Budowa i zasada działania komputera. dr Artur Bartoszewski

Transkrypt

1 Budowa i zasada działania komputera 1 dr Artur Bartoszewski

2 Płyta Głowna 2

3 Układy otoczenia procesora (chipset)

4 Rozwiązania sprzętowe MOSTEK PÓŁNOCNY

5 Rozwiązania sprzętowe MOSTEK PÓŁNOCNY MOSTEK POŁUDNIOWY

6 Schemat blokowy układów otoczenia procesora (chipsetu)

7 Magistrala FBS Definicja: Magistrala FBS łączy procesor z mostkiem północnym chipsetu. Mostek Północny pośredniczy w wymianie danych pomiędzy procesorem a pozostałymi układami płyty głównej. Obsługuje bezpośrednio pamięć i kartę graficzną. Mostek Południowy obsługuje układy o mniejszym zapotrzebowaniu na transfer. Prędkość taktowania magistrali FSB wyznacza prędkość pracy mostka północnego, a pośrednio również prędkość pracy procesora (z uwzględnieniem mnożników).

8 Budowa płyty głównej 8

9 Budowa płyty głównej

10 Budowa płyty głównej Dodatkowe gniazdo zasilania płyty Gniazda pamięci Procesor Gniazdo zasilania płyty CHIPSET Złącza kart graficznych Złącza kart rozszerzeń PCI Express Złącze karty rozszerzeń PCI Stacja dyskietek Kontrolery pamięci masowych BIOS Złącza do obudowy

11 Budowa płyty głównej

12 BIOS

13 Rola BIOS-u Definicja: BIOS (Basic Imput Output System) jest podstawowym systemem obsługi wejścia/wyjścia. Odpowiada za sposób komunikacji procesora z wszystkimi podsystemami płyty. Jest integralną częścią płyty i nie może być wymieniany pomiędzy różnymi rodzajami płyt.

14 BIOS

15 3 funkcje BIOSU BIOS pełni w systemie trzy role: 1. Likwiduje (z punktu widzenia systemu operacyjnego) różnice pomiędzy układowymi rozwiązaniami płyty. 2. Oferuje procedury obsługi standardowych układów we/wy z których może korzystać zarówno system jak i programista (przerwania BIOSu) 3. Inicjuje start systemu operacyjnego

16 Fazy pracy BIOSU BIOS jest niezbędny w każdym komputerze. Pierwszy dochodzi do głosu po włączeniu komputera. Aby mógł być obecny w systemie już we wstępnej fazie rozruchu, mieści się w układzie pamięciowym ROM na płycie głównej. W ramach procedury POST (Power On Self Test) dokonuje wstępnych oględzin zainstalowanych podzespołów sprzętowych, inicjuje je i sprawdza podstawową zdolność funkcjonowania. Następnie zaczyna działać procedura BIOS-u zwana bootstrap - loaderem, sprawdzając kolejno wszystkie napędy w poszukiwaniu sektora startowego, z którego da się wczytać system operacyjny. Do zadań BIOS-u należy ponadto udostępnianie systemowi operacyjnemu i jego aplikacjom odpowiednich procedur (tzn. procedur obsługi przerwań), aby mogły się odwoływać do podzespołów sprzętowych. Korzystają z tego m.in. DOS i programy diagnostyczne. Wszystkie wersje środowiska Windows od wersji 95 wyposażono w sterowniki nawiązujące bezpośredni kontakt ze sprzętem.

17 Struktura programu SETUP

18 Konfiguracja BIOS-u Aby dostać się do programu konfiguracyjnego, trzeba zaraz po włączeniu peceta nacisnąć określony klawisz, zazwyczaj [Del], [F1], [F2], [F10] lub kombinacje [Ctrl Alt Esc]. Na ekranie startowym powinien się pojawić stosowny komunikat. Parametry BIOS-u pozwalają zmieniać różne ustawienia, począwszy od najprostszych, takich jak tryb transmisji portu szeregowego, skończywszy na bardzo interesujących. Przy zmianach ustawień BIOS-u zachować należy ostrożność i rozwagę. Np. ustawienie zbyt wysokiego napięcia zasilającego procesor, a także zmiany w geometrii twardego dysku mogą mieć opłakane skutki. Jednocześnie w niejednym komputerze drzemią niespodziewane zapasy wydajności, które można wykorzystać tylko za pomocą BIOS-u. W ten sposób zyskasz większą wydajność, nie inwestując ani grosza.

19 Producenci BIOSU Rynek płyt głównych zdominowało trzech wielkich producentów BIOS-ów: AMI, Award, Phoenix. Nie oznacza to wcale, że są tylko trzy wersje BIOS-u. Każdy producent zmierza inną drogą. Większość kupuje gotowy kod źródłowy, a potem go modyfikuje. W rezultacie powstały niezliczone warianty BIOSU oraz zawartego w nim programu konfiguracyjnego. Różniące się one zakresem i nazwami opcji.

