Technologie informacyjne (wyk.2) Budowa komputera klasy PC (procesory, płyta główna - chipset, interfejsy, BIOS, pamięć) dr Tomasz Ordysiński

Transkrypt

1 Technologie informacyjne (wyk.2) Budowa komputera klasy PC (procesory, płyta główna - chipset, interfejsy, BIOS, pamięć) dr Tomasz

2 Składniki typowego PC ta Procesor Pamięć operacyjna (RAM) Płyta główna + interfejsy Dysk twardy (HDD) Stacja dyskietek (FDD) Napęd optyczny (CD-ROM) Karta graficzna Klawiatura + mysz Obudowa Urządzenia peryferyjne (monitor, drukarka, skaner itp.)

3 Procesor (CPU) definicja i parametry Procesor - urządzenie cyfrowe sekwencyjne potrafiące pobierać dane z pamięci, interpretować je i wykonywać jako rozkazy. Wykonuje on bardzo szybko ciąg prostych operacji (rozkazów) wybranych ze zbioru operacji podstawowych określonych zazwyczaj przez producenta procesora jako lista rozkazów procesora. Procesor składa się z: zespołu rejestrów do przechowywania danych i wyników, jednostki arytmetycznej (arytmometr) do wykonywania operacji na danych, układu sterującego przebiegiem wykonywania programu. Jednostka centralna (ang. CPU, Central Processing Unit) - to określenie głównego procesora w danym systemie komputerowym (komputerze) zajmującego się przetwarzaniem i wykonywaniem instrukcji zapisanych w oprogramowaniu. CPU dzieli się na część odpowiedzialną za wykonywanie programów oraz na część zajmującą się operacjami na danych.

4 Procesor cechy i typowe rozkazy Jedną z podstawowych cech procesora jest długość (liczba bitów) słowa, na którym wykonywane są podstawowe operacje obliczeniowe. Jeśli słowo ma np. 32 bity, mówimy że procesor jest 32-bitowy. Innym ważnym parametrem określającym procesor jest szybkość z jaką wykonuje on program. Szybkość ta w znacznym stopniu zależy czasu trwania pojedynczego taktu procesora, jest on odwrotnością częstotliwości procesora. Do typowych rozkazów wykonywanych przez procesor należą: kopiowanie danych działania arytmetyczne (dodawanie, odejmowanie, porównywanie dwóch liczb, dodawanie i odejmowanie jedności, zmiana znaku liczby działania na bitach (iloczyn logiczny AND, suma logiczna OR, suma modulo 2 (różnica symetryczna) XOR, negacja NOT, przesunięcie bitów w lewo lub prawo) skoki (bezwarunkowe, warunkowe)

5 Procesory - architektura ARCHITEKTURY CPU CISC Complex Instruction Set Computers CECHY: 1. duża liczba rozkazów (tysiące) 2. mała optymalizacja działania 3. duża ilość trybów adresowania 4. duża częstotliwość taktowania procesora RISC Reduced Instruction Set Computers CECHY: 1. zredukowana liczba rozkazów (do kilkudziesięciu) 2. redukcja trybów adresowania 3. zwiększenie liczby rejestrów 4. ograniczenie komunikacji pomiędzy pamięcią, a procesorem

6 Główni producenci procesorów IBM - International Business Machines Corporation (potocznie Big Blue) - jedna z pierwszych i obecnie największych firm produkujących najpierw maszyny liczące i księgujące, potem komputery. IBM nie wynalazł komputera osobistego, ale stworzona przez niego w 1981 roku architektura stała się przemysłowym standardem (IBM PC). Microsoft i Intel zostali czołowymi dostawcami dwóch głównych części tej architektury. INTEL - amerykański producent mikroprocesorów, urządzeń sieciowych i kości graficznych. Sławę przyniósł jej procesor Pentium, na którego promocje wydano miliony dolarów. Obecnie firma jest największym producentem procesorów dla komputerów biurowych. AMD - Advanced Micro Devices, Inc. to założona w roku 1969 amerykańska firma produkująca procesory (drugi po Intelu dostawca do komputerów PC) i pamięci Motorola - producent szerokiego zakresu urządzeń, między innymi procesorów do komputerów osobistych Atari, Commodore Amiga, Apple Macintosh,

