных операций обмена.

Таково в общих чертах устройство компьютера (естественно, подразумевается и наличие корпуса с блоком питания). Однако этот набор «железок» не имеет практической ценности без программного обеспечения, которое в компьютере имеет многоуровневую организацию. Часть программного обеспечения хранится в постоянной (энергонезависимой) памяти и обеспечивает тестирование и запуск при включении, загрузку операционной системы и связь операционной системы с аппаратными средствами компьютера. Эта часть называется базовой системой ввода/вывода BIOS (Basic Input-Output System). Следующий уровень — операционная система, основным назначением которой является загрузка прикладных программ и предоставление им некоторых сервисов. И наконец, верхний уровень — прикладное программное обеспечение, ради исполнения которого и городился весь этот огород. Именно возможность загрузки любой прикладной программы в совокупности с неограниченным ассортиментом периферийных устройств и позволяет считать персональный компьютер универсальным инструментом с неограниченными возможностями.

КОНСТРУКЦИЯ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА

Персональные компьютеры, совместимые с IBM PC, делятся на несколько поколений (или классов) со следующими характерными особенностями:

IBM PC первой модели имел процессор Intel 8088, адресуемую память 1 Мбайт, шину расширения ISA (8 бит), накопители на гибких дисках (НГМД) до 360 Кбайт.
IBM PC/XT (eXtended Technology — расширенная технология) — появились винчестеры — накопители на жестких дисках (НЖМД) и возможность установки математического сопроцессора Intel 8087.
IBM PC/AT (Advanced Technology — прогрессивная или «продвинутая» технология): процессор Intel 80286/80287, адресуемая память 16 Мбайт, шина ISA 16 бит, НГМД 1,2 и 1,44 Мбайт, НЖМД.

В последнее время класс машин AT развивался в нескольких направлениях: 16-разрядный процессор заменен на 32-разрядный (начиная с 386 и старше), память адресуется в пространстве до 4 и даже 32 Гбайт, применялись более эффективные шины расширения (EISA, VLB, PCI) с сохранением ISA 16 бит как дешевой шины для обеспечения совместимости со старыми адаптерами, расширяется состав устройств, имеющих системную поддержку на уровне BIOS.

В настоящее время название IBM PC- совместимые компьютеры более не употребляется.

Конструктивные решения, заложенные в первую модель IBM PC образца 1981 года, без каких-либо революционных изменений дошли и до наших дней. В классическом варианте исполнения PC состоит из системного блока, к которому подключается клавиатура, видеомонитор и все периферийные устройства. В системном блоке (рис. 1.1) расположена системная плата (System Board или Motherboards — материнская плата) с установленными на ней центральными компонентами компьютера — процессором, оперативной памятью, вспомогательными схемами и щелевыми разъемами-слотами, в которые можно устанавливать платы расширения.

Рис. 1.1. 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"; 8 — блок питания

В корпусе системного блока имеются отсеки (Bay) 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 (рис. 1.2). На этой скобе могут быть установлены внешние разъемы. Габаритные и присоединительные размеры плат, способ их крепления и шины ввода/вывода унифицированы

Унификация системных плат, корпусов и плат расширения обеспечивается следующими конструктивными соглашениями:

Стандартизация размеров, количества контактов и электрического интерфейса слотов шин расширения.
Фиксированное расстояние от слота до задней кромки платы.
Фиксированный шаг между соседними слотами, а также их привязка к крепежным точкам и положению разъема клавиатуры.
Определение максимального габарита (длина и высота) карт расширения.
Определение геометрии нижнего края платы расширения, формы и размеры фиксирующей скобки.

Габаритные размеры и вид карт расширения на примере ISA/EISA приведены на рис. 1.2. Платы EISA отличаются от ISA «двухэтажным» расположением контактов разъема. Плата PCI может иметь те же внешние размеры, но ее краевой разъем смещен к центру платы.

Длина платы может быть ограничена особенностями корпуса и компоновкой элементов системной платы (иногда ее установке мешают высокие элементы). Максимальная длина платы составляет 335 мм, при этом ее передний край должен входить в направляющие полозья, установленные на корпусе. Полную длину и высоту (Full Size) имеют только очень старые или достаточно сложные адаптеры. Большинство адаптеров короче и ниже, встречаются и фигурно вырезанные платы — этим экономится израсходованный материал.