20 BIOS na kartach rozszerzeń Aby zapewnić możliwość obsługi niestandardowych urządzeń zainstalowanych jako karty rozszerzeń wyposaża się je we własny program BIOS. Jego zadaniem jest przeprowadzenie testu karty oraz dostarczenie programów obsługi przerwań potrzebnych do jej działania. Z informacji zawartych w BIOS-ie karty korzysta także mechanizm autokonfiguracji (PNP) oraz sterowniki dla systemów operacyjnych (Windows, Linux)

21 Magistrale kart rozszerzeń

22 Rozwój magistral komputera PC

23 Czas życia poszczególnych magistral Pentium 4 PCI -Express

24 Przepustowość magistral

25 Magistrala ISA Magistrala ISA jest magistrala 16-to bitową, taktowaną zegarem 8 MHz Transmisja 1 słowa (2 bajtów) (przy założeniu braku cykli oczekiwania) zajmuje 2 cykle zegara. Maksymalna przepustowość magistrali ISA wynosi: 8MHz 2B 2 takty 8 MB s Wadą standardu ISA jest brak mechanizmów wspierających autokonfigurację.

26 Magistrala ISA

27 Magistrala PCI Magistrala PCI dysponuje własnym, zdefiniowanym zestawem sygnałów różnych od sygnałów magistrali lokalnej procesora. Z procesorem i pamięcią komunikuje się za pomocą układu zwanego interfejsem PCI Magistrala PCI pracuje w trybie bust. Częstotliwość zegara dla magistrali PCI w wersji 2.1 wynosi od 0 do 66 MHz Pozwala to osiągnąć transfery: 264 MB/s dla magistrali 32 bitowej 528 KB/s dla magistrali 64 bitowej Pojedyncza magistrala zapewnia współpracę do 256 układów funkcjonalnych. Dodatkowo przy zastosowaniu tak zwanych mostów PCI-PCI możliwa jest współpraca wielu magistral.

28 Płyta główna PCI

29 Gniazda PCI Magistrale PCI mogą być zarówno 32, jak i 64-bitowe (zarówno adres jak i dane). Napięcia zasilania podawane przez magistrale to 5v lub 3,3V

30 Magistrala AGP AGP (ang. Accelerated Graphics Port) jest interfejsem kart graficznych. AGP powstał, ponieważ szybkość transmisji oferowana przez PCI okazała się niewystarczająca dla grafiki. W standardzie AGP dodano szybką, bezpośrednią magistralę między chipsetem a sterownikiem grafiki. W ten sposób zmniejszono obciążenie szyny PCI. Poprzez zastosowanie interfejsu AGP zwiększyła się szybkość transmisji. 132 MB/s, dla PCI, do 528 MB/s, dla AGPx2, przy częstotliwości taktowania 66 MHz. Dodatkową zaletą standardu AGP jest umożliwienie karcie grafiki bezpośredniego pobierania danych z pamięci komputera, bez potrzeby ich kopiowania do pamięci karty.

31 Zalety magistrali AGP Główne zalety AGP to: 1. Duża szybkość transmisji 2. Przydzielenie pełnej przepustowości AGP wyłącznie karcie graficznej 3. Odciążenie magistrali PCI 4. Umożliwienie wykorzystania części pamięci głównej na potrzeby systemu graficznego: tekstury nie muszą być przed użyciem ładowane do lokalnej pamięci wideo; przechowywanie tekstur w pamięci RAM umożliwia stosowanie większych tekstur i zmniejsza wymagania dotyczące pamięci adaptera.

32 Magistrala PCI-Express Szeregowa szyna systemowa wykorzystywana do przyłączania urządzeń do płyty głównej. Już podczas tworzenia nowego rozwiązania zakładano, że ma on zastąpić szynę PCI oraz gniazdo AGP. Służy przesyłaniu danych zarówno z karty graficznej, jak i innych urządzeń zamontowanych na płycie głównej. Zgodnie ze specyfikacją w magistrali PCI Express dane są przesyłane dwukierunkowo w postaci pakietów. Podstawowa wersja gniazda PCI Express została oznaczona 1x i jest dwa razy szybsza niż do tej pory używana magistrala PCI.

33 Magistrala PCI-Express - sloty PCI Express opiera się na szeregowym połączeniu punkt do punktu. Najprostsze połączenie między odbiornikiem a nadajnikiem składa się z dwóch jednokierunkowych, zasilanych różnicowo par przewodów niskonapięciowych. Zapobiega to przenikaniu sygnału do sąsiadujących linii sygnałowych.

34 Magistrala PCI-Express - sloty Zgodnie ze specyfikacją dostępne są szybsze gniazda oznaczone odpowiednio 2x, 4x, 8x, 16x oraz 32x. W praktyce oznacza to, że najszybsze gniazdo dysponuje aż 32 niezależnymi kanałami transmisyjnymi. Kolejną zaletą PCI Express jest to, że na płycie głównej można zamontować na przykład same gniazda 16x i podłączyć do nich wolniejsze karty 1x. Taka konfiguracja będzie działać bez większych problemów.