7 Rodzina procesorów Intel Pentium: I,PRO, II, III, IV (oparte na rdzeniach: Willamette, Northwood, Extreme Edition i Prescott), mobile (zoptymalizowany tak, aby zużywać jak najmniej prądu i wydzielać jak najmniej ciepła zastosowanie w komputerach przenośnych) Celeron: (wersja ekonomiczna/okrojona procesora PENTIUM), w 2004r. Celeron D Xeon: wywodzi się z Pentium II i jest przeznaczona jest na rynek serwerów (praca wieloprocesorowa) Itanium 1, 2 (rozwiązanie dla serwerów) Dual Core Core 2 - Core 2 Duo, Core 2 Extreme, Core 2 Quad (4), Core 2 Extreme Quad (2 * Core 2 Duo)

8 AMD - procesory DURON ( ) taktowane zegarem od 600 MHz do 1,8 GHz, (Spitfire, Morgan, Applebred). AMD zaprzestało produkcji procesora Duron w 2004 roku, został on zastąpiony linia procesorów Sempron. ATHLON Classic ATHLON Thunderbird ATHLON XP (Palomino, Thoroughbred, Barton i Thorton, Mobile Athlon XP) Operton (dedykowany do serwerów) ATHLON 64 (FX) (okrojony Operton do serwerów) Sempron (następca Durona konkurencja dla Celerona D) Athlon 64 X2 AMD Quad FX (2 * Athlon 64 FX)

9 Mechanizmy zaszyte w procesorach Single Instruction/Multiple Data (SIMD) to rodzaj instrukcji procesora, które wykonują tę samą operację na wielu danych: MMX - zestaw 57 (później dodano dodatkowe) instrukcji SIMD dla procesorów Pentium i zgodnych związanych z obsługą multimediów. SSE - jest nazwą zestawu instrukcji wprowadzonego po raz pierwszy w procesorach Pentium III firmy Intel. Poszerzenie MMX. SSE2 - zestaw instrukcji SSE poszerzony o 144 nowe rozkazy SSE3 - wprowadza 13 nowych poleceń w stosunku do swojego poprzednika SSE2 3DNow! - udoskonalenie architektury procesorów x86, znacznie zwiększające wydajność potrzebną dla odtwarzania grafiki trójwymiarowej i multimediów. 3DNow! Professional - w procesorach Athlon XP i Duronach z zegarem 1000 MHz i wyżej wprowadzono instrukcje w 100% zgodne z intelewskim SSE. 3DNow! Enhanced - kolejne rozszerzenie technologi 3DNow! dodające kolejne 24 komendy wspomagające operacje przetwarzania.

10 Gniazda procesorów ZIF SOCKET- jest to gniazdo które umożliwia bezproblemowe wyjęcie procesora za pomocą specjalnej dźwigienki. SLOT 1 - rodzaj gniazda do procesorów z rodziny Intel Pentium II i Pentium III SLOT A - rodzaj gniazda do procesorów z rodziny AMD Athlon SOCKET 7 - rodzaj gniazda do procesorów z rodziny Intel Celeron SOCKET rodzaj gniazda do procesorów z rodziny Intel Pentium, Cyrix, Texas Instruments i AMD/AMD K6 Socket A - AMD Athlon, AMD Athlon XP, AMD Duron Socket Intel Pentium 4 ( MHz) Socket Intel Pentium 4 ( MHz) Intel Pentium 4 ( MHz)

11 Radiator i wentylator Radiator - element lub zespół elementów odprowadzających nadmiar ciepła z elementu z którym się styka, do otoczenia (powietrza). Radiator jest specjalnie ukształtowaną bryłą z metalu dobrze przewodzącego ciepło oraz o rozwiniętej powierzchni od strony powietrza zazwyczaj w postaci żeber, prętów by zwiększyć przekazywanie ciapła (aluminium, miedź). Wentylator procesora (ang. cooler) jest elementem chłodzącym procesor komputera. Jest to wentylator umieszczony na radiatorze. Wymusza on ruch powietrza w pobliżu powierzchni radiatora zwiększając odprowadzanie ciepła z radiatora.

12 Pamięć CACHE procesora Pamięć cache przyspiesza dostęp do relatywnie wolnej pamięci RAM. Charakteryzuje się bardzo krótkim czasem dostępu. Jest używana do przechowywania danych, które będą w niedługim czasie przetwarzane. Na współczesnych procesorach są 2 lub 3 poziomy pamięci cache: L1 (zintegrowana z procesorem), a także L2 i L3 (umieszczone w jednym chipie razem z procesorem, lub na płycie głównej).