Рис. 1.2. Вид плат ISA/EISA

Со стороны задней стенки плата адаптера обязательно должна иметь металлическую крепежную скобу, с помощью которой плата винтом крепится к корпусу. Незакрепленная плата может шататься, что приведет к неустойчивости контакта и, следовательно, к сбоям. Плата с внешними разъемами может выдернуться из слота, и, если это произойдет при включенном питании, последствия могут оказаться гибельными для системной платы, адаптеров и блока питания.

В компьютере IBM PC/AT по сравнению с первыми PC и PC/XT примерно на сантиметр была увеличена максимально допустимая высота карты расширения, но остальные ее размеры не изменились. В первых моделях (как и в PC/XT) не было трехдюймовых отсеков, и позже появившиеся малогабаритные дисководы устанавливали в пятидюймовые отсеки с помощью переходных рамок, что возможно и в современных корпусах.

Изначально системный блок ставился на стол горизонтально, и этот тип корпуса называется Desktop (настольный). Корпуса были довольно громоздкие, но со временем за счет уменьшения площади системной платы удалось сократить их длину. Так появился формат корпуса (и системной платы) Baby-AT («детка»), а традиционные корпуса и платы получили титул Full-AT (полноразмерные).

В настоящее время под корпусом Desktop подразумевается корпус длиной около 35 см (чуть длиннее, чем Baby). Сверху на настольные корпуса часто устанавливают монитор (хотя при этом его экран оказывается слишком высоко), а перед корпусом располагается клавиатура. Вся эта композиция занимает слишком много места, особенно в глубину, и на обычном столе помещается плохо (от того и появилась новая «компьютерная» мебель). Позже догадались поставить корпус «на попа», слегка изменив расположение отсеков внешних устройств. Так появился тип корпуса Tower (башня), наиболее популярный в настоящее время. В него можно устанавливать системные платы и карты расширения тех же форматов, что и в Desktop, но конструктивно он лучше и удобнее за счет наличия жесткого скелета-шасси. Недавно был принят новый стандарт на конструктив системной платы и корпуса — АТХ. Этот конструктив появился в связи с тенденцией расположения максимального числа периферийных контроллеров на системной плате, что привело к затруднению вывода их внешних разъемов. Кроме того, формат АТХ наводит порядок и во внутренних соединениях системного блока, а также имеет другой интерфейс блока питания.

Корпуса типа Tower могут иметь разные размеры, в зависимости от которых их устанавливают на стол или рядом со столом на полу или какой-либо подставке. При напольной установке могут возникнуть проблемы с длиной кабелей подключения клавиатуры и монитора, но эти проблемы разрешимы с помощью специальных удлинителей. В принципе не возбраняется и укладка корпуса Tower на стол горизонтально, тогда на него можно поставить не очень тяжелый монитор. Однако при этом, в отличие от корпуса Desktop, отсеки для накопителей окажутся расположенными вертикально. В таком положении трудности возникнут с использованием CD-ROM: считывать информацию он, скорее всего, будет нормально, но смена дисков станет почти невозможным делом.

Корпус Mini-Tower является самой маленькой башней — он имеет высоту около 35 см, ширину 17-18 см (чуть шире 5" отсека), глубину около 40 см и всего два отсека формата 5". Из трех-четырех отсеков 3" на лицевую панель могут выводиться всего два. Корпус Midi-Tower несколько больше — он имеет высоту около 40 см и по крайней мере три отсека формата 5". Корпус Big-Tower имеет высоту около 60 см и пять-шесть отсеков формата 5". Эти корпуса обычно шире (для устойчивости и лучшего охлаждения внутренних устройств). Есть и более емкие корпуса — Super Big-Tower и другие, предназначенные для компьютеров-серверов.

Корпуса, иногда жаргонно называемые кейсами (Case), могут иметь различные конструктивные особенности и дополнительные элементы — например, запираемые или просто пылезащитные дверцы на отсеки накопителей, элементы блокировки несанкционированного доступа, средства контроля внутренней температуры и т. п. Блоки питания широко распространенных корпусов имеют унифицированный конструктив, но в зависимости от размера корпуса различную мощность и количество разъемов для питания накопителей.