35 Magistrala PCI-Express mnożniki i transfery

36 Magistrala PCI-Express mnożniki i transfery

37 Magistrala PCI-Express mnożniki i transfery Tryb PCIExpress 1x PCIExpress 2x PCIExpress 4x PCIExpress 8x PCIExpress 16x PCIExPress 32x Przepustowość 250 MB/s 500 MB/S 1000 MB/s 2000 MB/s 4000 MB/s 8000 MB/s

38 Magistrala PCI-Express Jedną z największych zalet nowej magistrali jest możliwość instalacji dwóch takich samych kart graficznych w celu zwiększenia wydajności układu graficznego. W przypadku firmy nvidin rozwiązanie takie nosi nazwę SLI. Natomiast firma ATI swoje rozwiązanie nazwala CrossFire.

39 Standardy płyt głównych

40 Standardy płyt głównych Budowa płyty głównej, jej rozmiar, rozmieszczenie poszczególnych elementów i gniazd nie są dowolne. Jak wszystkie elementy składowe komputera PC podgalają standaryzacji.

41 AT AT Advanced Technology) standard konstrukcji płyt głównych oraz zasilaczy i obudów komputerowych do nich. Obecnie wyparty przez ATX. Standard AT został udostępniony w 1984 r. przez IBM. W odróżnieniu od wcześniejszych standardów: PC i XT, rozpowszechnił się bardzo szeroko ze względu na rozkwit rynku komputerów w latach 80. Klony komputerów IBM używały w tamtych czasach konstrukcji kompatybilnych z AT, przyczyniając się do popularności tego standardu. W latach 90. wiele komputerów wciąż wykorzystywało AT oraz jego odmiany, jednak od 1997 r. do głosu doszedł standard ATX.

42 AT

43 AT vs ATX

44 ATX Obecnie dominującą pozycję ma standard ATX. Charakteryzuje się on przede wszystkim zintegrowanymi z płytą główną wszystkimi gniazdami wyprowadzeń. Złącza portów szeregowych i równoległych, klawiatury, myszy, USB, dźwięku czy IEEE są integralną częścią samej płyty. Płyty ATX dzięki lepszemu rozmieszczeniu komponentów zapewniają mniejszą plątaninę kabli wewnątrz komputera, łatwiejszy dostęp do modułów pamięci, a wszystkie złącza kart rozszerzających można wykorzystywać w ich pełnej długości.

45 Odmiany standardu ATX Format ATX posiada kilka odmian, są to: Micro ATX - nieco mniejsze od ATX ale o takich samych właściwościach Flex ATX - jeszcze mniejsze od poprzednich ale umożliwiają przyłączenie najwyżej 4 kart (ISA, PCI lub AGP) (dla porównania karty ATX i Micro ATX mają zwykle 7 gniazd kart rozszerzeń), Mini ITX płyta zintegrowana, 1 gniazdo rozszerzeń ATX Micro ATX Flex ATX Mini ITX Szerokość x głębokość 305 x 244 mm 244 x 244 mm 229 x 191 mm 170 x 170 mm Rozmiar w stosunku do ATX 100% 80% 59% 39%

46 Rozmiary płyt głownychatx

47 Odmiany standardu ATX

48 Częścią standardu są otwory mocujące

49 Problemy ze standardem ATX 1. Nowe magistrale, a co za tym idzie nowe sloty 2. Wydzielona magistrala dla karty graficznej 3. Chłodzenie Zdecydowana większość obudów nie była projektowana pod kątem zapewnienia właściwego chłodzenia. Do wnętrza powietrze dostaje się zwykle przez specjalnie przygotowane do tego celu otwory lub przez wszelkie szpary i nieszczelności konstrukcji. Według specyfikacji ATX za wymianę powietrza wewnątrz obudowy odpowiada wentylator zasilacza, wydmuchując je na zewnątrz. Jeśli wentylator znajdzie się w pobliżu zasilacza, powinien wyciągać powietrze z wnętrza komputera.

50 BTX Standard ATX ma już 12 lat. W branży komputerowej oznacza to bardzo podeszły wiek i chyba pora przejść na zasłużoną emeryturę. Do wejścia na scenę od dawna (2004) jest gotowy następca - standard Balanced Technology Extended, czyli BTX.

51 BTX

52 BTX Zmiany dotyczą przede wszystkim takiego rozmieszczenia elementów płyty głównej, aby strumień chłodzącego powietrza przepływał od przodu do tyłu obudowy komputera, a wydzielające dużą ilość ciepła komponenty oddawały je w jego kierunku. W przedniej części obudowy umieszczony jest duży, dobrej jakości wiatrak, który chłodzi radiator procesora oraz wymusza obieg powietrza we wnętrzu obudowy. Elementy wydzielające ciepło, takie jak karta graficzna czy moduły pamięci, umieszczone są równolegle do strumienia, by nie powodować jego zaburzeń. Jednocześnie zmniejszono wymagania odnośnie przestrzeni potrzebnej do budowy pełnowymiarowych konstrukcji (zwłaszcza pod względem wysokości), co stanowi krok w kierunku platform serwerowych.

53 BTX

54 Dziękuję za uwagę 54