13 Procesor - co wybrać? Zależy od kieszeni ;-) Wersja OEM sam procesor, co oznacza, że w wentylator musimy zaopatrzyć się samodzielnie. Można wybrać bardziej wydajny i próbować overclocking u. Wersja BOX cały komplet (CPU, radiator, wentylator). DŁUŻSZA GWARANCJA!! Miłośnicy gier ważniejsza od procesora jest dobra karta graficzna i ilość pamięci RAM. Nowości są zawsze b. drogie za miesiąc cena spadnie o 30%. Grunt to dobra podstawa = solidna płyta główna, ale o nich za chwilę.

14 Płyta główna - rola Płyta główna jest najważniejsza częścią komputera PC. W języku angielskim nazwy takie jak motherboard, main board, system board czy planar są stosowane zamiennie i oznaczają płytę główną. Składa się ona z wielu chipsetów, czyli układów scalonych, których zadaniem jest integracja oraz zapewnienie współpracy poszczególnych komponentów komputera (procesora, dysków twardych, monitora, klawiatury i innych).

15 Płyta główna wygląd

16 Płyta główna dokładniej

17 Format płyty głównej Płyty główne mogą występować w kilku różnych formatach. Format płyty głównej oznacza wymiary i decyduje o rodzaju obudowy, do jakiej pasuje płyta. Spotyka się następujące typy płyt głównych: Plyta AT "pełnowymiarowa" Baby-AT Płyty niestandardowe LPX ATX NLX

18 Standard ATX Obecnie produkowane są płyty typu ATX. Standard ten ta ma wiele zalet. Miedzy innymi należy tu wymienić: gniazda portów umieszczone są na płycie (wyeliminowano zbędne połączenia kablem); moduły procesora i pamięci są tak umieszczone, ze nie kolidują z żądną z kart rozszerzających, umieszczone są one również blisko zasilacza który, ma je dodatkowo chłodzić; występuje bardziej poręczne rozmieszczenie interfejsów na płycie; obniżenie kosztów produkcji. Płyty główne wyposażone są w liczne złącza umożliwiające podłączenie dodatkowych kart rozszerzających.

19 Magistrala Magistrala jest "droga", po której sa przesyłane dane. Łączy ona co najmniej dwa elementy komputera. Istnieje cala hierarchia magistral (wg prędkości). Każde urządzenie w systemie jest przyłączone do jakiejś magistrali, a niektóre (jak układy płyt głównych - chipset) działają jak mosty łączące je ze sobą. Główne typy magistral: Procesora AGP PCI ISA (rzadko, ale czasami się zdarza)

20 Magistrala procesora i pamięciowa Magistrala procesora używana przez procesor do przekazywania informacji do i z pamięci cache oraz komunikacji z mostkiem północnym (North Bridge) chipsetu. Magistrala pamięciowa wykorzystywana do przesyłania informacji pomiędzy procesorem, a pamięcią RAM, podłączona do mostka północnego. Nowe chipsety mogą taktować pamięć z częstotliwością 66, 100, 133 a obecnie 400/800 MHz (DDR).

21 Magistrala PCI Pozwala na instalowanie kart rozszerzeń w 2 wersjach napięć (3,3 i 5 V). Szerokość 32 lub 64 bity).

22 Magistrala AGP Dedykowana kartom graficznym. Szybkość x1 (256 MB/s), x2 (512 MB/s), x4 (1GB/s), x8 (2GB/s).

23 Magistrala ISA Wolna 16-bitowa magistrala, która wyszła z użytku.

24 CHIPSET Układy zarządzające komunikacją pomiędzy procesorem, pamięcią i magistralami dołączającymi urządzena I/O. W znacznym stopniu decydują o funkcjonalności komputera (możliwości rozbudowy). Zbudowane zwykle z 2 układów scalonych tzw. mostków (północnego i południowego). NIE MOŻNA ICH WYMIENIĆ!! Producenci: VIA, SIS, INTEL, AMD itd.

25 CHIPSETY

26 Porty i interfejsy na płycie głównej Porty PS2 (klawiatura i mysz) Port gier lub MIDI Magistrala USB Port LPT i 2xCOM Wyprowadzenia karty dźwiękowej

27 BIOS BIOS jest to skrót od "Basic Input Output System"- podstawowy system Wejścia /Wyjścia. Najniższy poziom oprogramowania komputera umożliwiający działanie innych programów i operacji wykonywanych przez komputer. BIOS jest łącznikiem miedzy sprzętem a uruchamianymi programami. Procedura BIOSu została zapisana w pamięci stałej komputera, w odpowiednich układach scalonych, w postaci rozkazów języka maszynowego. Procedury te można odczytać ale nie można ich zmodyfikować. Procedura POST. Konfiguracja ustawień program SETUP.