Для настольного исполнения существуют различные модели корпусов с уменьшенными размерами. Главным образом стремятся снизить высоту, которая для горизонтально расположенных корпусов определяется принятой допустимой высотой плат расширения. В низкопрофильных корпусах типа Slim Line платы расширения располагают в плоскостях, параллельных плоскости системной платы. Они устанавливаются в специальную переходную плату — Riser card, в просторечии иногда называемую «елкой». Эта «елка» «растет» из системной платы, а ее «ветками» являются платы расширения, вставляемые в слоты Riser card (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Компоновка плат в корпусе LPX

Так компонуются корпуса в стандарте LPX. Для них существует специальное одноименное исполнение системных плат, но иногда в эти корпуса удается установить и обычные системные платы формата Ваbу-АТ. Если все необходимые компоненты установлены на системной плате, а установка плат расширения не предвидится, то Riser Card может и отсутствовать. Высоту корпуса LPX удается снизить примерно до 10 см (иногда и меньше), но расплатой за это удовольствие является очень тесная компоновка и малое число доступных отсеков. Новая спецификация для низкопрофильных корпусов NLX преследует примерно те же цели, что и АТХ. В ней порядок наводится с помощью платы Riser Card, которая в данном случае (в отличие от LPX) является обязательной даже при отсутствии карт расширения — через эту плату к системной плате подключаются все жизненно важные цепи (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Компоновка плат в корпусе NLX

На краевой разъем системной платы выводятся сигналы шин PCI, ISA и USB, интерфейсные сигналы контроллеров НГМД и порты IDE, линии питания и подключения всех органов лицевой панели. На системной плате предусматривается место для слота AGP, в который можно установить видеокарту уменьшенной высоты

Все вышеперечисленные типы корпусов позволяют использовать стандартные платы расширения и довольно широкий ассортимент системных плат, то есть «конструктор» является универсальным, и возможности модернизаций не упираются в необходимость приобретать изделия одного производителя. Однако существуют и «фирменные» типы корпусов, в которые могут устанавливаться только «родные» им системные платы. Что касается плат расширения, то обычно они все-таки универсальны, хотя попадаются и системы, замкнутые на себя. Существуют корпуса экзотических форм — например, в виде прямоугольного сектора цилиндра, предназначенные для установки в угол (фирма Packard Bell). Есть и компьютеры-моноблоки, в которых системный блок и монитор расположены в общем корпусе. Существуют так называемые мультимедийные корпуса со встроенными стереофоническими акустическими системами. Одно время выпускались миниатюрные копии корпусов Desktop размером с книгу — Book-Size, и в комплекте с такими же миниатюрными мониторами и клавиатурами они смотрелись очень симпатично. Конечно, вопрос об их совместимости с распространенными обычными платами и не стоял, а цена этих «сувениров» была очень высокой.

Оригинальным конструктивным ходом фирмы IBM был ряд ее компьютеров из семейства PS/2. Обидевшись на конкурентов, начавших выпускать дешевые копии ее детища с открытой архитектурой — IBM PC, фирма разработала компьютер с микроканальной архитектурой шины — МСА, секреты которой не публиковались. При этом практически сохранялась программная совместимость с PC, но появились и новые возможности — например, программное конфигурирование аппаратных средств системы без каких-либо ручных переключении. Все компоненты системного блока соединялись друг с другом при помощи замков, защелок и разъемов. Внутри корпуса не было ни одного гибкого кабеля — идеальный порядок! Для разборки внутри корпуса прикреплялся специальный инструмент-отмычка. Однако в этих компьютерах могли применяться комплектующие (включая дисковые накопители) только фирмы IBM — другие не подходили конструктивно, хотя и имели аналогичные электрические интерфейсы. В гордом одиночестве линия PS/2 зачахла, хотя шина с микроканальной архитектурой и адаптеры для нее еще кое-где сохранились.

Кроме настольных (напольных) стационарных PC, давно уже выпускаются и их портативные варианты. Первые из них были довольно громоздкими. Переносная машина IBM PC Portable была скомпонована в корпусе обычного настольного размера, но на ее переднюю панель выходил экран небольшой электронно-лучевой трубки монитора. Клавиатура пристегивалась к передней панели и при переноске являлась крышкой. Вес машины был внушительным (его задавал прочный стальной корпус), а питание было возможным только от сети. Несколько позже появились компьютеры класса Laptop — наколенные, которые имели вид небольшого портфеля-дипломата. Они уже были оборудованы плоскими жидкокристаллическими мониторами и имели возможность работы от встроенных аккумуляторов. Каждый разработчик делал эти машины по-своему, и об их открытости и модернизируемости говорить не приходится. На смену им пришли более компактные машины класса Note Book — блокнотные ПК, линии которых успешно развиваются в настоящее время. В этих машинах уже достигнута унификация модулей их функционального расширения в виде стандарта PCMCIA, который недавно был переименован в PC Card. По своим характеристикам блокнотные компьютеры не сильно отстают от своих настольных собратьев, но по цене дороже в несколько раз.