28 Płyty główne podsumowanie (1) Wiele z obecnych na rynku płyt głównych to tzw. płyty zintegrowane (tzw. all in one). Oznacza to, że na płycie, oprócz jej własnych układów sterujących, znajdują się także układy innych urządzeń, takich jak np. karty graficznej, kontrolera SCSI, modemu, karty dźwiękowej (PC 97) i innych, których wyprowadzenia (gniazda) znajdują się również obok portów komunikacyjnych (LPT, COM, etc). Zalety: niższa cena gdyż kupując poszczególne urządzenia osobno należało by przeznaczyć na zakup komputera znacznie większą kwotę, Wady: użytkownik przywiązany jest już ostatecznie do konkretnych modeli urządzeń (rozwiązań technologicznych), które starzeją się bardzo szybko a z uwagi że są na stałe zespolone z płytą główną nie da się ich już wymienić.

29 Płyty główne podsumowanie (2) Nowoczesne płyty główne, oprócz łatwej instalacji, oferują także wiele udogodnień ułatwiających pracę oraz zapobiegających awariom czujniki mierzące temperaturę (nawet trzech punktach: wewnątrz obudowy komputera lub na układzie chipsetu, na procesorze oraz w dowolnym, wybranym przez użytkownika miejscu, np. w okolicach twardego dysku) Bardzo eksponowaną cechą nowoczesnych płyt głównych jest ich energooszczędność, a konkretnie mechanizmy pozwalające zminimalizować niepotrzebne zużycie prądu, a przy okazji i komponentów komputera.

30 Na co zwrócić uwagę przy wyborze? 1. Gniazdo procesora - każde do innego typu procesora 2. Liczba slotów na pamięci RAM, maksymalna pamięć do zainstalowania i rodzaj kości 3. Gniazdo AGP 4. Monitorowanie funkcji procesora 5. Ilość złączy PCI 6. Ilość złączy IDE, S-ATA, kontroler SCSI 7. Złącze USB (czy jest slot od frontu obudowy) 8. Fire Wire 9. IRDA/Blue Tooth 10. Zgodność z formatem ATX 11. Renomę producenta upgrade BIOS u

31 Pamięć parametry i podział Pojemność Czas dostępu (odczyt/zapis) Metoda dostępu: o dostępie sekwencyjnym o dostępie swobodnym

32 ILOŚĆ W SYSTEMIE SZYBKOŚĆ Rodzaje pamięci w komputerze CACHE ROM RAM (pamięć operacyjna)

33 ROM (Read Only Memory) W normalnym cyklu pracy urządzenia pamięć ta może być tylko odczytywana, zapis do pamięci dokonywany jest w zależności od rodzaju pamięci. Najpopularniejsze rodzaje to: MROM - programowane przez producenta pamięci w czasie produkcji, czasami określana jako MROM (Mask programmable ROM). PROM - Programmable ROM - pamięć która może zostać zaprogramowana. Pierwsze pamięci tego typu były programowane przez przepalenie cieniutkich drucików wbudowanych w strukturę EPROM - Electrically Programmable ROM - pamięć programowalna elektrycznie, kasowana innymi metodami np. przez naświetlanie ultrafioletem EEPROM - Erasable Electrically Programmable ROM = pamięć kasowalna i programowalna elektrycznie. Wykonywana w różnych postaciach (np. jako FLASH), różniących się sposobem organizacji kasowania i zapisu. Zawiera ona stałe dane potrzebne w pracy urządzenia - np. procedury startowe komputera (BIOS).

34 RAM (Random Access Memory) W pamięci RAM przechowywane są aktualnie wykonywane programy i/lub dane początkowe dla tych programów, oraz wyniki ich pracy. Zawartość pamięci RAM jest zerowana w momencie zaniku napięcia zasilania, dlatego wyniki pracy programów muszą być zapisane na jakimś nośniku danych. RAM jest stosowany między innymi jako pamięć operacyjna komputera (montowany do gniazd na płycie głównej), jako pamięć niektórych komponentów komputera (np. kart graficznych, dźwiękowych, itp.) Wymaga odświeżania (cyklicznego).

35 RAM typ budowy i rodzaj pamięci SIMM (EDO) PC33, PC66 DIMM (SDRAM) PC100, PC133 RIMM (DDR) PC200, PC266, PC333, PC400