Термины

Для большей ясности дальнейшего изложения определим некоторые термины, относящиеся к аппаратным средствам современных компьютеров. Поскольку персональные компьютеры, увы, имеют иностранное происхождение (опала, в которую попала кибернетика в нашей стране, не позволила удержать приоритеты в этой области), приходится мириться с рядом иностранных слов, вошедших в технический русский язык в виде даже не всегда правильных транслитераций. Однако во многих случаях для профессионалов они понятнее, поскольку много информации по данной теме черпается из зарубежных, чаще англоязычных источников. Рассмотрим варианты названий основных элементов компьютера.

Системной платой (System Board), или материнской платой (Mother Board), называют основную печатную плату, на которой устанавливается процессор, оперативная память, ROM BIOS и некоторые другие системные компоненты.

Платой расширения, или картой расширения (Expansion Card), называют печатную плату с краевым разъемом, устанавливаемую в слот расширения. Карты расширения, привносящие в PC какой-либо дополнительный интерфейс, называют интерфейсными картами (Interface Card). Поскольку интерфейсная карта представляет собой «приспособление» для подключения какого-либо устройства, к ней применимо и название адаптер (Adapter). К примеру, дисплейный адаптер (Display adapter) служит для подключения дисплея-монитора. Адаптер и интерфейсная карта практически синонимы, и, например, NIC (Network Interface Card — карта сетевого интерфейса) часто переводится как адаптер ЛВС (локальной вычислительной сети).

Слот (Slot) представляет собой щелевой разъем, в который устанавливается какая-либо печатная плата. Слот расширения (Expansion Slot) в PC представляет собой разъем системной шины в совокупности с прорезью в задней стенке корпуса компьютера — то есть посадочное место для установки карты расширения. Слоты расширения имеют разъемы шин ISA/EISA, MCA, VLB, PCI, AGP или PC Card (PCMCIA). Внутренние слоты используются и для установки модулей оперативной памяти (DIMM), кэш-памяти (COAST), процессоров Pentium II/III, а также процессорных модулей и модулей памяти в некоторых моделях PC.

Сокет (Socket) представляет собой гнездо, в которое устанавливаются микросхемы. Его контакты рассчитаны на микросхемы со штырьковыми выводами в корпусах DIP, PGA во всех модификациях или же микросхемы в корпусах SOJ и PLCC с выводами в форме буквы «J». ZIF-Socket (Zero Insertion Force — с нулевым усилием вставки) предназначен для легкой установки при высокой надежности контактов. Эти гнезда имеют замок, открыв который можно установить или изъять микросхему без приложения усилия к ее выводам. Для работы после установки замок закрывают, при этом контакты сокета плотно обхватывают выводы микросхемы.

Джампер (Jumper) представляет собой съемную перемычку, устанавливаемую на торчащие из печатной платы штырьковые контакты. Джамперы используются для конфигурирования различных компонентов как выключатели или переключатели, для которых не требуется оперативного управления. Джамперы переставляют с помощью пинцета, что рекомендуется делать только при выключенном питании, поскольку есть опасность их уронить в неподходящее место или закоротить пинцетом близко расположенные контакты.

Рис 1.5. Аппаратные средства конфигурирования:

а — джампер, б — DIP-переключатель

DIP-переключатели (DIP Switches) представляют собой малогабаритные выключатели в корпусе DIP, применяемые для тех же целей, что и джамперы. Их преимущество в более легком переключении, которое удобно производить шариковой ручкой. Недостатком переключателей является большее, по сравнению с джамперами, занимаемое на плате место и более высокая цена. Кроме того, несмотря на название, они обычно являются только выключателями, что делает их применение менее гибким, чем применение джамперов.

В современных компонентах стремятся сокращать количество переключателей или джамперов, стараясь переложить все конфигурационные функции на программно-управляемые электронные компоненты. Платы (карты), в которых удается изжить джамперы полностью (но которые требуют конфигурирования), называют Jumperless Cards — карты, свободные от джамперов. Компоненты, которые после установки конфигурируются автоматически, относят к классу РnР (Plug and Play — вставляй и играй).

Чип (Chip) — это полупроводниковая микросхема, причем обычно неявно подразумевается ее функциональная сложность. В данной книге это слово больше не встретится — автору больше нравится слово «микросхема». Чипсет (Chip Set) — это «набор интегральных схем, при подключении которых друг к другу формируется функциональный блок вычислительной системы» (формулировка из толкового словаря по вычислительным системам, к которой можно добавить слово «специализированных»). Чипсеты широко применяются в системных платах, графических контроллерах и других сложных узлах, функции которых в одну микросхему заложить не удается.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